【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(tái) S7200CPU 利用 PPI 協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)，可以利用網(wǎng)絡(luò)讀寫指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的功能。 PWM 操作實(shí)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(chǔ)在特殊存儲(chǔ)器中，一旦這些特殊存儲(chǔ)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(jī)器人控制系統(tǒng)分析 13 對(duì)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(dá)到 20kHz。當(dāng)輸入斷開的時(shí)間小于預(yù)設(shè)時(shí)間時(shí)，定時(shí)器仍保持接通。當(dāng)使能輸入端 IN 接通時(shí)，定時(shí)器立即接通，并把當(dāng) 前值設(shè)為 0，當(dāng)使能輸入端斷開時(shí)定時(shí)器開始定時(shí)，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的時(shí)間。 2）有記憶接通延時(shí)定時(shí)器（ TONR） IN TON PT 2 清淤機(jī)器人控制系統(tǒng)分析 12 Txxx 圖 6 有記憶接通延時(shí)定時(shí)器 對(duì)于有記憶接通延時(shí)定時(shí)器，當(dāng)使能輸入端 IN 接通時(shí)，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，當(dāng)使能輸入端斷開時(shí)，該定時(shí)器保持當(dāng)前值不變；當(dāng)位能輸入端 再接通時(shí)，則定時(shí)器從原保持值開始再往上加，當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值大于等于預(yù)設(shè)值時(shí)，定時(shí)器的狀態(tài)位置1（但定時(shí)器繼續(xù)計(jì)時(shí)，一直計(jì)到最大位 32767），以后即使輸入端再斷開，定時(shí)器也不會(huì)復(fù)位，若要定時(shí)器復(fù)位必須用復(fù)位指令（ R）清除其當(dāng)前值。每個(gè)定時(shí)器均有一個(gè) 16 位當(dāng)前值寄存器及一個(gè) 1 位的狀態(tài)位（反映其觸點(diǎn) 的狀態(tài)）。字節(jié)、字、雙字和實(shí)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(shí)數(shù) （ R） 。 2）模擬量擴(kuò)展模塊 模擬量擴(kuò)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(duì) PLC 及任何擴(kuò)展模塊的混合體進(jìn)行組態(tài)以滿足應(yīng)用的實(shí)際要求，同時(shí)節(jié)約不必要的投資費(fèi)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(gè)特殊模塊可能不能全部尋址 8 個(gè)點(diǎn)，例如， CPU224 有 10 個(gè)輸出點(diǎn)，但它占用邏輯輸出區(qū)的 16 全點(diǎn)地址。每個(gè) CPU 允許的數(shù)字量 I/O 的邏輯空間為 128 個(gè)輸入和 128 個(gè)輸出。 7 個(gè)模塊中最多能有兩個(gè)智能擴(kuò)展模塊（ EM 277ProfibusDP 模塊）。 CPU222 最多兩個(gè)擴(kuò)展模塊。 2 清淤機(jī)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(chǔ)時(shí)間。 8）一些 CPU 具有內(nèi)置的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，其他 CPU 則需要實(shí)時(shí)時(shí)鐘卡。 6）通過擴(kuò)展模塊可增加 CPU 的 I/O 點(diǎn)數(shù)（ CPU 22l 不可擴(kuò)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(diǎn)，輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（例如傳感器或開關(guān)）中采集信號(hào)，輸出部分則控制泵、電機(jī)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(gè)中央處理單元（ CPU）、電源以及數(shù)字量 I/O 點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。 2 清淤機(jī)器人控制系統(tǒng)分析 8 圖 3 S7200PLC的外型圖 S7200 系列 PLC 既可獨(dú)立運(yùn)行，也可擴(kuò)展相連成網(wǎng)絡(luò)，能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能，可提供 4 個(gè)不同的基本型號(hào)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(yùn)行速度快，有豐富的指令集，只有強(qiáng)大的多種集成功能和實(shí)時(shí)特性，配有豐富的功能擴(kuò)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(jí)使其在解決用戶的自動(dòng)化問題時(shí)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。由于管道機(jī)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(duì)機(jī)器人的能源動(dòng)力系統(tǒng)等強(qiáng)電部分提出了嚴(yán)格要求外 ， 還對(duì)機(jī)器人的控制單元提出了極高的運(yùn)行可靠性要求 ， 以保證控制單元不受環(huán)境、強(qiáng)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(jī)器人在作業(yè)過程中主要處理一些開關(guān)量 ， 對(duì)控制器的處理時(shí)間要求不高 ， 所以選用了可編程邏輯控制器 （ PLC） 作為管道機(jī)器人的控制器。 當(dāng)調(diào)用返回子程序時(shí)， M1反轉(zhuǎn)， M4正轉(zhuǎn)，若回到原井口，行程開關(guān)動(dòng)作并報(bào)警， M M M4停止， M3反轉(zhuǎn)，直到壓緊力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 回到原始位置， M3停止。 按下啟動(dòng)按鈕， M1正轉(zhuǎn)， M4反轉(zhuǎn)， M2延時(shí)后正轉(zhuǎn)；載體打滑時(shí)， M3正轉(zhuǎn)，直到不打滑時(shí) M3停止，若壓緊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)到極限位置還打滑，則 M3停止，則按下手動(dòng)返回按鈕返回；若電機(jī)過載時(shí)，則按下手動(dòng)返回按鈕返回；遇大障礙時(shí)，則按下手動(dòng)返回按鈕返回；若需要急停時(shí)，則按下急停按鈕；若到達(dá)下一井口，行程開關(guān)動(dòng)作，載體返回。當(dāng)淤泥比較多時(shí)，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(gè)是管道高壓清洗車，另一個(gè)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(jī)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(dòng)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(jī)械清淤法。本體模塊的顯著特點(diǎn)是采用積木式變寬結(jié)構(gòu)以滿足機(jī)器人適用于不同管徑的管 道作業(yè)；收放線裝置模塊實(shí)現(xiàn)電纜收放；控制模塊設(shè)計(jì)兩套控制系統(tǒng)：一是手動(dòng)控制系統(tǒng)，另一是微機(jī)控制系統(tǒng)。在一個(gè)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(jī)穩(wěn)速運(yùn)行；用定時(shí)器設(shè)定采樣時(shí)間；調(diào)用高速計(jì)數(shù)指令采樣電機(jī)位置信號(hào)；調(diào)用除法程序求電機(jī)速度；設(shè)置值和實(shí)測(cè)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(jìn)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(shí)現(xiàn)行走電機(jī)速度控制和位置控制，在結(jié)構(gòu)上必須構(gòu)成一個(gè)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(hào)傳感器。 四川工業(yè)學(xué)院著重研究了 PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。 國內(nèi)的技術(shù)現(xiàn)狀 1 管道清淤機(jī)器人概述 5 我國 在 管道清淤機(jī)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(jìn)展。縱觀國外管道清洗機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)，管道適應(yīng)性并不強(qiáng)； 2. 配有高速旋轉(zhuǎn)的清掃機(jī)構(gòu)，用來把管內(nèi)的灰塵打落、清除。 圖 1 管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人樣機(jī) 管道清淤機(jī)器人應(yīng)具備清掃管道、噴射清洗氣霧和傳感器檢測(cè)管道內(nèi)狀況的功能。該機(jī)器人可作管內(nèi)裂紋探測(cè) ， 適用管徑 50mm， 行走速度 0～。彎管的管內(nèi)移動(dòng)機(jī)器人樣機(jī) ， 如下圖。國外相繼開展研制了多種類型的管內(nèi)檢測(cè)移動(dòng)機(jī)器人。該機(jī)構(gòu)由 2個(gè)行走輪及 4個(gè)支撐腿組成 ，腿由電機(jī)驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng) ， 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(jī)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(jì)要求利用 S7200PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，其中包括：步進(jìn)電機(jī)和其驅(qū)動(dòng)器的選擇；步進(jìn)電機(jī)與其驅(qū)動(dòng)器的連接； PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)方向、速度控制，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)排水管道清淤機(jī)器人前進(jìn) /返回控制，變速控制，以提高清淤機(jī)器人的工作效率。 清淤機(jī)器人具體到本課題中就是我們說的“小車”。因此，對(duì)清淤機(jī)器人的控制就是用控制器直接對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)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(jī)，特別是 PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制。 管道清淤機(jī)器人是在機(jī)器人技術(shù)上發(fā)展而來的，其機(jī)器人載體采用了常用的輪式行走機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且驅(qū)動(dòng)力大，多選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)。管道機(jī)器人是一種可沿細(xì)小管道內(nèi)部或外部自動(dòng)行走、攜帶一種或多種傳感器及操作機(jī)械，在工作人員的遙控操作或計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制下，進(jìn)行一系列管道作業(yè)的機(jī)、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(duì) 管道系統(tǒng)經(jīng)常性的管理養(yǎng)護(hù)和 對(duì)管道進(jìn)行有效的檢測(cè)和 清通。 stepping motor。s labor intensity, safeguards worker39。 關(guān)鍵詞： 可編程控制器；步進(jìn)電機(jī)；驅(qū)動(dòng)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(xì)介紹了 PLC 對(duì)電機(jī)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(dòng)器的選型，步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)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(jī)器人內(nèi)部有三臺(tái)電機(jī)，地面上有一臺(tái)電機(jī)。 我們到唐山市區(qū)管網(wǎng)管理所進(jìn)行實(shí)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(jī)器人及控制系統(tǒng)研究 姓 名 : 劉 剛 工程領(lǐng)域 : 機(jī)械工程 所屬學(xué)院 : 機(jī)械工程學(xué)院 學(xué)校導(dǎo)師 : 王豐 教授