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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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工业控制计 算机 2 0 0 4年 1 7 卷第 1期 9 多传感器空瓶检测机器人的控制系统设计 刘焕 军 王耀 南 段峰湖南大学电气与信息工程学院( 4 1 0 0 8 2 ) Ab s t r ac t Bas e d t he r e qu es t o f t h e Mu lt i s e ns or Empt y b ot t le I ns p e ct or ，t h i s pa per p r e s en t s a c on t r ol s y s t em， I n t h e c on t r o l s y s 。 t ern。t h e indu s t r ial PC is in ch ar ge of c on t r ol an d c ommun ica t ion ， a nd t h e PL C is i n ch ar ge of r o ck -bo t t om c on t r o 1 Th e p a- p er i n t r o du ce s t h e b as ic s t r u c t u r e of c on t r ol s y s t em， a n d e x pou n ds t h e indu s t r ial PC c o mmu nica t e wi t h Si e men s i n v er t e r t h r ou gh RS 48 5 n e t wor k s un de r USS pr ot o co 1 In t h e e n d t h e ap plica t ion s of t h e PLC in t h e c on t r ol s y s t e m ar e dis cu s s e d， Ke y wor ds ： e mp t y b ottle ins p ec r 。 PL C， i n ve rte r ， au t o c ont ml 摘要 本文根据 多传感器检测机器人的要 求， 提 出了一种由工控机进行上层监控和通讯 ， P L C进行底层控 制的控 制 系统。 文 中介绍 了系统的基本结构 ， 阐述 了工控机按照 U S S协议通过 R S 一 4 8 5网络 与西门予 变频器通讯的方法 ， 最后论述 了使用 PL C 进 行控 制 的 方案 。 关键词 ： 空瓶检测机 ， P L C， 变频 器， 自动控制 在现代化生产线上的多传感器空瓶检测机器人 ，负责对进 行灌装前 的空瓶质量进行检测。 由于是在线检测 ， 对检测速度有 很高的要求 ， 需要 控制 多个不 同的传感器 ， 所 以对控制 系统性能 提出 了很 高的要求 。 根据以上分析 ， 本文提出了一种 由工控机进 行上层监控和通讯 ， P L C进行底层控制 的控制系统来完成 多传 感器检测机器人 的控制任务 。 1 控制系统的基本结构 系统的基本结构如 图 1 。 图 1控 制 系 统 的 基 本 结构 检测机器人的运行状态分为调试状态和正常工作状态。检 测机 器人处于正常工作状态 时， 控制系统的工作流程为 P L C通 过光 电传感器和编码 器获取检测对象的精确位置 ，当检测对象 到达检测 位时 ，通知图像采集系统启动 C CD摄像机对其 进行 拍摄 。 将拍摄的图像数据传输给专门的信息处理 系统去处理 。 得 出空瓶质量是否合格的结果 后通知 P L C。 P L c再控制击出器在 不合 格产品到达击出位置时将其击 出。 在调试运行状态 时， 系统 能在 主控计算机的监督下 ， 按要求分别对各个光电传感器 ， 图像 采集子系统 ， 击出器等进行静态的调试 ， 以使各个设备能处于系 统需要 的正常状态。至于检测机器人 的传送系统则由变频器控 制 ， 具体启动， 停止等控制 以及速度的设定 由工控机管理。 2传动 系统的控制 多传感器检测机器人 的传 动系统 由交流电机驱动 ，使用变 频器来控制 。由于在一般情况下检测机器人的传动系统是以恒 定速度运行 ，而且 因为使用 了光电传感器 和编码器来检测对象 位置 ， 与传 动系统 的运行 速度无关 ， 所 以无需 复杂的控制策略 ， 主要是 由工控机按要求启动和停止变频器 ，并 相应调整变频器 频率 ， 从而控制传动系统运 行速度 即可 。 变频器可 以选用 西 门子 MI CR OMA S T E R 4 2 0 ，该 系列变 频器运行可靠 、 功 能完 善 ， 易于安装和调试 ， 既可适用 于简单的 电动机控制也可用于更高级的电动机控制 系统 。而且该 系列变 频器具有 串行接 口， 可以通过 4 8 5总线与 P C机进行 通讯 。 因为工控机上的串行接 口是 2 3 2模式 的 ， 所 以工控机为 了 和变频器通讯 ， 需要使用一个 2 3 2转 4 8 5的转接器 。 在通讯时 ， 两者间采用 的是半双工模式 。 MI CR OMA S T E R 4 2 0变频器的通讯协议是 U S S协议 。协 议 中的报文结构 如下 ： 其 中S T 区内容为 0 2 h e x ， 代表一条信息的开始 ； L GE区为 一个字节 ， 内容表示信息的长度 ； AD R区是一个字节 ， 表示变频器 的地址 ； B C C 区内容是校验和 ， 采用异或方式 ， 长度为一个字节。 报文 中的数据 区分为两个部分 ， 即 P K W 区( 参数识别 I D一 数值区 ) 和 P Z D区( 过程数据 区) 。 P K W 区用于对变频器参数的 处理 ， 本文没有涉及到这方面的操作 ， 所 以不再详细讨论。下面 主要介绍 P Z D区的使用 。 P Z D区一般为两个字长 ， 分为主站到变频器和变频器 应答 主站两种 。其中主站到变频器的任务报文第一个字是变频器控 制字 S T V v ， 第二个字是 主设定值 H S W。其 中 s 1 、 字各位 的含 义 如表 1所 示 。 表 1 S T V v 控制字 维普资讯 1 0 多传感 器空瓶检测机器人 的控制系统设计 H S W 字是主频 率设定值 ， 用来设 定变频器 主频率 。根据参 数 P 2 0 o 9的设 置 ， 可 以采用两种 不同的方 式。当 P 2 0 o 9 = 0时 ， 数值用 1 6进制方式发送 ， 并规格化 为 P 2 0 0 0设 定的频率 ， 即实 际输 出频率= ( H S W ) x P 2 O o O中额定频率 1 6 3 8 4 。 而当 P 2 0 0 9 = 1时数值是 以绝对十进制数 的形式发送 。 从变频器到主站 的应答报文也是两个字 ，分别为变频器的 状 态字 Z S W 和变频器参数实际值 Hl W。当变频器接 收到主站 的任务报文后 ， 会将变频器 的状态经 由应答 报文告知 主站 。 在实际进行通讯前 ， 需要先设定好变频器的几个参数 。 设定 参数 P 0 0 o 3 = 2或 3 ，以便访 问第二级或第三级参数；设定参数 P 2 0 1 0 ，使 变频 器 的波 特 率 与 主 机 波 特率 相 同 ；设 定 参 数 P 2 0 1 1 ， 规定变频 器的通讯地址 ； 设定参数 P 0 7 0 0和 P 1 O o 0 ， 使 主站能够通过 U S S协议控制变频 器及发送主设定值给变频器。 在工控 机上可 以使 用 Mic r o s o E的 A c t i v e X控 件 MS C o mm 来 编写串 口通讯程序。MS C o mm控件功能强大 ， 但使用起来确并 不复杂 。 MS C o mm封装 了 2 O多个与通讯有关的属性 ， 其 中比较 常用的有如下几个 ： Co mmP o r t 属性 ：设置并返 回通 信端 口号 ； S e i n g s属性 ： 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； P o l Op e n属性 ： 设置并返 回通信端 E l 的状态， 也 可 以打开和关闭端 El； I n p u t 属性： 返 回并删除接收缓冲区的数据 流 ； Ou t p u t 属性 ：向传输缓 冲区写一个数 据串； C o mmE v e n t 属 性 ： 用于反映通讯中出现 的事件或错误的类 型。同时 MS C o mm 控件还有一个事件 On Co mm， 当通讯 中出现事件 或错误 时会触 发该事件。利用以上的属性和事件 ，可 以很 方便地编写出根据 U S S协议与变频器通讯， 从 而控制变频器运行 的程序来。 3 P L c的底层控 制 在系统中 P L C主要负责底层控制 ， 它通过 l O 口与光 电传 感器 ， 编码器 ， 击出器 ， 图像采集子系统等相 连 ， 通过图像采集子 系统控 制 C C D摄像机 的拍摄 以及直 接控 制击出器的动作 。同 时 P L C通过 4 8 5总线与工控机连接 ， 接收工控机传来的控 制信 息 和系统参数等 。 在检测机器 人运行 过程中 ， P L C 负责 准确 地通知 图像采集 子 系统启动 C CD摄像机 ， 抓拍处于拍摄 位置的空瓶 。为了达到 这一 目的， 需要使用光 电传感器来检测空瓶的位置。 在系统中使 用 了反射式光电传感 器 ，这种光 电传感器在没有接收到从 反光 板反射 回来 的光束时 ， 就会输出触发信号。 将光电传感器安装 到 CC D摄像机拍摄 位置旁 ，安装 高度 为瓶 颈高度 ，把输出接到 P L C 的 l O输 人 El上。 当没有空瓶经过时 ， 光电传感器可 以接 收到反射光 束 ， 没有输 出信 号 ， 而 当有空瓶经过 时， 瓶颈挡住 了 光束 ， 光电传感器无法接收到返 回的光束， 于是输出触发信号。 P L C从输 人 El接 收到此信号 后 ，即可判 定空瓶 已 到达拍摄位 置 ， 从 l O输 出El输 出启 动信号给 C CD摄像机 ， 摄像机及 时进 行拍摄 ， 获取被检空瓶 的图像。 在专门的信息处理模块对获取的图像信息进行分析处 理后 ， 得 出空瓶质量是 否合格的结论。如果不合格 ， 主控 的工控机就会 通过 4 8 5总线发出控制命令， 要求 P L c控制击 出器击出该空瓶 。 P L C在接 到击 出命 令后 ， 需要标定不合格 空瓶 ， 并追 踪其位置 ， 当不合格空瓶到达击出器所在位置时控制击器动作 ， 击出空瓶。 在空瓶检测机器人中使用一个编码器与驱动传送 带的电机 相连 ， 当电机转动时 ， 编码器相应发 出脉 冲。 计算 脉冲的数 目， 即 可知道传送 带运 动的距离 。 这样一来 ， 如果能测出不合 格空瓶要 运动多长距离才到达击出位置就 能准确击 出空瓶。可以在事 先 把编码器 的脉冲输 出与 P L C的 I O输入 El相连。 然后在传送 带 上放一 空瓶 ，让其依次经过检测位置和击 出位 置 ， P L C使用计 数器记下 此过程中脉冲的数 目， 这一数值 d即对应着检测位 置 和击出位置之间 的距离 。 P L C控制击出器的程序流程图如图 2 。 其中使用多个计数器 是考 虑到：在不合格空瓶从 检测位置移动 到击 出位置这段时间 中， 有 可能又检测 出其他不合格空瓶。计数器 的数量应 为从检测 位置到击出位置间最多可能存在 的空瓶数。 其中距离计数器 的计 数值 D为事先测好的值 d减去移动半个瓶身时编码器输 出的脉 冲数 d 。 。而窗口计数器的计数值 K 则为移动整个瓶身时编码器 输出的脉冲数 。这样做是因为空瓶在传送带运动过程 中， 可能在 传送带上发生一些相对位移 ， 导致实际移动的距离和传送 带移动 的距离并不相 同。当在窗 口计数器计数过程中 ， 有空瓶经过击 出 器旁的光电传感器， 光电传感器发出触发信号时， P L C就可以认 为不合格空瓶 已达到击 出位置 ， 发出击 出器 动作命令 。 圈 2 P L C控制击出嚣 程序漉程 圈 4结束语 实践证 明，多传感器空瓶检测机器人采用文 中所述 的分级 控制 的方法进行控制 ， 满足检测机器人对控 制系统的要求 ， 而且 有 系统结构较为简单 ， 易 于管理 ， 运行 可靠 的等优点 。 参考文献 1 Kr on es L i n a t r on i c 71 2-M2 Emp t y Bo le I n sp ec t or 、 v w k r o - n es d e 2范逸之 V is u a l B a s ic与 R S -2 3 2串行通讯