PLC技術(shù)在移動機(jī)器人中的應(yīng)用研究

1、.PLC技術(shù)在移動機(jī)器人中的應(yīng)用研究摘要可編程邏輯控制器,簡稱為PLC(Programmable logic Controller),是以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。移動機(jī)器人是包括計算機(jī)、自動化、機(jī)電一體化、通信、材料等多學(xué)科綜合的一個平臺。最早PLC主要是應(yīng)用在工業(yè)機(jī)器人上,用于汽車焊接、噴涂等。隨著智能移動機(jī)器人包括像家庭服務(wù)機(jī)器人、深海和太空探測機(jī)器人等的廣泛推廣,PLC技術(shù)也發(fā)揮了巨大的作用。原因在于PLC在移動機(jī)器人的運(yùn)動控制方面具有運(yùn)行簡單、性價比高等諸多優(yōu)點。 關(guān)鍵詞PLC 移動機(jī)器人 運(yùn)動控制 一、PLC的主要優(yōu)點 1.靈活通用。PLC是通過存儲在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控

2、制功能的,如果控制功能需要改變的話,只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。 2.可靠性高、抗干擾性強(qiáng)。PLC采用的是微電子技術(shù),大量的開關(guān)動作是由于無觸點的半導(dǎo)體電路來完成,因此不會出現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)中的接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象。如洗衣機(jī)。 3.編程簡單、使用方便。用微機(jī)實現(xiàn)控制,使用的是匯編語言,難于掌握,要求使用者具有一定水平的計算機(jī)硬件和軟件知識。而PLC采用面向控制過程、面向問題的自然語言編程,容易掌握。 4.接線簡單,功能強(qiáng),體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機(jī)電一體化。  二、PLC在移動機(jī)器人上的應(yīng)用 采用PLC技術(shù)的移動機(jī)器人的結(jié)構(gòu)框圖PLC源于繼電控制裝置,其初衷就是

3、替代繼電器,并增強(qiáng)其相應(yīng)功能。所以,它的特長就是處理邏輯量。使用它,能夠方便地對離散生產(chǎn)過程的順序進(jìn)行控制。 下面就分別介紹這五大功能在移動機(jī)器人上的應(yīng)用: 1.順序控制(開關(guān)量控制)。它的目的就是,根據(jù)有關(guān)開關(guān)量的當(dāng)前與歷史的輸入狀況,產(chǎn)生所要求的開關(guān)量輸出,以使系統(tǒng)能按一定順序工作。 學(xué)會用PLC去實現(xiàn)這個控制就得學(xué)會編寫實現(xiàn)這個控制的程序。而這個控制程序設(shè)計方法基本上有兩類:一是用邏輯處理方法,用組合或時序邏輯綜合,進(jìn)行輸入、輸出變換;另一是用工程方法設(shè)計,按不同要求輸出控制命令。 工程設(shè)計可使用分散、集中或混合的算法實現(xiàn)控制。 集中原則(發(fā)布命令原則):其控制命令是由集中控制器發(fā)出。這

4、集中控制器就是PLC程序產(chǎn)生的順序輸出的命令。因此可以用在采用步進(jìn)電機(jī)控制的移動機(jī)器人上。 分散原則(反饋控制原則):其控制命令是由分散信號提供。如果把控制輸出比喻為發(fā)命令,分散控制發(fā)出命令的內(nèi)容及時刻,則是由分散動作完成反饋信號決定。 分散控制的優(yōu)點是,有反饋,若收不到反饋信號,后續(xù)的命令不會出現(xiàn),可使所控制的系統(tǒng)能安全、可靠地工作。因此可以用在由伺服電機(jī)控制的移動機(jī)器人上。 2.過程控制(模擬量控制)。一般講,過程控制要用到模擬量。模擬量一般是指連續(xù)變化的量,如電流、電壓、溫度、壓力等物理量。而這個模擬量要能被PLC處理,必須離散化、數(shù)字化。PLC處理后,還要鎖存并轉(zhuǎn)換為模擬輸出。為此,要

5、配置A/D模塊,使模擬量離散化、數(shù)字化;及D/A模塊,使數(shù)字量鎖存并模擬化。 PLC進(jìn)行過程控制的目的是根據(jù)有關(guān)模擬量的輸入狀況,產(chǎn)生所要求的模擬量輸出,以使系統(tǒng)能要求工作。過程控制的類型很多。主要有兩類:閉環(huán),開環(huán)。 閉環(huán)控制:傳感器監(jiān)測調(diào)節(jié)量,并傳送給A/D模塊。后者使其離散化、數(shù)字化。PLC程序再參考要求值,對其進(jìn)行處理,進(jìn)而經(jīng)D/A模塊、執(zhí)行器作用到被控對象上。對于移動機(jī)器人主要是控制關(guān)節(jié)角度和電機(jī)的運(yùn)行速度。關(guān)節(jié)角度是模擬量,電機(jī)如采用伺服電機(jī)就必須采用閉環(huán)控制方式。 開環(huán)控制:傳感器監(jiān)測擾動量,PLC程序依擾動量與調(diào)節(jié)量間的關(guān)系產(chǎn)生控制量,進(jìn)而再通過摸出模塊、執(zhí)行器作用到被控對象上

6、。其目的是在干擾量作用于系統(tǒng)的同時,這個控制量也作用于該系統(tǒng),以克服干擾對系統(tǒng)的不利影響。在移動機(jī)器人上一般也可以采用開環(huán)控制,此時電機(jī)基本采用步進(jìn)電機(jī)。 在生產(chǎn)中,有時要求若干變量間保持一定的比例關(guān)系,比如兩個電機(jī)對機(jī)器人本體的轉(zhuǎn)角控制。比值控制有開環(huán)、閉環(huán)及多變量比值等。 過程控制用中還有均勻控制。目的是保證左右兩輪的速度得以平衡,以達(dá)到直線運(yùn)動的目的。 3.運(yùn)動控制(脈沖量控制)。主要指:對工作對象的位置、速度及加速度所作的控制?？梢允菃巫鴺?biāo)即控制對象作直線運(yùn)動;也可是多坐標(biāo)的,控制對象的平面、立體,以至于角度變換等運(yùn)動。有時,還可控制多個對象,而這些對象間的運(yùn)動可能還要有協(xié)調(diào)。 利用該

7、特點PLC運(yùn)動控制可用閉環(huán),也可用開環(huán)。因此可以在機(jī)器人進(jìn)行開環(huán)(步進(jìn)電機(jī))、閉環(huán)(伺服電機(jī))的運(yùn)動控制。 4.信息控制。也稱數(shù)據(jù)處理,是指數(shù)據(jù)采集、存儲、檢索、變換、傳輸及數(shù)表處理等。 隨著技術(shù)的發(fā)展,PLC不僅可用作系統(tǒng)的工作控制,還可用作系統(tǒng)的信息控制。 在移動機(jī)器人上,可以進(jìn)行對它的信息控制。對機(jī)器人的各種內(nèi)部參數(shù)(角度、速度、位移等)、外部參數(shù)(定位)進(jìn)行采集、處理、記錄。并在數(shù)據(jù)顯示屏上實時顯示。同時,當(dāng)計算機(jī)與其通訊時,還可將其傳送給計算機(jī),再由計算機(jī)作進(jìn)一步處理、存儲、報表打印及顯示。 5.遠(yuǎn)程控制。是指對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部分的行為及其效果實施檢測與控制。PLC有多種通訊接口,有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)、通訊能力,并不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的模塊與結(jié)構(gòu)推出。所以,PLC遠(yuǎn)程控制是很方便的。 PLC與智能傳感器、智能執(zhí)行裝置(如變頻器),也可聯(lián)成設(shè)備網(wǎng)。也可通訊,交換數(shù)據(jù),相互操作?？陕?lián)接成遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),系統(tǒng)范圍面可大到幾十、幾百公里或更大。這種遠(yuǎn)程控制,既提高了控制能力,又簡化了硬件接線及維護(hù)。 PLC可與計算機(jī)通訊,加進(jìn)信息網(wǎng)。利用計算機(jī)具有強(qiáng)大的信息處理及信息顯示功能,可實現(xiàn)計算機(jī)對控制系統(tǒng)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集SCADA(Supervisory Control a