可編程序邏輯控制器（ProgrammableLogicController，PLC）是一種適用性強的工業(yè)用控制器，廣泛應用于各類工業(yè)生產線，移動機械設備的控制等環(huán)境較惡劣的工業(yè)場合。其工作性能穩(wěn)定，可擴展性強，應用簡便。根據不同的模塊配置，可以進行邏輯及算數運算，對數字開關量、模擬量等進行控制和采集，同時具有豐富的總線接口形式，可以利用公開的協(xié)議與不同設備構成復雜的系統(tǒng)。在我們所研制的工業(yè)機械手中，各關節(jié)由比例閥或開關閥構成開環(huán)液壓控制回路，實現比例調速或開關動作，因此我們選用了西門子的S7-200系列PLC作為其控制器。

在一些環(huán)境復雜的應用場合，尤其是對于移動機械設備，控制系統(tǒng)的布線受到諸多限制，操作人員與控制系統(tǒng)的位置安排不方便。因此，具有高度靈活性的無線遙控操作系統(tǒng)的應用得到了推廣。目前工業(yè)上應用的無線遙控操作系統(tǒng)一般采用無線電數字傳輸方式。一些芯片廠商如Infineon、Micrel、RFMonolithics、Melexis、CML、ATMEL等也都推出了各種適應于不同場合和要求的RF芯片［3》。

無線數傳模塊是一種集成式的專用于無線數據收發(fā)的模塊，可直接通過數據總線與其它控制、采集等模塊連接完成無線數據收發(fā)功能，廣泛應用于工業(yè)遙控、遙測，無線抄表，自動化數據采集等場合。具有可靠性高，功耗低，協(xié)議透明使用方便等優(yōu)點。傳輸距離可以達到幾十至上百米，有些甚至可以到上千米的距離。目前很多廠商推出了工業(yè)化、系列化的產品，可以根據不同的使用場合和要求選擇合適的產品。

目前一些廠家推出了專用的基于嵌入式處理器的工業(yè)用無線遙控器，其性能優(yōu)異，集成度高。如HBC、JAY等，應用于混凝土泵車、裝載機等場合。但由于其一般針對專用工程設備，不具有較好的通用性及可擴展性，且主要是國外廠家，價格高昂，其應用推廣受到限制。

在我們研制的多關節(jié)工業(yè)機械手中，采用PLC作為其主控制器，完成對液壓泵站和各關節(jié)液壓閥的開關及比例控制，實現機械手的基本功能。采用無線數傳模塊通過無線通信方式收發(fā)數字信號，實現遠程無線遙控功能，所設計的手持遙控器的輸入開關量及模擬量由16位單片機采集并編碼輸出。

總體方案

該機械手用于巷道內進行混凝土噴漿作業(yè)，有自動和手動操作兩種模式。自動模式下，PLC控制機械手各關節(jié)按程序預定的軌跡運動，調整機械手末端的方位與角度，使噴漿噴頭按設定軌跡運動，且始終垂直于受噴的巷道面，完成巷道表面的噴漿作業(yè)。手動模式下，由操作員分別采用按鈕和比例搖桿對開關閥和比例閥進行控制，驅動各關節(jié)運動，控制混凝土噴頭的方位及角度。其中按鈕控制泵站的啟停及開關閥的方向切換，比例搖桿則根據操作人員的控制，形成一個±10V范圍內的模擬量，比例閥根據模擬量的大小及方向，控制關節(jié)運動速度的大小及方向。

手持操作器的設計

手持操作器的功能為通過處理器的數字IO及AD功能檢測按鈕及搖桿上的操作輸入，并將轉換后的數字信號進行編碼后形成控制指令，通過無線數傳模塊發(fā)出。

XC166系列單片機是英飛凌科技（Infineon）的16位微控制器產品，其優(yōu)異的內核結構，高效的指令集，以及不斷擴充更新的產品線，使其廣泛應用于汽車電子、工業(yè)控制和信息技術領域。該系列單片機具有豐富的接口模式，如14通道10位AD變換器，同步/異步串行通道USART，高速同步串行通道SPI，CAN模塊，79個IO引腳等，并可與各種設備組成通訊網絡。同時，該系列單片機適應于惡劣的工業(yè)環(huán)境，工作溫度可在-40～125°C。［6》針對我們所設計的手持操作器的功能，我們選擇了XC166系列中的XC164CS型單片機。這樣只需附加極少的外圍硬件，就可以實現所需的功能，同時，使該遙控器具有工作性能穩(wěn)定和易于進行功能擴展的優(yōu)點。

手持操作器的功能模塊主要包括AD采樣功能，即采集搖桿操作產生的比例控制電壓;數字IO功能，即采集按鈕操作狀態(tài)和進行一些功能狀態(tài)顯示;通訊功能，即定時地將采集到的控制指令按規(guī)定的格式編碼后通過串口以無線的方式發(fā)送。

手持操作器由電池供電，XC166系列單片機及無線數傳模塊可以滿足低功耗的要求。

數據可靠性

無線遙控操作系統(tǒng)必須保證數據傳輸的高可靠性和控制的安全性，避免發(fā)生失控和錯誤控制指令現象，本系統(tǒng)主要通過以下幾方面來保證：

無線數傳模塊的高抗干擾能力和低誤碼率，高效前向糾錯信道編碼技術;

串行通訊協(xié)議校驗，一般采用奇偶校驗;

軟件協(xié)議校驗;通過軟件編程，對發(fā)送的數據進行校驗，可采用CRC校驗、交互確認或多次發(fā)送對比的方式。在我們的程序中采用同一動作指令重復發(fā)送的方式，只有命令指令與確認指令完全相同，PLC才接受指令，否則忽略此指令。這樣就完全避免了通信所產生的錯誤指令;

PLC的“軟件看門狗”;在PLC程序中設置定時程序，當超時未收到無線指令時，停止機械手動作，防止由于通訊中斷而使機械手失控;

通過以上四個措施，可以有效地保證無線遙控的可靠性，防止產生錯誤操作指令或機械手失控。

5.結論

通過試驗證明，這種采用PLC和無線數傳模塊的遙控方式簡單可行，由于PLC及數傳模塊都有成熟的工業(yè)化產品，可靠性高，成本低，擴展性好，因此本方案具有較高的實用價值，簡化了設計過程。但手持操作器中的單片機模塊尚需進一步的工業(yè)化設計，以達到更高的工業(yè)可靠性要求，并實現總線通信、自檢驗等更多功能。

本文作者創(chuàng)新點：通過設計一種新的架構體系，利用工業(yè)化的無線數傳模塊，將PLC控制與無線遙控結合起來，使機械手控制系統(tǒng)能夠兼具二者的優(yōu)點，降低了成本、滿足了控制系統(tǒng)穩(wěn)定性、兼容性及無線控制的要求。