西门子模块6ES7221-1BF22-0XA8品质好货
目前，在移动机器人控制技术和PLC应用方面有很多人已经做了相关的研究工作。本文研究的机器人(小车)工作在大约40 m深的浆液下，为防止水煤浆由于长时间的存贮而沉淀，在按照规划的轨迹移动时完成搅拌水煤浆功能。基于超声波传感器和电子罗盘的实时测量位姿信息，查模糊控制表，控制电机，使机器人能及时、连续、平稳、按规划轨迹运行。采用西门子S7-200系列PLC作为主控制器来实现对浆液下移动机器人的控制。
1 控制系统基本构成
在移动机器人的应用中，jingque的位姿是跟踪控制首要解决的问题。为此，本机器人的定位采用了超声波网络定位系统，导航采用了电子罗盘。整个控制网络如图1所示。
图1 机器人控制网络
PLC系统为控制系统的核心，做主站管理各从站，起到总的控制作用，通过RS-485总线同各个从站进行数据传递。PLC把各个从站得到的信息经过加工处理后，得到终的控制命令传给电机，控制机器人进行准确的行走。TD200可对PLC的参数进行实时的修改，达到实时控制的需要。
1号单片机、2号单片机、3号单片机记录发射超声波信号在介质中的传播时间，乘以超声波的传播速度，可以计算出相应的距离，通过定位算法便可对机器人进行定位。超声波在介质中的传播速度随温度变化，有着特定函数关系，因此可以借助温度传感器对超声波的速度进行修正。电子罗盘可获得小车的姿态，实现小车的导航。
操作员通过无线通信的方式达到对机器人的无线控制。无线控制是对有线控制的一种辅助措施，使机器人能得到更理想的控制效果。当主控制系统控制失效，机器人出现意外情况，通过定位系统测量发现机器人偏离规划轨道，此时，利用无线控制可使机器人及时回到规划轨道。
2 网络通信
2.1 通信协议的选择
S7-200 PLC支持多种通信息协议，如点到点接口(PPI)、多点接口(MPI)、PROFIBUS及用户自定义协议等。
通过使用接收中断、发送中断、字符中断、发送指令(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，可以实现用户定义的通信协议，连接多种智能设备。
CPU处于STOP模式时，自由端口模式被禁止，CPU重新建立使用其他协议的通信，例如与编程设备的通信。只有当CPU处于RUN模式时，才能使用自由端口模式。通过向SMB30(端口0)的协议选择域置1，可以将通信端口设置为自由端口模式。处于该模式时，不能与编程设备通信。SMB30其他位还可以设置端口0通信的波特率和奇偶校检等参数。在此，我们所研究的机器人采用了自由端口模式。通信协议我们采用Medbus协议。Modbus协议是美国可编程控制器供应商Modicon公司制定的一种工业通讯协议，现在已经被许多工控厂商所支持，广泛应用于智能仪表、总线控制等领域。其物理层遵循RS-485标准，RS-485总线具有信号传输速率快、传输距离更远、抗干扰能力强等优点，其接口可以有多个驱动器和接收器，很容易实现PLC与多台智能设备之间的通信。
2.2 网络通信的关键技术
在接收信息时我们采用了接收中断而没用接收指令(RCV)。接收字符中断是每当接收缓冲区SMBZ中接收到一个字符便产生一次中断，能在中断中对所接收到的字符进行适时处理，如果不正确，能及时进行第二次或更多次的发射和接收一直到达成功，并不影响字符和字符间的接收工作。更确切的说对字符的处理是在接收字符之间的间隙进行的。但是RCV指令一次性的接收完对方发射的所有信息，后一个字符接收完，执行中断事件才能对所接收到的字符进行处理，如果不正确，到这时才能重新发射和接收，这与上一种方法相比浪费了时间。两种方法所用到的全局变量VB是一样的，用接收指令RCV程序会简洁些，但是从适时的角度我们选择了接收字符中断。
PLC是主站，1号单片机、2号单片机、3号单片机、无线通信模块、温度传感器、电子罗盘都作为从站，地址依次是3lH，32H，33H，34H，35H，36H。当各从站都没有出现故障，且主站同各从站通信，从站都能给与正确的回应信息时，建立起的地址轮询表是3lH，32H，33H，34H，35H，36H。主站按照这个地址轮询表所建立起的地址同各从站进行数据通信。当某一个从站出现故障，如2号单片机同主站不能进行通信，建立起的地址轮询表是31H，3H，34H，35H，36H。主站按照这个地址轮询表同各从站进行数据通信，并及时报警要求查找故障。但是这时并不影响对小车的控制，因为通过1号单片机、3号单片机仍然能对小车进行定位，仅仅是定位的精度不十分jingque。整个控制过程没有间断而是连续的进行。
我们可以根据报警信息，查出有故障的单片机。当查好后我们可以通过TD200或无线通信模块向主站告诉故障已经解除。要求主站重新建立地址轮询表，建立地址信息。按照重新建立的地址轮询表发射数据信息
四、四层电梯模型PLC控制系统的设计
1、设计目的
（1）实现电梯运行的自动控制；
（2）制作、完善教学教具；
（3）加强教师教学教研水平；
（4）更好的为教学服务。
2、设计要求
（1）电梯上行设计要求：
a、当电梯停于1f或2f，3f呼叫时，则上行，到3f的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭；
b、当电梯停于1f，2f呼叫，则上行，到2f的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭；
c、当电梯停于1f，2f，3f同时呼叫，电梯上行到2f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到3f行程开关控制停止；
d、当电梯停于1f，3f，4f同时呼叫时，电梯上行到3f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到4f行程开关控制停止；
e、当电梯停于1f，2f，4f同时呼叫时，电梯上行到2f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到4f行程开关控制停止；
f、当电梯停于1f，2f，3f，4f同时呼叫时，电梯上行到2f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到3f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到4f行程开关控制停止；
g、电梯停于2f，3f和4f同时呼叫，电梯上行到3f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续上行到4f行程开关控制停止；
h、当电梯停于1f或2f或3f时，4f呼叫，则上行到4f行程开关控制后停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭。
（2）电梯下行设计要求：
a、当电梯停于4f或2f，3f呼叫时，则下行，到2f的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭；
b、当电梯停于4f，3f呼叫，则下行，到3f的行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭；
c、当电梯停于4f，2f，3f同时呼叫，电梯下行到3f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续下行到2f行程开关控制停止；
d、当电梯停于4f，3f，1f同时呼叫时，电梯下行到3f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续下行到1f行程开关控制停止；
e、当电梯停于4f，2f，1f同时呼叫时，电梯下行到2f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续下行到1f行程开关控制停止；
f、当电梯停于4f，3f，2f，1f同时呼叫时，电梯下行到3f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续下行到2f，行程开关控制停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭，继续下行到1f行程开关控制停止；
g、当电梯停于4f或3f或2f时，1f呼叫，则下行到1f后停止，同时，轿厢门与厅门打开，3秒后，轿厢门与厅门关闭。
（3）电梯呼叫、上行或下行均需信号指示。
（4）在电梯运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信号均不响应；如果某反向呼梯信号前方再无共它呼梯信号，则电梯响应该呼梯信号。
（5）电梯具有远反向呼梯响应功能。
3、I/O分配
4、硬件接线图
5、调试运行及教学
实验证明，该系统能较直观地描述电梯的结构，将电梯的机械传动与电气控制有机地结合起来，较全面地演示电梯的使用功能；通过修改PLC控制程序，可在该模型上，实现多种电梯运行、控制方式，不仅可以作为实验设备，也可为电梯的科研提供了一个模拟平台。
经过系统调试后，系统运行稳定，基本达到教学的要求，对于电工、机电一体化学生（如图三）来说是一个非常不错的学习平台。使学生对PLC编程和电梯控制有较深的了解。
6、下一步工作
实验证明，该系统设计控制直观，运行稳定。但对于PLC、电梯来说都是一个系统的知识，为了更好的服务于教学，我将继续完善该电梯模型的控制，如：电梯运行层楼数码显示（正在做，已基本完成），开关门传感控制，光电传感器技术等。以致更好的为教学服务。
五、结束语
我们设计的四层电梯模型，基本上反映了电梯的结构和使用功能，效果直观，可操作性好；在该模型上采用了PLC控制，基本上可应用于真实电梯中，因而在电梯工程实践中，可基本脱离现场环境，事先编制出符合要求的控制软件，以达到提高实际调试的成功率，运行在不同的方式下，实现诸多操纵方式的模拟，克服了教学模型功能单一，仅以演示为目的的局限性，为教学和科研提供了较理想的实验平台，具有实用和推广价值。
一、前 言
随着城市建设的不断发展，楼群建筑不断增多，电梯在当今社会的生活中有着广泛的应用。电梯作为楼群建筑中垂直运行的交通工具已与人们的日常生活密不可分。实际上电梯是根据外部呼叫信号以及自身控制规律等运行的，而呼叫是随机的，电梯实际上是一个人机交互式的控制系统，单纯用顺序控制或逻辑控制是不能满足控制要求的，因此，大部分电梯控制系统都采用随机逻辑方式控制。目前电梯的控制普遍采用了两种方式，一是采用微机作为信号控制单元，完成电梯信号的采集、运行状态和功能的设定，实现电梯的自动调度和集选运行功能，拖动控制则由变频器来完成；第二种控制方式用可编程控制器（PLC）取代微机实现信号集选控制。从控制方式和性能上来说，这两种方法并没有太大的区别。国内厂家大多选择第二种方式，其原因在于生产规模较小，自己设计和制造微机控制装置成本较高；而PLC可靠性高，程序设计方便灵活，抗干扰能力强、运行稳定、可靠性高等特点，所以现在的电梯控制系统广泛采用可编程控制器（PLC）来实现。
在电梯控制系统中，采用PLC构成的系统，具有可靠性高，故障率低，维修方便等优点。本系统设计就是采用三菱PLC（FX-1s）作为电梯教学模型的控制装置。
二、四层电梯模型
1、电梯
电梯是大型机电一体化产品，系统结构庞大而分散，封闭使用，一旦投入运行，从外部难以全面了解电梯的结构及其工作原理；由于技术复杂，性强，结构封闭，在教学和培训过程中，学生不能全面了解电梯的结构，因此，研制能够真实反映电梯结构和使用功能的电梯模型及控制系统十分必要。
目前，用于教学的电梯模型大体有以下两种：一种是电梯结构模型，即静态模型，用以描述电梯的各个组成部分；另一种是使用过程的模拟，即动态模型，采用发光二极管等模拟显示元件描述电梯的启动、加速、稳速运行、减速制动、平层停靠等过程；上述两种模型虽然能够较清晰的表示电梯系统的基本结构和使用过程，但与实际的控制系统相距甚远，不能真实地描述电梯的使用功能。
2、四层电梯模型
结合教学的需要，我们研发设计了四层电梯模型，该电梯模型基本上反映了电梯的结构和使用功能，效果直观，可操作性好；选用功能较强的PLC作为控制单元，符合我国当前中低速电梯控制系统的实际情况。同时，该模型为电梯技术教学提供了较理想的实验平台，使用者可以直观地验证其程序编辑的正确性，便于理解电梯控制的逻辑关系。其中机械部分由林树荫老师指导设计，电气部分由本人设计完成。
该电梯模型由机械和电气两大系统组成。机械系统由曳引系统、轿厢和对重装置、导向系统、厅轿门和开关门系统等组成；电气控制系统主要由PLC、单相电机、继电器、行程开关等十多个电器元件组成。
·系统控制：
（1）开始时，电梯处于任意一层。
（2）当有呼梯信号到来时，轿厢响应该呼梯信号，到时达该楼层时，轿厢停止运行，轿厢门自动打开，延时3秒后自动关门。
（3）在电梯运行过程中，轿厢上升（或下降）途中，任何反方向下降（或上升）的呼梯信号均不响应；如果某反向呼梯信号前方再无共它呼梯信号，则电梯响应该呼梯信号。
（4）电梯具有远反向呼梯响应功能。
·技术参数：
（1）曳引电机：单相 15W 10N/min
（2）曳引方式：双向1:1吊索法
（3）门电机：单相 5W 10N/min
（4）额定速度：0.05米/秒
三、可编程序控制器（PLC）
1、PLC
可编程序控制器为（Programmable Logic Controller，简称PLC），是在继电顺序控制基础上发展起来的以微处理器为核心的通用自动控制装置。
国际电工委员会（IEC）对PLC的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。
PLC具有可靠性高、适应面广、抗干扰能力强、编程方便、对环境要求低、与其他装置配置连接方便等特点。在工业自动化控制系统中占有极其重要的地位。
2、PLC程序设计步骤
（1）根据设计要求，分析系统的控制；
（2）分配PLC的输入点和输出点；
（3）画出硬件接线图；
（4）设计梯形图程序；
（5）写出指令程序表。
