【正文】 2020 年 6 月 24 日 II 目 錄 摘 要 ..................................................................................................................... １ Abstract.......................................................................................................................... 2 1 管道清淤機器人概述 ................................................................................................ 3 課題綜述 .......................................................................................................... 3 國內(nèi)外管道清淤機器人技術(shù)現(xiàn)狀 .................................................................. 3 國外的技術(shù)現(xiàn)狀 ................................................................................... 3 國內(nèi)的技術(shù)現(xiàn)狀 ................................................................................... 4 本市管道清淤技術(shù)現(xiàn)狀 .................................................................................. 6 管道清淤機器人總體控制方案 ...................................................................... 6 2 清淤機器人控制系統(tǒng)分析 ....................................................................................... 7 控制系統(tǒng)控制器的選擇 .................................................................................. 7 S7200 系列 PLC 概述 ..................................................................................... 7 S7200 系列 PLC 簡介 .......................................................................... 7 程序設(shè)計中用到的 PLC 指令 ............................................................ 11 步進電機及其驅(qū)動器簡介 ............................................................................ 15 步進電機 ............................................................................................. 15 步進電機驅(qū)動電源 ............................................................................. 16 電機驅(qū)動器的選擇 ........................................................................................ 17 步進電機驅(qū)動器的選擇 ..................................................................... 17 直流電機驅(qū)動器的選擇 ..................................................................... 20 3 基于 PLC 的清淤機器人控制系統(tǒng)設(shè)計 ................................................................ 24 清淤機器人的控制過程 ................................................................................ 24 PLC 的選型和通信 ......................................................................................... 24 PLC 的選型 .......................................................................................... 24 兩臺 PLC 之間的網(wǎng)絡(luò)通信 ................................................................ 25 I/O 端點的確定和 分配 ................................................................................... 26 電機和驅(qū)動器的連接 .................................................................................... 29 III 步進電機驅(qū)動器和電機的連接 ......................................................... 29 直流電機驅(qū)動器和電機的連 接 ......................................................... 29 PLC 和電機驅(qū)動器的連接 ............................................................................. 30 清淤機器人的控制程序設(shè)計 ........................................................................ 30 編程的語言 ......................................................................................... 30 編程的一般規(guī)約 ................................................................................. 31 程序框圖的設(shè)計 ................................................................................. 32 控制程序的設(shè)計 ................................................................................. 32 結(jié) 論 ......................................................................................................................... 39 致 謝 ......................................................................................................................... 40 參考文獻 ..................................................................................................................... 41 附錄 A 清淤機器人控制清單 ................................................... 錯誤 !未定義書簽。 摘 要 １ 摘 要 本文主要介紹了清淤機器人目前的發(fā)展狀況以及通過利用 PLC 來實現(xiàn)對機器人的運動控制，從而使機器人自主地完成清淤任務(wù)。又通過圖書館和網(wǎng)絡(luò)，查閱有關(guān)步進電機控制的學(xué)術(shù)論文、專利等文獻資料。 PLC 通過控制這四臺電機來達到控制機器人的目的?？刂瞥绦蛑饕獮榱藢崿F(xiàn)排水管道清淤機器人前進 /返回方向控制、脈沖寬度調(diào)制調(diào)速。 Improves working conditions currently dredging the pipeline, reduces worker39。s personal safety, the enhancement drainage channel cleans up. In addition, it also can apply to other related field. KeyWords： programmable controller。 driver 1 管道清淤機器人概述 3 1 管道清淤機器人概述 課題綜述 目前，城市的給水排水系統(tǒng)是通過地下管道來實現(xiàn)的。 管道機器人為滿足該需要而產(chǎn)生的。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。步進電機的控制性能好、精度高，在是一種控制性能非常好的控制電機。 PLC控制能力好，抗干擾能力強，其最大的優(yōu)點是編程語言簡單易學(xué)，這大大簡化了機器人的控制過程。它是由步進電動機來驅(qū)動的 ，而步進電動機是由 PLC來控制的。 管道清淤機器人研制的根本意義在于：可以實現(xiàn)排水管道的疏通清理工作；改善當前疏通管道時工人的工作環(huán)境、降低工人的勞動強度、保障工人的人身安全、提高排水管道清理的效率。 國內(nèi)外管道清淤機器人技術(shù)現(xiàn)狀 國外的技術(shù)現(xiàn)狀 目前，國外的管道清洗機器人已形成產(chǎn)業(yè)化。 早在 1978年法國研制了一種輪腿式管內(nèi)機器1 管道清淤機器人概述 4 人行走機構(gòu) ， 成功地實現(xiàn)了管內(nèi)自主行走。 80年代 ， 隨著計算機、傳感器、現(xiàn)代控制理論和技術(shù)的發(fā)展 ， 為管內(nèi)機器人的研究應(yīng)用提供了技術(shù)保證。東京理科大學(xué)福田敏男等研制的可以通過90176。機器人由 可相對回轉(zhuǎn)的頭部和本體組成 ， 當機器人沿直管行走時 ， 本體上的電機 M1通過減速裝置將動力傳給本體上的驅(qū)動輪 ， 當機器人沿彎管行走時 ， 電機 M2驅(qū)動頭部作姿態(tài)調(diào)整 ， 并驅(qū)動頭部履帶引導(dǎo)機器人通過彎管。但由于攜帶的蓄電池電能的限制 ， 還不能實現(xiàn)較遠的行走。要實現(xiàn)這些功能，機器人必須擁有的“器官”包括：靈活的移動載體、多種清掃和清洗作業(yè)工具、通信系 統(tǒng)和操作盒以及一些輔助設(shè)備和設(shè)施。由于管道有矩形管和圓管之分，所以可更換相應(yīng)的清洗矩形管和圓管的清潔刷； 3. 裝有 CCD攝像頭及照明燈，用于探測管道內(nèi)的狀況，這在人所不能到達的管道內(nèi)部是必不可少的； 4. 由于管道機器人還不可能達到完全自主清潔，故采用線控方式，由操作人員在管道外進行操作。哈爾濱工業(yè)大學(xué)目前已做出了管內(nèi)機器人實驗樣機，上海大學(xué)、天津大學(xué)、成都核物理所和 四川工業(yè)學(xué)院 也從事這方面的研究工作。 PLC對電機控制的實現(xiàn)是以PLC的高速計數(shù)功能和脈寬調(diào)制方式（ PWM）的輸出功能為基礎(chǔ)的。通過 PLC的高速計數(shù)功能對反饋信號進行數(shù)據(jù)采集，由 PLC的 PWM輸 出控制電機的轉(zhuǎn)速。 還有天津大學(xué)研究了一種管道機器人，該機器人系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思想，主要包括三個組成部分：移動機器人本體模塊、收放線裝置模塊、控制系統(tǒng)模塊。手動控制系統(tǒng)通過控制面板上的按鈕來控制機器人本體的前進、后退、加速、減速、急停，并實時顯示機器人本體行進深度等；微機控制系統(tǒng)由插在 PC機擴展槽上的自行研制的專用接口卡與控制箱上的計算機接口相連，通過軟件實現(xiàn)計算機對機器人系統(tǒng)的控制。水力清淤是利用管中的污水、城市自來水對排水管道進行沖洗，靠高壓水流把淤積物沖走。 圖 2 機械清淤法 1 管道清淤機器人概述 6 本市管道清淤技術(shù)現(xiàn)狀 唐山是北方重要的工業(yè)城市，水資源的利用量和排放量都非常大。 從管網(wǎng)所得到的結(jié)果表明：唐山市的排水管道的內(nèi)徑從 3003000mm之間不等，主排水管大多為 300600mm，支管多為 300mm。井距一般為 50m，兩井口間的連接管道有一定的坡度，一般在 以上，靠 重力實現(xiàn)流動，管道堵塞時多為樹枝、棉絲、淤泥、鈣化物等，使