本篇文章是由《電子設(shè)計技術(shù)》發(fā)表的一篇電子論文，　(月刊)創(chuàng)刊于1994年，由中國電子報社主辦。 本刊辦刊宗旨：成為中國電子設(shè)計業(yè)主導刊物，讀者：電子設(shè)計業(yè)工程師及技術(shù)管理人員。榮獲2001年獲信息產(chǎn)業(yè)部1999-2000年度電子科技期刊出版質(zhì)量獎、2004年獲信息產(chǎn)業(yè)部2003-2004年度電子科技期刊報道選題獎。

　　[摘要]可編程邏輯控制器,簡稱為PLC(Programmable logic Controller),是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)的新型工業(yè)控制裝置。移動機器人是包括計算機、自動化、機電一體化、通信、材料等多學科綜合的一個平臺。最早PLC主要是應(yīng)用在工業(yè)機器人上,用于汽車焊接、噴涂等。隨著智能移動機器人包括像家庭服務(wù)機器人、深海和太空探測機器人等的廣泛推廣,PLC技術(shù)也發(fā)揮了巨大的作用。原因在于PLC在移動機器人的運動控制方面具有運行簡單、性價比高等諸多優(yōu)點。

　　[關(guān)鍵詞]PLC 移動機器人 運動控制

　　一、PLC的主要優(yōu)點

　　1.靈活通用。PLC是通過存儲在存儲器中的程序?qū)崿F(xiàn)控制功能的,如果控制功能需要改變的話,只需要修改程序以及改動極少量的接線即可。

　　2.可靠性高、抗干擾性強。PLC采用的是微電子技術(shù),大量的開關(guān)動作是由于無觸點的半導體電路來完成,因此不會出現(xiàn)繼電器控制系統(tǒng)中的接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象。如洗衣機。

　　3.編程簡單、使用方便。用微機實現(xiàn)控制,使用的是匯編語言,難于掌握,要求使用者具有一定水平的計算機硬件和軟件知識。而PLC采用面向控制過程、面向問題的自然語言編程,容易掌握。

　　4.接線簡單,功能強,體積小、重量輕、易于實現(xiàn)機電一體化。

　　二、PLC在移動機器人上的應(yīng)用

　　采用PLC技術(shù)的移動機器人的結(jié)構(gòu)框圖PLC源于繼電控制裝置,其初衷就是替代繼電器,并增強其相應(yīng)功能。所以,它的特長就是處理邏輯量。使用它,能夠方便地對離散生產(chǎn)過程的順序進行控制。

　　下面就分別介紹這五大功能在移動機器人上的應(yīng)用:

　　1.順序控制(開關(guān)量控制)。它的目的就是,根據(jù)有關(guān)開關(guān)量的當前與歷史的輸入狀況,產(chǎn)生所要求的開關(guān)量輸出,以使系統(tǒng)能按一定順序工作。

　　學會用PLC去實現(xiàn)這個控制就得學會編寫實現(xiàn)這個控制的程序。而這個控制程序設(shè)計方法基本上有兩類:一是用邏輯處理方法,用組合或時序邏輯綜合,進行輸入、輸出變換;另一是用工程方法設(shè)計,按不同要求輸出控制命令。

　　工程設(shè)計可使用分散、集中或混合的算法實現(xiàn)控制。

　　集中原則(發(fā)布命令原則):其控制命令是由集中控制器發(fā)出。這集中控制器就是PLC程序產(chǎn)生的順序輸出的命令。因此可以用在采用步進電機控制的移動機器人上。

　　分散原則(反饋控制原則):其控制命令是由分散信號提供。如果把控制輸出比喻為發(fā)命令,分散控制發(fā)出命令的內(nèi)容及時刻,則是由分散動作完成反饋信號決定。

　　分散控制的優(yōu)點是,有反饋,若收不到反饋信號,后續(xù)的命令不會出現(xiàn),可使所控制的系統(tǒng)能安全、可靠地工作。因此可以用在由伺服電機控制的移動機器人上。

　　2.過程控制(模擬量控制)。一般講,過程控制要用到模擬量。模擬量一般是指連續(xù)變化的量,如電流、電壓、溫度、壓力等物理量。而這個模擬量要能被PLC處理,必須離散化、數(shù)字化。PLC處理后,還要鎖存并轉(zhuǎn)換為模擬輸出。為此,要配置A/D模塊,使模擬量離散化、數(shù)字化;及D/A模塊,使數(shù)字量鎖存并模擬化。

　　PLC進行過程控制的目的是根據(jù)有關(guān)模擬量的輸入狀況,產(chǎn)生所要求的模擬量輸出,以使系統(tǒng)能要求工作。

　　過程控制的類型很多。主要有兩類:閉環(huán),開環(huán)。

　　閉環(huán)控制:傳感器監(jiān)測調(diào)節(jié)量,并傳送給A/D模塊。后者使其離散化、數(shù)字化。PLC程序再參考要求值,對其進行處理,進而經(jīng)D/A模塊、執(zhí)行器作用到被控對象上。對于移動機器人主要是控制關(guān)節(jié)角度和電機的運行速度。關(guān)節(jié)角度是模擬量,電機如采用伺服電機就必須采用閉環(huán)控制方式。

　　開環(huán)控制:傳感器監(jiān)測擾動量,PLC程序依擾動量與調(diào)節(jié)量間的關(guān)系產(chǎn)生控制量,進而再通過摸出模塊、執(zhí)行器作用到被控對象上。其目的是在干擾量作用于系統(tǒng)的同時,這個控制量也作用于該系統(tǒng),以克服干擾對系統(tǒng)的不利影響。在移動機器人上一般也可以采用開環(huán)控制,此時電機基本采用步進電機。

　　在生產(chǎn)中,有時要求若干變量間保持一定的比例關(guān)系,比如兩個電機對機器人本體的轉(zhuǎn)角控制。比值控制有開環(huán)、閉環(huán)及多變量比值等。

　　過程控制用中還有均勻控制。目的是保證左右兩輪的速度得以平衡,以達到直線運動的目的。

　　3.運動控制(脈沖量控制)。主要指:對工作對象的位置、速度及加速度所作的控制。可以是單坐標即控制對象作直線運動;也可是多坐標的,控制對象的平面、立體,以至于角度變換等運動。有時,還可控制多個對象,而這些對象間的運動可能還要有協(xié)調(diào)。

　　利用該特點PLC運動控制可用閉環(huán),也可用開環(huán)。因此可以在機器人進行開環(huán)(步進電機)、閉環(huán)(伺服電機)的運動控制。

　　4.信息控制。也稱數(shù)據(jù)處理,是指數(shù)據(jù)采集、存儲、檢索、變換、傳輸及數(shù)表處理等。

　　隨著技術(shù)的發(fā)展,PLC不僅可用作系統(tǒng)的工作控制,還可用作系統(tǒng)的信息控制。

　　在移動機器人上,可以進行對它的信息控制。對機器人的各種內(nèi)部參數(shù)(角度、速度、位移等)、外部參數(shù)(定位)進行采集、處理、記錄。并在數(shù)據(jù)顯示屏上實時顯示。同時,當計算機與其通訊時,還可將其傳送給計算機,再由計算機作進一步處理、存儲、報表打印及顯示。

　　5.遠程控制。是指對系統(tǒng)的遠程部分的行為及其效果實施檢測與控制。PLC有多種通訊接口,有很強的聯(lián)網(wǎng)、通訊能力,并不斷有新的聯(lián)網(wǎng)的模塊與結(jié)構(gòu)推出。所以,PLC遠程控制是很方便的。

　　PLC與智能傳感器、智能執(zhí)行裝置(如變頻器),也可聯(lián)成設(shè)備網(wǎng)。也可通訊,交換數(shù)據(jù),相互操作。可聯(lián)接成遠程控制系統(tǒng),系統(tǒng)范圍面可大到幾十、幾百公里或更大。這種遠程控制,既提高了控制能力,又簡化了硬件接線及維護。

　　PLC可與計算機通訊,加進信息網(wǎng)。利用計算機具有強大的信息處理及信息顯示功能,可實現(xiàn)計算機對控制系統(tǒng)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)。同時,還可用計算機進行PLC編程、監(jiān)控及管理。移動機器人正好利用其特點,可以將該技術(shù)用在家庭移動機器人、深海探測機器人、太空探測機器人等。

　　總之, PLC的五大控制功能在移動機器人上得到充分的應(yīng)用。