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基于 PLC 机器人 本体 设计 论文 DWG 图纸 外文 翻译 文献 综述 开题 报告

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电 子 机 械 工 程 El e c t r oM e ch an i c a l En gi ne e r i ng 2 0 0 4年第 2 0卷第 1 期 2 0 o 4 V o 1 2 0 N o 1 基于 P L C的移动机器人运动控制的实现 刘权， 殷爱华 ( 南京理工大学机器人研究所， 江苏 南京2 1 0 0 9 4 ) 摘要 ： 研 究的移动机器人是通过采用一 台个人 P C+P L C可编程控制器的结构实现机 器人控制 ， 在 V B 开发环境下运用 V B提供的通信控件 M S C o mm， 实现上位 P C机与 P L C之间的 串行通信， O M R O M 系列 P L C有用于读 写的上位机链接通信的命令 ， 通过执行读 写命令 ， P L C可完成对被控对象各项功能的现 场控 制 。 关键词 ： V B控件 ； P L C； 串行异步通信 ； 机 器人控制系统 中图分类号 ： T P 2 4 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 8 5 3 0 0 ( 2 0 0 4 ) 0 1 0 0 6 0 0 3 Re a l i z a t i o n o f Mo t i o n Co n t r o l o f a Mo b i l e Ro b o t Ba s e d o n P LC L I U Qu a n， YI N Ai h u a ( R o b o t i c s R e s e a r c h I n s t i t u t e ， N a n j i n g U n i v e r s i t y o fS c i e n c e a n d T e c h o l o g y ， N a n j i n g 2 1 0 0 9 4， C h i n a ) Ab s t r a c t： I n t h i s p a pe r t he mo b i l e r o b o t i s i n t r o d u c e d，wh i c h s t r u c t u r e c o n s i s t s o f a P C a n d a PL C Th e MS Co mm c o n t rol i n VB c a n r e a l i z e As y n c h r o n o u s S e ria l Da t a Co mmu n i c a t i o n b e t we e n P C a n d t h e PL C Th e Re a d W rit e c o mma n d i n t h e OMROM PL C c a n r e a l i z e t h e r e a l t i me c o n t r o l o f d i f f e r e n t f u n c t i o ns o f mo bi l e r o b o t Ke y wo r d s： VB c o n t r o l；PLC ；As y n c h ron o u s Se ria l Da t a Co mmu n i c a t i o n ； r o b o t c o n t rol s y s t e m 0 引 言 P L C与 个 人 计 算 机 之 间 的通 信 一 般 是 通 过 R S 2 3 2 C口进行 的， 信息交换 的方式为字符 串方式 运 用 R S 2 3 2通道 ， 容易配置一个与计算机进行通信的系 统。将所有软元件的数据和状态由可编程控制器送入 计算机 ， 由计算机采集这些数据 ， 进行分析及运行状态 监测。用计算机改变可编程控制器设备的初始值和设 定值 ， 从而实现计算机对可编程控制器的直接控制， 一 旦确定了可编程控制器的控制指令格式 ， 就能方便地 与具有 R S 2 3 2 C口并能输出字符串的计算机通信。 文中所研究 的移 动机器人是通过采 用一 台个人 P c+P L C可编程控制器的结构实现机器人控制， 可 以 充分利用 P L C的可靠性高、 适应性好 、 接 口功 能强 、 体 积小 以及组态灵活等优点。 l 移动机器人控制功能要求 控制系统总体框 图如图 1所示 ， 其结构采用 了上 收稿 日期 ： 2 0 0 3 0 51 5 下两级计算机系统完成对机器人的控制。机器人控制 器采用了模块化 的体系结 构。整个硬件 系统 以工业 P c机作为机器人控制 系统 的硬件平台， 通过 P L C控 制机器人各 自由度的动作。上位 P C机与 P L C之 间通 过 R S一 2 3 2 C口通信 ， 采用主从应答方式。 图 1 控制系统 总体 框图 1 1 上位 P C机的功能要求 上位 P C机的主要任务是采集 P L C中存储的被控 对象运行状态参数， 显示被控对象各部分的工作状态 ， 通过 A D采集卡采集传感器信号 ， 根据需要 向P L C发 出读 写命令 ， 读数据时上位机通过通信 口向 P L C发 出读数据命令 ， P L C响应命令并将数据准备好 ， 上位机 再次读通信 I： 1 即可读 到所需数据 。 写数据时 ， 上位机 通 过通 信 I： 1 向P L C发布 写命 令 及数 据 ， P L C即可 接 维普资讯 第 1 期 刘权， 等： 基于 P L C的移动机器人运动控制的实现 6 l 收。P L C通信模块有多种上位机链接命令代码 ， 微机 通过向 P L C发出不同的命令 ， 可 以灵活地对其位或字 软设备 以及特殊功能模块 的缓冲区进行读写 。 1 2 P L C功能要求 O MR O M系列 P L C有用 于读 写 的上位机链接通 信的命令 ， 通过执行读 写命令 ， P L C可完成对 被控对 象各项功能的现场控制 ， 开辟数据缓 冲区 ， 实时存储被 控对象运行状态 ， 供上位机查询。 2 P L C与上位 P C机 的通信协议 O MR O M系列 P L C的 C P U内设有 R S 一 2 3 2端 口与 个人计算机进行上位机链接通信。上位机链接通信是 通过在上位机和 P L C之间交换命令和应答实现的， 在 一次交换中传输的命令或应答数据称之为一帧 ， 一个 帧最多可包含 1 3 1 个数据字符 。 上位机程序流程框图如图 2所示。 囱 网 由 固亩 l结 束 l I 搁 图 2 上位机程序流程框图 2 1 上位机发送命令格式 节点号识别码正文 F C S 终 止符 号置于每个命令的开头， 节点号设置在 P L C的 D M 6 6 4 8中， 识别码和正文取决于传输的上位机链接 命令 。识别码设置 2字符 的命令代码 ， 正 文设置命令 参数 ， 终止符设置 “ ” 和回车 ( C HR$( 1 3 ) ) 两字符。 表示命令结束 。命令帧可 以有最多 l 3 1个字符长， 一 个等于或大于 1 3 2字符的命令必须分成若干帧。 为 了保证通信的安全性 ， 必须对传送 的数据进行 校验 ， 采取 的主要 措 施是 ： 增 加 一个 结 构检 查 序列 ( F C S ) 字符 。F C S是一 个转换成 2个 A S C I I 字符 的 8 位数据 ， 这 8位数据为从帧开始到帧正文结束( 即 F C S 之前) 所有数据执行“ 异或” 操作的结果。每次接收到 一帧 ， 计算 F C S ， 与帧中所包含 的 F C S作 比较 ， 从 而检 查帧中间的数据错误。如果两者不相等 ， 则认为传输 数据出错。将检验到 的出错 数据放弃 ， 并立 即给上位 机发送反馈信号要求重新发送数据。 2 2 来 自 P L C的应答格式 号必须置于每个应答 帧的开头 ， 节点号设置在 P L C的 D M 6 6 4 8中， 识别码返 回 2字符的命令代码 ， 结 束码表示命令完成的状态 ， 即是否有错误发生 ， 正文返 回命令结果 ， F C S返回 2字符帧检查顺序码 ， 终止符设 置“ ” 和回车( C H R$( 1 3 ) ) 两字符 ， 表示应答结束。 3 移动机器人运动控制的实现 移动机器人运动系统由行走电机 、 点头电机 、 摇头 电机、 方 向电机、 肩部电机、 肘部电机、 腕部 电机和手部 电机组成 ， 采用位控模块 C 2 0 0 H W N C A1 3控制 ， 通 过 位控模块 的参数设置 ， 可设定电机 的运行方向、 速度 、 运动距离以及起停加速度 。 机器 人 的 电机 动 作 命 令 字 存 储 在 D M 2 0 0 1一 D M 2 0 0 8中， 字的格式如图3所示。 图3 字的格式 ( =1 8 ) 分别对应上述 8个电机 的运行标志 位， 通过 P L C写 D M区wD命令 ， 上位机连续两次 给 赋 0 0 0 0 ， 0 0 0 1 ， 使对应 的 P L C中的继 电器 I R字 位产生上升沿脉冲， 启 动对应 的电机。要停止 电机 的 运动 ， 只需再给相应电机 S T O P位赋值 。此外 ， 增加设 置 标志位， 可要求几个电机联动。 3 1 用 V i m 0编程实现 P L C与上位机的串行通信 上位 P c机采用 V B 6 0 编程。在标准串口通信方 面， V B 6 0提供了具有强大功能的通信控件 MS C o mm 该控件屏蔽了通信过程中的底层操作 ， 程序员只需设 置和监视 M S C o mm控件 的属性和事件 ， 就可 以轻 而易 举地实现串行异步通讯。该控件可设置串行通信的数 据发送和接收 ， 对串口状态及 串口通信的信息格式和 协议进行设置。表 1列出 MS C o m m控件的相关属性。 维普资讯 6 2 电 子 机 械 工 程 第 2 0卷 表 1 Ms Co n u n控件 的相关属性 属 性 描 述 Co mmPo r t Se t t i ng s Po r t Op e n I n pu t 设置并返回通讯端口号 以字符 串的形式设置并返 回波特率、 奇偶校 验 、 数据位 、 停止位 设 置并返 回通 讯 端 口的状 态 。也 可 以打 开 和 关闭端 口 从接收缓冲区返回和删除字符 O u t p u t 向传输缓冲区写一个字符串。 在发送控制命令字之前 ， 必须先形成命令字。命 令字通过分析主控界面上有关对象的取值形成， 在程 序中通过函数 Wr i t e D a t a ( ) 向 P L C中写标志位 ， 通过 函 数 R e a d D a t a ( ) 从 P L C中读数据。帧检查顺序用 函数 F C S ( ) 。 3 2 上位 P C机的部分程序 P r i v a t e S u b F o r m L o a d ( ) MS C o m m1 C o m m P o r t=1 设置通信端口号为 C O M 1 MS C o m m1 S e t t i n g s=” 9 6 O O， E， 7 ， 2 ” 设置波特率为 9 6 0 0 b s 、 有奇偶校验、 7位数据、 2个停止位 MS C o mm 1 P o r t O p e n=T r u e 端口打开 En d Su b 对上位机接收到的帧进行 F C S检查 F u n c t i o n F C S ( S A s S t ri n g )A s I n t e g e r D i m l A s I n t e g e r ， i A s I n t e g e r l= t e n ( S 、 F C S=A s c ( Mi d ( S ，1 ， 1 ) )， 返回字符串从第一位开 始一个字符 i = 2 Wh i l e( i0) a n s w e r=MS C o mm 1 I n p u t 读缓冲区字符 Wen d En d Su b 3 3 P L C的部分程序 。 接收上位机的标志位。 执行相 应的动作 L D 2 5 3 1 3 上 电常通标志位 MO V ( 2 1 ) D M区标志传送到 I R区 DM 21 00 I R 02 01 L D 2 01 00 D I F U 2 3 5 0 0 微分指令 LD 2 35 0 0 O U T 1 3 0 0 4 3单元中 N C 一 4 1 3 X轴相对运动启动位 E N D ( 0 1 ) 4 结束语 该应用程序已经调试通过。按照上述设计方法和 流程图 ， 可 以很方便地实现上位机 P C与下 位机 P L C 的通信， 效率高 ， 可靠性好 ， 程序设计简单 ， 减轻 了整个 控制系统软件的研制工作量 ， 很好地