PLC技术在移动机器人中的应用研究

扫地僧

　　[摘要]可编程逻辑控制器,简称为PLC(Programmable logic Controller),是以计算机技术为基础的新型工业控制装置。移动机器人是包括计算机、自动化、机电一体化、通信、材料等多学科综合的一个平台。最早PLC主要是应用在工业机器人上,用于汽车焊接、喷涂等。随着智能移动机器人包括像家庭服务机器人、深海和太空探测机器人等的广泛推广,PLC技术也发挥了巨大的作用。原因在于PLC在移动机器人的运动控制方面具有运行简单、性价比高等诸多优点。

　　[关键词]PLC 移动机器人 运动控制
　　
　　一、PLC的主要优点

　　1.灵活通用。PLC是通过存储在存储器中的程序实现控制功能的,如果控制功能需要改变的话,只需要修改程序以及改动极少量的接线即可。

　　2.可靠性高、抗干扰性强。PLC采用的是微电子技术,大量的开关动作是由于无触点的半导体电路来完成,因此不会出现继电器控制系统中的接线老化、脱焊、触点电弧等现象。如洗衣机。

　　3.编程简单、使用方便。用微机实现控制,使用的是汇编语言,难于掌握,要求使用者具有一定水平的计算机硬件和软件知识。而PLC采用面向控制过程、面向问题的自然语言编程,容易掌握。

　　4.接线简单,功能强,体积小、重量轻、易于实现机电一体化。


　　二、PLC在移动机器人上的应用

　　采用PLC技术的移动机器人的结构框图PLC源于继电控制装置,其初衷就是替代继电器,并增强其相应功能。所以,它的特长就是处理逻辑量。使用它,能够方便地对离散生产过程的顺序进行控制。

　　下面就分别介绍这五大功能在移动机器人上的应用:

　　1.顺序控制(开关量控制)。它的目的就是,根据有关开关量的当前与历史的输入状况,产生所要求的开关量输出,以使系统能按一定顺序工作。

　　学会用PLC去实现这个控制就得学会编写实现这个控制的程序。而这个控制程序设计方法基本上有两类:一是用逻辑处理方法,用组合或时序逻辑综合,进行输入、输出变换;另一是用工程方法设计,按不同要求输出控制命令。

　　工程设计可使用分散、集中或混合的算法实现控制。

　　集中原则(发布命令原则):其控制命令是由集中控制器发出。这集中控制器就是PLC程序产生的顺序输出的命令。因此可以用在采用步进电机控制的移动机器人上。

　　分散原则(反馈控制原则):其控制命令是由分散信号提供。如果把控制输出比喻为发命令,分散控制发出命令的内容及时刻,则是由分散动作完成反馈信号决定。

　　分散控制的优点是,有反馈,若收不到反馈信号,后续的命令不会出现,可使所控制的系统能安全、可靠地工作。因此可以用在由伺服电机控制的移动机器人上。

　　2.过程控制(模拟量控制)。一般讲,过程控制要用到模拟量。模拟量一般是指连续变化的量,如电流、电压、温度、压力等物理量。而这个模拟量

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　　PLC进行过程控制的目的是根据有关模拟量的输入状况,产生所要求的模拟量输出,以使系统能要求工作。

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　　过程控制的类型很多。主要有两类:闭环,开环。

　　闭环控制:传感器监测调节量,并传送给A/D模块。后者使其离散化、数字化。PLC程序再参考要求值,对其进行处理,进而经D/A模块、执行器作用到被控对象上。对于移动机器人主要是控制关节角度和电机的运行速度。关节角度是模拟量,电机如采用伺服电机就必须采用闭环控制方式。

　　开环控制:传感器监测扰动量,PLC程序依扰动量与调节量间的关系产生控制量,进而再通过摸出模块、执行器作用到被控对象上。其目的是在干扰量作用于系统的同时,这个控制量也作用于该系统,以克服干扰对系统的不利影响。在移动机器人上一般也可以采用开环控制,此时电机基本采用步进电机。

　　在生产中,有时要求若干变量间保持一定的比例关系,比如两个电机对机器人本体的转角控制。比值控制有开环、闭环及多变量比值等。

　　过程控制用中还有均匀控制。目的是保证左右两轮的速度得以平衡,以达到直线运动的目的。

　　3.运动控制(脉冲量控制)。主要指:对工作对象的位置、速度及加速度所作的控制。可以是单坐标即控制对象作直线运动;也可是多坐标的,控制对象的平面、立体,以至于角度变换等运动。有时,还可控制多个对象,而这些对象间的运动可能还要有协调。

　　利用该特点PLC运动控制可用闭环,也可用开环。因此可以在机器人进行开环(步进电机)、闭环(伺服电机)的运动控制。

　　4.信息控制。也称数据处理,是指数据采集、存储、检索、变换、传输及数表处理等。

　　随着技术的发展,PLC不仅可用作系统的工作控制,还可用作系统的信息控制。

　　在移动机器人上,可以进行对它的信息控制。对机器人的各种内部参数(角度、速度、位移等)、外部参数(定位)进行采集、处理、记录。并在数据显示屏上实时显示。同时,当计算机与其通讯时,还可将其传送给计算机,再由计算机作进一步处理、存储、报表打印及显示。

　　5.远程控制。是指对系统的远程部分的行为及其效果实施检测与控制。PLC有多种通讯接口,有很强的联网、通讯能力,并不断有新的联网的模块与结构推出。所以,PLC远程控制是很方便的。

　　PLC与智能传感器、智能执行装置(如变频器),也可联成设备网。也可通讯,交换数据,相互操作。可联接成远程控制系统,系统范围面可大到几十、几百公里或更大。这种远程控制,既提高了控制能力,又简化了硬件接线及维护。

　　PLC可与计算机通讯,加进信息网。利用计算机具有强大的信息处理及信息显示功能,可实现计算机对控制系统的监控与数据采集SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)。同时,还可用计算机进行PLC编程、监控及管理。移动机器人正好利用其特点,可以将该技术用在家庭移动机器人、深海探测机器人、太空探测机器人等。

　　总之, PLC的五大控制功能在移动机器人上得到充分的应用。

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