西门子邵阳授权总代理商

移动机器人由于具有优越的机动性和灵活性而备受青睐，在许多场合投入实际应用，如核工业检测，消防、火场检测，有毒、易燃、易爆气体场所探测，采矿、星球探测及无人战场等。为了适应不同环境下的应用，移动机器人控制系统的硬件和软件结构也不相同。本文涉及到的移动机器人是应用在防爆系统中，控制系统要求高稳定性、可靠性和实时性，采用西门子的S7-200系列的PLC作为控制器对其进行控制是一种既经济又能充分满足设计要求的有效方法。

1移动机器人控制系统的硬件设计

1．1控制系统组成及PLG控制原理

一般的控制系统采用工控机控制整个系统的工作，工控机工作可靠、控制准确、使用方便。防爆机器人一般工作在室外环境和野外环境，工作环境恶劣。作为移动机器人，整个控制系统要求尽量轻便，这时若采用工控机则整个系统不够方便、灵活。PLC具有良好的稳定性、结构轻巧，采用两个PLC作为上、下位机，则系统轻巧灵活。根据操作和控制要求，控制系统选用西门子公司的S7-200系列的PLC，该PLC可以满足多种多样的自动化控制需要。由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大功能的指令，使得整个控制系统的性价比大大提高，操作也简单易行；同时，系统的可靠性、稳定性和控制的准确性也得到了保证。

此防爆机器人的控制系统主要由上、下位机两部分组成。上位机PLC(CPU224)用于整个系统的启停控制，控制台上为一系列控制按钮，控制台将希望的机器人的动作传到上位机的PLC和上位I扩展模块(EM221)里，操纵杆将电位器的位置通过PLC的扩展A／D模块(EM231)将模拟量转化为数字量，通过上位PLC和下位PLC(CPU224)的通讯，将这些数据传输到下位PLC。同时，上位机接收来自下位机的温度、位置、角度等状态信息。为了将这些数据显示，选用性价比较高的数码管与上位PLC进行相应的连接，然后将这些数据准确地显示出来。防爆机器人机体上的摄像头将机器人工作现场的画面传送到控制台的显示器上，在显示器上实时反映机器人的工作状态，便于操作者根据实际情况控制排爆机器人的动作。

下位机的PLC一方面接收上位机传过来的指令，并和O扩展模块(EM222)一起通过继电器组对直流电机驱动器进行控制而对相应的直流电机动作进行控制，完成操作者希望的机器人的动作；另一方面，从工作现场采集到温度、位置、角度等模拟信号，通过模拟量扩展模块(EM231)将其模拟量转换为数字量。通过与上位机PLC的通讯，将这些数据传送到上位PLC上。

1．2数据信号传输媒介

数据信号传输媒介多用光缆和电缆，光缆传输容量大，传输距离长，抗电磁干扰能力强，但是对安装技术要求高，并且价格相对昂贵。电缆作为信号传输媒介，价格便宜，安装方便，数据传输准确、快速，但是有线通讯有许多局限性，例如整个系统由于电缆的存在而不够灵活。

在实际使用过程中，为了解决有线通讯的局限性，采用无线数传模块进行数据信号的传输。无线数传模块体积小、使用方便，但是数据传输的误码率比较高，易受电磁干扰。这里采用的TDX-1000无线通信模块包括无线接收、发射、FSK调制方式，并采用前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力。接口方式是5VTTL电平兼容接口，无线通信模块是半双工的，收／发的切换通过收发控制信号线实现。

2软件系统的设计

2．1控制系统控制流程

系统的控制过程为：用户将希望的机器人的动作作为指令输入到控制面板上，PLC对这些指令进行处理，转换为数据，发送到下位PLC上；下位PLC接收到上位PLC的数据后，将这些数据转换为控制信号，控制机器人体上的直流电机，完成相应的机器人动作。与此同时，下位机采集由传感器发来的现场信号，并进行处理，从而转换成数据传送到上位机上；上位机接收下位机发来的现场的数据，通过数码管将这些数据显示出来。

2．2数据传输格式

S7-200系列产品的通信模式有两种：一种是点对点通讯协议，用于S7-200与其编程器或西门子公司的人-机接口产品之间的通讯；另一种是对用户完全开放的自由口模式，用户根据实际系统的应用要求，自行规定通讯协议。本系统是两个PLC之间进行通讯，使用自由口通讯协议。上、下位机PLC之间的通讯数据传输的波特率为9600bps，奇校验，数据的格式是1位起始位、8位数据位、1位FCS校验位、1位停止位。2．3控制系统的程序流程

根据移动机器人工作的要求，确定机器人各个电机工作的相互关系，画出程序流程图，再由PLC的输入输出的逻辑关系编写梯形图。其上、下位机的程序流程图如图4(a)、(b)所示。限于篇幅，各子程序的流程图本文不再给出。

2．4提高无线通信可靠性的方法

系统采用无线通信还涉及到许多问题，包括：(1)无线通讯的收发切换问题；(2)无线收发模块易受电磁干扰，数据传输时误码率比较高。

采用以下几种方法对产生的问题进行解决。：关于收发切换引起的延迟。在半双工通讯中，波特率一定的条件下，系统的响应时间主要取决于PLC的大指令执行循环时间和无线收发模块的收发切换时间。PLC的大指令执行循环时间由PLC的软件系统结构决定，在进行编程的时候，充分考虑这些因素进行编程。第二：关于数据传输的稳定性和准确性。为了保证数据传输的稳定性和准确性，采取了几种方法。(1)对发送来的每一组数据检查起始字节和结束字节，采用奇校验；(2)采用工程上的循环冗余校验(CRC)，这种方法是对发送的数据按字节进行异或运算，将得到的结果作为FCS校验码同要发送的数据一起发送到下位机，下位机将收到的数据进行同样的运算，将结果与FCS比较来确定收到的数据是否正确；(3)此外，在收发切换与数据发送之间插入一定的延时，延时时间大于无线收发模块的收发切换时间，易于保证数据传输的稳定性。实验证明，以上方法大大提高了通讯系统的可靠性，降低了误码率，减少潜在的故障。

本系统采用两个PLC分别作为上、下位机进行移动机器人的控制，可使整个系统的性能稳定，易于操作，维护方便，。本系统已经成功应用于防爆机器人上，在实际的应用中受到好评。

 随着我国经济建设的发展，能源的开发和利用也显得日益紧张起来。3月份以来，我国多地出现淡季“电荒”现象，而电能利用效率低下是导致“电荒”的重要原因之一，在这种情况下，提高电能效率迫在屠睫。而随着城市路网建设的不断发展，路灯数量增多，使得人们对电能节约以及路灯的管理要求也越来越高。采用先进技术节约能源以及提高路灯自动化控制与管理水平，已成为城市照明系统建设的当务之急。
1 路灯照明管理现状
    1)照明设施开关灯统一性差，智能化水平低，不具备远程修改开关灯时间，不能根据实际情况修改开关灯时间，能源浪费大，增加了财政负担；
    2)路灯设备分散，管理人员少，管理困难，不能实时、准确、全面地监控设备运行状况，缺乏灵活的控制手段；3)人工巡检工作量大，效率低，成本高，浪费人力、物力、财力，缺乏有效的故障预警机制。
2 ZigBee简介
    ZigBee是一种新兴的短距离、低复杂度、低耗功、低传输速率、低成本的双向无线组网通讯技术。它是一种介于RFID(Radio Frequency Identification，无线射频识别)和蓝牙之间的技术。
3 GPRS简介
    GPRS通用分组无线业务是一种新的承载业务，提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的数据传输。GRPS永远在线，接入速度快，用户可随时与无线网络保持连接，可使远程数据采集的效率大幅提高。
4 PLC简介
    PLC即可编程控制器，是一种带有指令存储器，数字或模拟输入／输出接口，能够完成逻辑，顺序、定时、等功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。
5 系统工作原理
    运用组态软件作为上位机的控制平台，通过GPRS与现场控制器PLC通讯。监控中心软件通过GPRS网络向各个现场控制器发送动作指令，使现场控制器完成各种配置和数据采集工作，并对现场控制器发送上来的数据进行分析和处理。现场控制器通过ZigBee无线通讯设备接收单灯控制器所发送来的信号，进行分析处理并通过GPRS通讯系统向监控中心发送信息，以此来实现对路灯的远程无线控制，

6 系统组成
    系统由3部分组成：现场控制器、单灯控制器、监控中心。
6．1 现场控制器
    由PLC独立控制模块、GPRS通信模块、ZigBee无线通信模块等组成，完成数据采集、控制输出、数据通信、故障报警等功能。现场控制器通过GPRS与照明管理监控中心服务器相连，通过ZigBee无线通信模块与单灯控制器相连，以此实现实时通信，

6. 2 单灯控制器
    每盏路灯都装有单灯控制器，由ZigBee无线通信模块、完成电量采集和模块遥信功能的单片机模块组成。ZigBee无线模块具有网状拓扑结构，这样ZigBee子网就有内置冗余保证，如果网络中有节点脱离网络，无法工作，节点数据将自动路由到一个替换节点保证系统的可靠、稳定。单灯控制器是路灯监控系统中控制功能的执行部分，控制路灯的状态并监测路灯运行的电流、电压、功率因素等，将这些参数通过无线方式传送到现场控制器，同时接收来自现场控制器的所有控制指令，从而实现远程控制功能。

6. 3 监控中心
    监控中心由监控中心软件、GPRS通信模块组成，对整个照明系统进行集中控制。监控中心软件可实现远程监控、采集数据、建立数据库、数据分析等功能，通过GPRS通信模块实时扫描各路灯电量数据和输出状态，也可将监控中心软件发送的各种有效指令发送给现场控制器。遇到报警信息，通过GSM短信方式送至巡检人员手机。
7 监控中心软件介绍
    组态软件是用于数据采集和过程控制的专用软件，本系统采用组态王作为开发工具，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点，能充分利用图形编辑功能，为用户提供了友好的可视化界面。
    监控中心软件是整个路灯监控系统的控制中心，它负责跟控制现场中的监控终端进行远程通信，对获取的数据进行处理，主要功能如下：
    1)查询功能现场控制器将单灯的电压、电流、功率、设备运行状态等参数通过无线信道发送回监控中心，监控中心主机对这些数据进行分析、处理后，以直观的报表或图表形式提供管理人员，为决策提供准确的依据。
    2)控制功能手控与自控相结合，提供灵活、可靠的开关控制功能，通过“设置参数”里的开关灯方案及开关灯时间，下发给现场控制器，让现场控制器按指定的方案运行。
    3)设置参数监控中心可自动或手动执行全控开关灯，也可控制任一单灯执行开关灯，可随意设置半夜灯或全夜灯模式，并对设置的参数和要求进行保存。
    4)报警功能当现场控制器主动报警或检测单灯控制器时发现有故障，监控中心软件发出声光报警信号提醒工作人员，并在画面上显示故障报警位置状况和类型，保存报警记录的同时以短信息的方式通知现场巡检人员。
    5)数据统计与报表统计备采集参数的数据信息，形成报表，便于分析研究，可打印报表。
8 结束语
    本系统从路灯控制的具体要求出发，建立了友好的可视化界面，集无线通讯技术、自动化控制技术、监控系统组网于一体，有效的解决了路灯控制的灵活性、实时性、可靠性、经济性等问题，抗干扰力强，通信稳定，上位机给监控终端发出的命令能准确到位。不仅大大节约了铺设通信电缆的费用，更达到了节能能源的目的

0 引 言

抢答器是一种典型的电气控制产品，广泛应用在各种智力抢答竞赛中。现在市面上的抢答器，种类繁多，功能各异，控制方式也不尽相同。

本文提出了一种新的控制方法--用触摸屏和PLc（可编程逻辑控制器）实现抢答器的控制。与一般的控制方法相比，运行更加可靠，操作更加直观，更适合于的场合。

本文以三菱F940GOT-LwD-c型触摸屏和三菱FXOS_30MR型PLc控制4路抢答器为例，介绍具体的实现方法。

l触摸屏

20世纪90年代初出现了一种新的人机交互技术--触摸屏技术，触摸屏便是这种技术的具体体现。触摸屏是一种直观的计算机的输入设备，使用者只要触摸屏幕上的图形对象，计算机便会执行相应的操作，这样就摆脱了键盘和鼠标操作，大大提高了计算机的可操作性。 触摸屏的基本原理是：用户用手指或其他物体触摸触摸屏时，所触摸的位置（以坐标形式）被触摸屏控制器检测，并通过串行通信接口送到计算机或PLc的CPU，CPU将此坐标和触摸屏上的各个图形对象（代表特定的信息）的坐标相对比，从而确定输入的信息。

触摸屏系统一般包括触摸屏控制器（卡）和触摸检测装置两个部分。触摸屏控制器（卡）的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息，并将它转换成触点坐标，再送给计算机或PLC的CPU，它同时能接收cPu发来的命令并加以执行，例如直观动态地显示开关量和模拟量。触摸检测装置一般安装在显示器的前端，主要作用是检测用户的触摸位置，并传送给触摸屏控制器（卡）。

触摸屏有以下5种类型：电阻式、电容式、红外线式、声波式或近场成像式。现在用得多的是电阻式触摸屏。

触摸屏有以下特点：

a）触摸屏用专用的画面制作软件生成画面。画面的生成是可视化的，不需要用户编程。在画面中用文字或图形动态地显示PLc中开关量的状态和数字量的数值，还可以实现某些动画功能。通过各种输入方式，将操作人员的开关量命令和数字量设定值传送到PLC。

b）触摸屏的按键在屏幕上的画面中。每个画面可以设置不同大小和个数的按键，每个按键均可以设置有明确意义的文字或图形提示。

c）用触摸屏上的软元件代替硬件按钮和指示灯等外部元件，可以节省PLC的输入点和输出点。

d）触摸屏的画面制作软件带有丰富的图库。使用图库中的元件，可以快速方便地生成各种画面。 e）为了实现触摸屏与计算机或PLc之间的通信，只要对通信参数进行简单的设置，用户不用编写通信程序。在生成画面时将图形对象与控制器中的存储器地址联系起来，就可以实现PLC与触摸屏之间的通信。

f）触摸屏可以在恶劣的工业现场环境使用，其稳定性和可靠性与PLC相当。

2抢答器的控制要求

设计1个4个参赛组的抢答器，主持人通过触摸屏监控比赛的进行。为了方便观众了解比赛情况，抢答器应设置必要的显示。抢答器的功能如下：

a）比赛开始之前，主持人要按一次触摸屏上的复位按钮，使所有参赛组的显示均灭。 b）比赛开始后，主持人要按一次触摸屏上的开始按钮，当开始灯（绿灯）亮之后，才允许参赛组进行抢答。

c）比赛开始后，如果参赛组在开始灯（绿灯）亮之前按下按钮进行抢答，则视为抢答违规。此时，蜂鸣器以1次/s的频率呜叫，数码管显示参赛组的序号，同时，触摸屏显示违规组号及抢答违规信号。

d）比赛开始后，如果参赛组在开始灯（绿灯）亮之后按下按钮进行抢答，数码管显示先抢到的参赛组的序号，同时，触摸屏显示答题组号及答题信号，然后主持人请此参赛组回答问题。

e）为了控制比赛时间，回答问题必须在20 s内完成，超时按错误论处。当时间进行到lO s时，红灯亮，提示抢答者"抓紧时间";当时间进行到20 s时，红灯亮，同时蜂鸣器不间断地呜叫，提示抢答者"答题超时"，同时，触摸屏显示"答题超时"信号及"答题超时"组号。

f）答对一题加10分，答错一题、答题超时或违规一次扣10分，按积分的多少论胜负。

其中，加分和减分靠现场工作人员手动翻动记分牌进行计分，其余功能靠PLc控制实现。

3抢答器的软硬件设计

根据系统的控制要求，综合控制点数，本装置选择三菱。FXOS-30MR型PLc，它特别适合于小型单机且仅需要开关量控制的普通设备。 触摸屏选用三菱F940GOT-LwD-C型图形操作终端，它是基于PLC的软硬一体人机界面，能以图形界面方式实现各种工作状态的显示，并具有使用方便、人机对话界面友好、组态技术易掌握、与PLC可进行良好通信的功能。三菱F940GOT-LWD-c型触摸屏含有两个通信接口：RS-232C接口，与装有专用画面制作软件的计算机通信（上载、下载画面）；RS一422接口，与PLC通信（通过画面实时监控PLC的运行）。

3.1触摸屏画面设计

本文中的触摸屏操作画面是用三菱公司专用的画面制作软件SWOPC-FXDU/wIN-c制作的。

为了达到用触摸屏操作画面实时监控PLc运行的目的，必须将操作画面中的图形对象与PLC中的编程软器件联系起来。

触摸屏操作画面制作完成后，再通过计算机的RS-232C串行通信口将操作画面下载到触摸屏中。

3.2 PLC硬件配置

3.2.1 PLC的I/O分析

a）输入端：主持人开始和复位按钮由触摸屏操作画面中的开始和复位触摸键代替，不占PLC的输入点；4个参赛组共4个抢答按钮，因此，PLc应该配置4个输入点。

b）输出端：采用1个共阴极的七段数码管显示参赛组的序号，七段数码管直接由PLc输出端驱动，占7个输出点；再加上1个绿灯、1个红灯、1个蜂鸣器共3个负载，因此，PLC应该配置10个输出点。另外，PLC与触摸屏之间只要连接专用的通信电缆便可以。

3.2.2 PLC的I/O地址分配

1）输入地址分配：

X1：l#抢答者按钮SBl;X2：2#抢答者按钮SB2;

x3：3#抢答者按钮SB3;X4：4#抢答者按钮SB4;

2）输出地址分配：

Y0：七段数码管a段；Y1：七段数码管b段；

Y2：七段数码管c段；Y3：七段数码管d段；

Y4：七段数码管e段；Y5：七段数码管f段；

Y6：七段数码管g段；Y7：蜂鸣器HA;

Y10：绿灯L1; Y11：红灯L2。

1）设计方案

根据抢答器的控制要求和工作流程图，可知抢答器的特点是：显示先抢答者的信息，同时屏蔽后抢答者；属于顺序步进控制。因此，应该选用选择性分支结构复合循环结构的顺序功能图来编程。

2）状态继电器S分配

S0：初始状态；S10：开始状态；s11：第1组违规状态；S12：第2组违规状态；S13：第3组违规状态：s14：第4组违规状态；S15：第1组答题状态；S16：第2组答题状态；s17：第3组答题状态；s18：第4组答题状态。

3）七段数码管显示程序设计

显示"1"：输出Y1、Y2;

显示"2"：输出Y0、Y1、Y3、Y4、Y6：

显示"3"：输出Y0、Yl、Y2、Y3、Y6：

显示"4"：输出Y1、Y2、Y5、Y6。

4结束语

用触摸屏结和PLC实现控制，不仅可以节省PLC的I/O点、省略传统的按钮、按键和指示灯等，减少布线，提高控制系统的运行可靠性，而且可以在短时间完成友好、直观、实用的触摸屏监控画面，因此值得大力推广。