商洛市西门子模块代理商

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。第一：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。