【正文】 N OUT SMB78 MOVB EN ENO VB0 IN OUT SMW80 PLS EN ENO 0 圖 10 PWM 初始化 4. 通信指令 多臺 S7200CPU 利用 PPI 協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通訊時，可以利用網(wǎng)絡(luò)讀寫指令實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的功能。 PWM 操作實例：將 設(shè)置成 PWM 輸出，其周期值為 1000ms，脈寬值為300ms。s 或 2ms65535ms；脈寬值保存在 SMW70（或 SMW80）中，脈寬值的變化范圍是 0ms65535 ms 或 0ms65535ms。s，周期值保存在（ SMW68 或 SMW78）中，周期的變化范圍是 50181。 PWM 功能提供占空比可調(diào)的脈沖輸出。這些值全部存儲在特殊存儲器中，一旦這些特殊存儲器的位被置成所需操作，可以通過執(zhí)行脈沖輸出指令（ PLS）來調(diào)用這些操作。 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）功能提供連續(xù)、可變占空比脈沖輸出，用戶控制周期和脈沖寬度。 3. 脈沖輸出指令 其梯形圖表示如下： 圖 8 脈沖輸出指令 IN TONR PT IN TOF PT PLS EN ENO 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 13 對于 S7200 系列的 CPU，如果 CPU 模塊上的輸出類型為 DC 型（晶體管輸出），那么在其 和 上可以產(chǎn)生高速脈沖串和脈沖寬度可調(diào)的波形，頻率可以達到 20kHz。當輸入斷開的時間小于預(yù)設(shè)時間時，定時器仍保持接通。當使能輸入端 IN 接通時，定時器立即接通，并把當 前值設(shè)為 0，當使能輸入端斷開時定時器開始定時，直到達到預(yù)設(shè)的時間。 2）有記憶接通延時定時器（ TONR） IN TON PT 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 12 Txxx 圖 6 有記憶接通延時定時器 對于有記憶接通延時定時器，當使能輸入端 IN 接通時，定時器開始計時，當使能輸入端斷開時，該定時器保持當前值不變；當位能輸入端 再接通時，則定時器從原保持值開始再往上加，當定時器的當前值大于等于預(yù)設(shè)值時，定時器的狀態(tài)位置1（但定時器繼續(xù)計時，一直計到最大位 32767），以后即使輸入端再斷開，定時器也不會復(fù)位，若要定時器復(fù)位必須用復(fù)位指令（ R）清除其當前值。每個定時器均有一個 16 位當前值寄存器及一個 1 位的狀態(tài)位（反映其觸點 的狀態(tài)）。字節(jié)、字、雙字和實數(shù)的傳送指令是把輸人數(shù)據(jù)（ IN）傳送到輸出端（ OUT），在傳送過程中不改變數(shù)據(jù)的大小。 IN 是所要傳送的數(shù) 據(jù)輸入端。數(shù)據(jù)類型有：字節(jié) （ B） 、字（ W） 、雙字 （ DW） 、實數(shù) （ R） 。 2）模擬量擴展模塊 模擬量擴展模塊提供了模擬量輸入 /輸出的功能，直接與傳感器和執(zhí)行器相連，12 位的分辨率和多種輸入 /輸出范圍能夠不用外加放大器而與傳感器和執(zhí)行器直接相連，例如， EM235 模塊可直接與 PT100 熱電阻相連。用戶可分別對 PLC 及任何擴展模塊的混合體進行組態(tài)以滿足應(yīng)用的實際要求，同時節(jié)約不必要的投資費用。 CPU224 和 CPU226 為 32 輸入和 32 輸出 4） 5V 電源供電。 3）模擬量映像寄存器 大小，模擬量 I/O 允許的邏輯空間。一個特殊模塊可能不能全部尋址 8 個點，例如， CPU224 有 10 個輸出點，但它占用邏輯輸出區(qū)的 16 全點地址。每個 CPU 允許的數(shù)字量 I/O 的邏輯空間為 128 個輸入和 128 個輸出。 7 個模塊中最多能有兩個智能擴展模塊（ EM 277ProfibusDP 模塊）。 CPU222 最多兩個擴展模塊。 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 9 1）模塊數(shù) 量。 10）通過可選的插入式電池盒可延長 RAM 中的數(shù)據(jù)存儲時間。 8）一些 CPU 具有內(nèi)置的實時時鐘，其他 CPU 則需要實時時鐘卡。 6）通過擴展模塊可增加 CPU 的 I/O 點數(shù)（ CPU 22l 不可擴展）。 4）通信端口允許將 S7200CPU 同編程器 或其他 — 些設(shè)備連接起來。 2）輸入和輸出是系統(tǒng)的控制點，輸入部分從現(xiàn)場設(shè)備（例如傳感器或開關(guān)）中采集信號，輸出部分則控制泵、電機以及工業(yè)過程中的其他設(shè)備。 1. S7200CPU 模塊 S7200CPU 模塊包括一個中央處理單元（ CPU）、電源以及數(shù)字量 I/O 點，這些都被集成在一個緊湊、獨立的設(shè)備中。 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 8 圖 3 S7200PLC的外型圖 S7200 系列 PLC 既可獨立運行，也可擴展相連成網(wǎng)絡(luò)，能實現(xiàn)復(fù)雜控制功能，可提供 4 個不同的基本型號的 8 種 PLC 供選用。全部采用整體式結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)小巧，可靠性高，運行速度快，有豐富的指令集，只有強大的多種集成功能和實時特性，配有豐富的功能擴展模塊，在各行各業(yè)中的應(yīng)用迅速得到推廣，在規(guī)模不太大的控制領(lǐng)域是較為理想的控制器。此外，豐富的 PLC類型和電壓等級使其在解決用戶的自動化問題時，具有很強的適應(yīng)性。由于管道機器人是在野外管線內(nèi)部作業(yè) ， 環(huán)境惡劣 ， 不允許出現(xiàn)在管內(nèi)失控的重大事故，因此除了對機器人的能源動力系統(tǒng)等強電部分提出了嚴格要求外 ， 還對機器人的控制單元提出了極高的運行可靠性要求 ， 以保證控制單元不受環(huán)境、強電及射線等干擾 ， 在有效的控制策略下起到持續(xù)監(jiān)控作 用 ； 另外管道機器人在作業(yè)過程中主要處理一些開關(guān)量 ， 對控制器的處理時間要求不高 ， 所以選用了可編程邏輯控制器 （ PLC） 作為管道機器人的控制器。 當調(diào)用返回子程序時， M1反轉(zhuǎn)， M4正轉(zhuǎn)，若回到原井口，行程開關(guān)動作并報警， M M M4停止， M3反轉(zhuǎn)，直到壓緊力調(diào)節(jié)機構(gòu) 回到原始位置， M3停止。 按下啟動按鈕， M1正轉(zhuǎn)， M4反轉(zhuǎn)， M2延時后正轉(zhuǎn)；載體打滑時， M3正轉(zhuǎn)，直到不打滑時 M3停止，若壓緊調(diào)節(jié)機構(gòu)到極限位置還打滑，則 M3停止，則按下手動返回按鈕返回；若電機過載時，則按下手動返回按鈕返回；遇大障礙時，則按下手動返回按鈕返回；若需要急停時，則按下急停按鈕；若到達下一井口，行程開關(guān)動作，載體返回。當淤泥比較多時，采用吸污車直接把淤泥吸出來。 目前主要用兩種設(shè)備：一個是管道高壓清洗車，另一個是管道吸污車。井口直徑為 640mm，往下直徑越來越大，呈錐形。因此，研究唐山的排水管道結(jié)構(gòu)和管道清淤方式具有很重要的意義。機械清淤法是在管段的首尾兩井上各設(shè)絞車，如圖 2，車上系住鋼絲繩，用絞車來回拉動清管工具二三次，管內(nèi)淤泥即可刮下無遺，清除效果好。 目前， 主要采用的管道清淤方法是水力清淤法和機械清淤法。本體模塊的顯著特點是采用積木式變寬結(jié)構(gòu)以滿足機器人適用于不同管徑的管 道作業(yè)；收放線裝置模塊實現(xiàn)電纜收放；控制模塊設(shè)計兩套控制系統(tǒng)：一是手動控制系統(tǒng)，另一是微機控制系統(tǒng)。在一個采樣周期內(nèi) ， PLC速度控制程序需處理以下工作以調(diào)節(jié)電機穩(wěn)速運行；用定時器設(shè)定采樣時間；調(diào)用高速計數(shù)指令采樣電機位置信號；調(diào)用除法程序求電機速度；設(shè)置值和實測值做減法求偏差值；調(diào)用比例積分微分（ PID）子程序?qū)ζ钸M行控制調(diào)節(jié)；通過寫 PWM指令控制字調(diào)節(jié)PWM輸出占空比調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。為實現(xiàn)行走電機速度控制和位置控制，在結(jié)構(gòu)上必須構(gòu)成一個閉環(huán)控制系統(tǒng)，為此采用了光電增量式編碼器作為反饋信號傳感器。 四川工業(yè)學(xué)院著重研究了 PLC對步進電機的控制。 國內(nèi)的技術(shù)現(xiàn)狀 1 管道清淤機器人概述 5 我國 在 管道清淤機器人的研究應(yīng)用還比較落后 ， 但也有一些單位在這一領(lǐng)域取得了可喜的進展。縱觀國外管道清洗機器人，其結(jié)構(gòu)大同小異，性能水平也沒太大的差別： 1. 大多采用輪式或雙履帶式移動機構(gòu)，管道適應(yīng)性并不強； 2. 配有高速旋轉(zhuǎn)的清掃機構(gòu)，用來把管內(nèi)的灰塵打落、清除。 圖 1 管內(nèi)移動機器人樣機 管道清淤機器人應(yīng)具備清掃管道、噴射清洗氣霧和傳感器檢測管道內(nèi)狀況的功能。該機器人可作管內(nèi)裂紋探測 ， 適用管徑 50mm， 行走速度 0～。彎管的管內(nèi)移動機器人樣機 ， 如下圖。國外相繼開展研制了多種類型的管內(nèi)檢測移動機器人。該機構(gòu)由 2個行走輪及 4個支撐腿組成 ，腿由電機驅(qū)動運動 ， 以適應(yīng)不同管徑的變化。如美國、丹麥、日本、韓國等諸多國家均有管道清洗機器人系列產(chǎn)品。此外，它還能應(yīng)用到其他相關(guān)領(lǐng)域。設(shè)計要求利用 S7200PLC對步進電機進行控制，其中包括：步進電機和其驅(qū)動器的選擇；步進電機與其驅(qū)動器的連接； PLC對步進電機和直流電機方向、速度控制，從而可以實現(xiàn)對排水管道清淤機器人前進 /返回控制，變速控制，以提高清淤機器人的工作效率。 清淤機器人具體到本課題中就是我們說的“小車”。因此，對清淤機器人的控制就是用控制器直接對步進電機進行控制，其控制器現(xiàn)在大多采用技術(shù)比較成熟的 PLC和單片機，特別是 PLC對步進電機的控制。 管道清淤機器人是在機器人技術(shù)上發(fā)展而來的，其機器人載體采用了常用的輪式行走機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單而且驅(qū)動力大，多選擇步進電動機作為原動機。管道機器人是一種可沿細小管道內(nèi)部或外部自動行走、攜帶一種或多種傳感器及操作機械，在工作人員的遙控操作或計算機自動控制下，進行一系列管道作業(yè)的機、電、儀一體化系統(tǒng)。但排水管道很容易被一些油或雜物等堵塞，為提高管道的壽命、防止堵塞等 事故的發(fā)生，因此必須對 管道系統(tǒng)經(jīng)常性的管理養(yǎng)護和 對管道進行有效的檢測和 清通。 stepping motor。s labor intensity, safeguards worker39。 關(guān)鍵詞： 可編程控制器；步進電機；驅(qū)動器 Abstract 2 Abstract The this article main introduction settles silt robot’s the development condition at present and by using PLC to control the robot it make the robot independently to plete the task. We went to the Tangshan pipe work center for investigation, the staff there warmly has received us, and introduced to us the silting up type in the drainage channel, the present city drainage channel clear silt method and question. Also by the library and the work, I checked some reference related step motor controls. I have determined this paper the content, the research plan and the research goal: The robot interior has three stepping motor, there is a step motor in the ground. PLC controls four motor to controls the robot. This article in detail introduced how PLC control motor’s direction, speed, electric current and the programming technology, including PLC and the driver’s selection, step motor and the driver’s connection and the control program and so on. The clear silt robot development’s significance lies in: May realize the cleanup drainage channel。本文詳細介紹了 PLC 對電機的方向、速度、電流的控制方法和編程技術(shù) ， 包括 PLC 和驅(qū)動器的選型，步進電機和驅(qū)動器的連接和控制程序的編寫等。 我確定了本次論文的大體內(nèi)容、研究方案和研究目的： 機器人內(nèi)部有三臺電機，地面上有一臺電機。 我們到唐山市區(qū)管網(wǎng)管理所進行實地考察，那里的工作人員熱情地接待了我們，并給我們介紹了排水管道中淤積物的種類、目前城市排水管道的清淤方法以及需要解決的問題。 I 河北理工大學(xué)畢業(yè)論文 課題名稱： 管道清淤機器人及控制系統(tǒng)研究 姓 名 : 劉 剛 工程領(lǐng)域 : 機械工程 所屬學(xué)院 : 機械工程學(xué)院 學(xué)校導(dǎo)師 : 王豐 教授