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西門子CPU224XPSI模塊
西門子產品訂貨號：6ES7214-2AS23-0XB0

西門子產品價格：98  RMB

西門子產品凈重：0.370 Kg

西門子產品承諾：質保一年，原裝*

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優(yōu)點

SIMATIC S7-200發(fā)揮統(tǒng)一而經(jīng)濟的解決方案。整個系統(tǒng)的系列特點

• 強大的性能，

• *模塊化和

• 開放式通訊。

S7-200 性能*，久經(jīng)考驗，適合于工業(yè)領域的各種應用：

• 結構緊湊小巧－狹小空間處任何應用的理想選擇

• 在所有CPU型號中的基本和高級功能，

• 大容量程序和數(shù)據(jù)存儲器

• 杰出的實時響應－在任何時候均可對整個過程進行*控制，從而提高了質量、效率和安全性

• 易于使用STEP 7-Micro/WIN工程軟件－初學者和專家的理想選擇

• 集成的 R-S 485接口或者作為系統(tǒng)總線使用

• 極其快速和精確的操作順序和過程控制

• 通過時間中斷完整控制對時間要求嚴格的流程

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設計和功能

可選模塊

• 在性能范圍中模塊化5個不同的CPU，具有全面的基本功能和集成的Freeport通訊接口

• 用于各種功能的一系列擴展模塊：
  －數(shù)字/模擬擴展，可升級至具體要求，作為從站的PROFIBUS通訊
  －作為主站的AS-Interface通訊
  －確切的溫度測量
  －定位
  －遠程診斷
  －以太網(wǎng)/互聯(lián)網(wǎng)通訊
  －SIWAREX MS
  稱重模塊

• HMI功能

• 帶有Micro/WIN附加指令庫的STEP 7-Micro/WIN軟件

• 引人注目的系統(tǒng)工程－目前的特點是用于完整自動化任務的各種不同要求的精確尺寸和的解決方案

主要特點

• 突出數(shù)據(jù)記錄用記憶卡，配方管理，STEP 7-Micro/WIN的項目節(jié)約，以及各種格式的文件存儲

• PID自動調諧功能

• 用于擴展通訊選項的2個內置串口，例如：與其它制造商的設備配套使用（CPU 224 XP, CPU 226）

• 具有內置模擬輸入/輸出的CPU 224 XP

實時響應
*的技術直至zui后的細節(jié)確保我們的CPU發(fā)揮杰出的實時響應率：

• 4個或6個獨立的硬件計數(shù)器，每個30 kHz，帶有CPU 224 XP的2 x 200 kHz，例如：通過增量編碼器或者高速記錄過程事件的精確路徑監(jiān)測

• 4個獨立的報警輸入，輸入濾波時間0.2毫秒至程序起動－zui大過程安全

• 對應用程序快速事件大于0.2 ms信號的脈沖捕捉功能

• 2個脈沖輸出，每個 20 kHz，或者具有脈沖寬度調制和脈沖無脈沖設定點的CPU 224 XP 的2 x 100 kHz－例如：用于控制步進電機

• 2個定時中斷，在1ms處開始，以1ms的增量進行調節(jié)－用于迅速變化過程的無擾控制

• 快速模擬輸入－具有25 μs的信號轉換，12位分辨率

• 實時時鐘

定時中斷

• 1至255ms，具有1 ms的分辨率

• 例如：在轉四分之一圈后，以3000 RPM的轉速可以在螺釘插入機上記錄和處理信號?？梢詫崿F(xiàn)非常精確的記錄，例如：擰緊扭矩，以確保螺釘?shù)木o固。

快速計數(shù)器

• 彼此、其他操作和程序周期均獨立運行

• 當達到用戶可選擇的計算值時，中斷觸發(fā)－從檢測到輸入信號到切換輸出的反應時間為300 μs

• 當增量位置編碼器用于確切定位時的4邊緣評估

• 模塊化可擴展性

報警輸入

• 4個獨立的輸入

• 用于快速連續(xù)登記信號

• 用于信號檢測的200 μs–500 μs 響應時間/用于信號輸出的300 μs

• 對正向和/或負向信號邊沿的響應

• 在一個隊列中zui多16次中斷，取決于優(yōu)先順序

西門子產品訂貨號：6ES7214-2AS23-0XB0

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基于PLC的漿液下移動機器人控制系統(tǒng)

　　1 控制系統(tǒng)基本構成

　　在移動機器人的應用中，精確的位姿是跟蹤控制首要解決的問題。為此，本機器人的定位采用了超聲波網(wǎng)絡定位系統(tǒng)，導航采用了電子羅盤。整個控制網(wǎng)絡如圖1所示。

　　圖1 機器人控制網(wǎng)絡

　　PLC系統(tǒng)為控制系統(tǒng)的核心，做主站管理各從站，起到總的控制作用，通過RS-485總線同各個從站進行數(shù)據(jù)傳遞。PLC把各個從站得到的信息經(jīng)過加工處理后，得到zui終的控制命令傳給電機，控制機器人進行準確的行走。TD200可對PLC的參數(shù)進行實時的修改，達到實時控制的需要。

　　1號單片機、2號單片機、3號單片機記錄發(fā)射超聲波信號在介質中的傳播時間，乘以超聲波的傳播速度，可以計算出相應的距離，通過定位算法便可對機器人進行定位。超聲波在介質中的傳播速度隨溫度變化，有著特定函數(shù)關系，因此可以借助溫度傳感器對超聲波的速度進行修正。電子羅盤可獲得小車的姿態(tài)，實現(xiàn)小車的導航。

　　操作員通過無線通信的方式達到對機器人的無線控制。無線控制是對有線控制的一種輔助措施，使機器人能得到更理想的控制效果。當主控制系統(tǒng)控制失效，機器人出現(xiàn)意外情況，通過定位系統(tǒng)測量發(fā)現(xiàn)機器人偏離規(guī)劃軌道，此時，利用無線控制可使機器人及時回到規(guī)劃軌道。

　　2 網(wǎng)絡通信

　　2.1 通信協(xié)議的選擇

　　S7-200 PLC支持多種通信息協(xié)議，如點到點接口(PPI)、多點接口(MPI)、PROFIBUS及用戶自定義協(xié)議等。

　　通過使用接收中斷、發(fā)送中斷、字符中斷、發(fā)送指令(XMT)和接收指令(RCV)，自由端口通信可以控制S7-200 CPU通信口的操作模式。利用自由端口模式，可以實現(xiàn)用戶定義的通信協(xié)議，連接多種智能設備。

　　CPU處于STOP模式時，自由端口模式被禁止，CPU重新建立使用其他協(xié)議的通信，例如與編程設備的通信。只有當CPU處于RUN模式時，才能使用自由端口模式。通過向SMB30(端口0)的協(xié)議選擇域置1，可以將通信端口設置為自由端口模式。處于該模式時，不能與編程設備通信。SMB30其他位還可以設置端口0通信的波特率和奇偶校檢等參數(shù)。在此，我們所研究的機器人采用了自由端口模式。通信協(xié)議我們采用Medbus協(xié)議。Modbus協(xié)議是美國可編程控制器供應商Modicon公司制定的一種工業(yè)通訊協(xié)議，現(xiàn)在已經(jīng)被許多工控廠商所支持，廣泛應用于智能儀表、總線控制等領域。其物理層遵循RS-485標準，RS-485總線具有信號傳輸速率快、傳輸距離更遠、抗*力強等優(yōu)點，其接口可以有多個驅動器和接收器，很容易實現(xiàn)PLC與多臺智能設備之間的通信。

　　2.2 網(wǎng)絡通信的關鍵技術

　　在接收信息時我們采用了接收中斷而沒用接收指令(RCV)。接收字符中斷是每當接收緩沖區(qū)SMBZ中接收到一個字符便產生一次中斷，能在中斷中對所接收到的字符進行適時處理，如果不正確，能及時進行第二次或更多次的發(fā)射和接收一直到達成功，并不影響字符和字符間的接收工作。更確切的說對字符的處理是在接收字符之間的間隙進行的。但是RCV指令一次性的接收完對方發(fā)射的所有信息，zui后一個字符接收完，執(zhí)行中斷事件才能對所接收到的字符進行處理，如果不正確，到這時才能重新發(fā)射和接收，這與上一種方法相比浪費了時間。兩種方法所用到的全局變量VB是一樣的，用接收指令RCV程序會簡潔些，但是從適時的角度我們選擇了接收字符中斷。

　　PLC是主站，1號單片機、2號單片機、3號單片機、無線通信模塊、溫度傳感器、電子羅盤都作為從站，地址依次是3lH，32H，33H，34H，35H，36H。當各從站都沒有出現(xiàn)故障，且主站同各從站通信，從站都能給與正確的回應信息時，建立起的地址輪詢表是3lH，32H，33H，34H，35H，36H。主站按照這個地址輪詢表所建立起的地址同各從站進行數(shù)據(jù)通信。當某一個從站出現(xiàn)故障，如2號單片機同主站不能進行通信，建立起的地址輪詢表是31H，3H，34H，35H，36H。主站按照這個地址輪詢表同各從站進行數(shù)據(jù)通信，并及時報警要求查找故障。但是這時并不影響對小車的控制，因為通過1號單片機、3號單片機仍然能對小車進行定位，僅僅是定位的精度不十分精確。整個控制過程沒有間斷而是連續(xù)的進行。

　　我們可以根據(jù)報警信息，查出有故障的單片機。當查好后我們可以通過TD200或無線通信模塊向主站告訴故障已經(jīng)解除。要求主站重新建立地址輪詢表，建立地址信息。按照重新建立的地址輪詢表發(fā)射數(shù)據(jù)信息。

　　3 電機控制

　　西門子S7-200系列PLC的高速脈沖輸出功能是指在PLC某些輸出端產生高速脈沖，用來驅動負載實現(xiàn)精確控制。PLC主機zui多可提供2個高速脈沖輸出端，即Q0.0或Q0.1。每個高速脈沖發(fā)生器對應一定數(shù)量的特殊寄存器，包括控制字節(jié)寄存器，狀態(tài)字節(jié)寄存器和參數(shù)數(shù)值寄存器，它們用以控制高速脈沖輸出形式，反映輸出狀態(tài)和參數(shù)值。PLC控制電機中通過脈沖輸出指令(PLS)檢查為脈沖輸出(Q0.0或Q0.1)設置的特殊存貯器位(SM)，然后啟動由特殊存儲器位定義的脈沖操作。脈沖由Q0.0或Q0.1輸出控制電機?！　∪绾慰刂齐姍C，使小車能及時以直線、曲線、停止的方式進行運行，且運行過程連續(xù)、平穩(wěn)，避免小車出現(xiàn)異常行為，如突然的大轉彎、急剎車等，是我們必須要解決的一個重要問題。因此，小車的啟動、每步控制之間的過渡、停止都要處理好，輸出脈沖的周期要連續(xù)，解決方法如下。

　　圖2 電機控制

　　圖2中f軸表示：頻率;t軸表示：發(fā)射脈沖數(shù)。小車剛開始啟動階段以f1的頻率啟動，加速到f2，發(fā)射的脈沖數(shù)是t1-t0。，然后以f2的頻率勻速，規(guī)定每4 s對小車進行一次定位和控制，假設在t2時正好是4 s，開始對小車進行控制，但是，定位和控制過程需要一段時間，當發(fā)射控制命令時，小車可能已不在原來定位的點。此時時間已超過4 s，設此時滯的時間為t，計算所要執(zhí)行的程序量，t的zui大上限值是0.1 s，這么小的時間*可以忽略，在時滯的時間內讓小車仍以原來發(fā)射脈沖頻率運行，當發(fā)射的脈沖數(shù)是t3時開始對小車進行了新的控制，小車進行下一步的運行。然而，此刻仍以前一步的頻率為開始發(fā)射頻率。

　　轉換辦法是通過兩條命令:①MOVB 0，SMB67;②PLS 0。使前一步的運行立刻停止，接著調用新的包羅段控制小車進行下一步的運行，下一步的開始周期是前一步的結束周期，加速或減速到本步規(guī)定的周期(如圖2所示)，加速或減速的時間盡可能短，以此周期勻速運行。小車在運行的整個過程中每步之間處理方法都是這樣。圖中所示為頻率減小到f5小車停止。采用此方法后小車的運行是連續(xù)平穩(wěn)的。

　　4 軟件設計

　　控制系統(tǒng)程序流程框圖如圖3所示，整個程序共有4大塊組成：①對S7-200各個變量、中斷初始化;②主站同各從站進行信息通訊;③進行定位處理;④控制電機。

　　圖3 程序流程框圖

　　整個程序量是巨大的，合理安排程序結構顯得很重要。當沒進行通信時，S7-200反復掃描執(zhí)行周期，出現(xiàn)字符中斷時，對接收到的信息進行保存處理，因為S7-200順序執(zhí)行的特點，這要在很多執(zhí)行周期內完成。但是每個執(zhí)行周期的時間都是短暫的。所有的從站都通信完畢，調用定位子程序求出小車所在的空間位置。然后順序調用模糊控制子程序、電機控制子程序。這三大塊子程序要在同一周期內完成，此周期執(zhí)行時間是zui大的，程序必須簡單實用，使執(zhí)行周期盡可能的降到zui小值，減小控制的時滯。從宏觀上看掃描周期顯現(xiàn)出伸縮性的特點。

　　5 結束語

　　針對漿液下移動機器人的功能要求及PLC所具有的特點，搭建的漿液下移動機器人控制網(wǎng)絡具有特性，實現(xiàn)了網(wǎng)絡間的通信，對電機控制方法進行了探討，使電機能連續(xù)平穩(wěn)的運行，zui后對整個控制系統(tǒng)的軟件程序進行了設計。本文所涉及到的工作已調試成功。