摘要目前厂矿企业排污沟渠主要靠人力进行清淤，这种方法不但清淤效率低，成本高，而且对人的身体健康造成很大的危害，在某些情况下无法进行人力清淤，为此设计了一种机械自动化清淤装置，本次设计主要完成清淤机器人的控制部分，采用西门子公司的S7-200系列PLC作为微控制器和无限串口模块实现对清淤机器人的无线控制，同时采用红外传感器实现避障，对清淤机器人自身携带的蓄电池进行电量的检测，采用步进电机作为机器人提供力矩，本设计采用上下位机的控制，上位机用于发送控制指令并显示清淤机器人的运行状态，机械载体接受上位机的指令进行相应动作，并向上位机发送清淤作业过程中的状态。关键词：机器人；PLC；无线控制；机械载体AbstractCurrently industrial enterprises mainly rely on human sewage drains for dredging, the dredging efficiency of this method is not only low cost, but also on human health caused great harm, in some cases, dredging can not be human. To this end, a mechanical design automation of dredging equipment, dredging of this design was completed for the robot control part, using the companys S7-200 series SIEMENS microcontroller and a wireless serial port module for wireless control of robots on the dredging carried out its own battery power to bring the test Provided by a stepping motor torque as the robot. This design uses upper and lower computer control PC is used to send control commands and displays the status of the dredging operation robot, mechanical carriers and silt car PC s instructions to accept the corresponding action to the host computer to send the process of dredging operations state.Keywords：PLC; wireless control; the next-bit machine目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 清淤机的选题背景11.2 机器人概述22清淤装置自动控制综述42.1 当前国内的清淤方法42.2 国内外的研究62.3 清淤机械的应用价值62.4 清淤机械改革和创新73 西门子S7-200系列PLC简述83.1 PLC控制系统设计的基本原则83.2 PLC的基本工作原理84 遥控器的结构114.1 TWH9236/9238模块114.2 TWH9236/9238模块应用电路举例135 清淤装置载体部分软件设计155.1 请与机器人工作过程概述155.2系统I/O点的分配165.3控制要求的软件设计的主要内容175.4清淤装置的工作过程175.5系统的程序流程图186 控制程序设计196.1 PLC的程序设计方法196.2梯形图编程的一般规则216.3梯形图的编程注意的问题226.4系统的PLC程序设计及主程序说明23结 论37参考文献38致 谢401 绪论1.1 清淤机的选题背景我们生活的周围，各种水体环境由于淤泥治理难度大，多少年来都没有对这些水域开展清淤工作，在水底堆积了不少的淤泥，严重影响了水体质量使得水质变黑发臭。如何合理的清淤一直是个问题。中小型河道的清淤工作尤其难以实现它一般是指县级及其以下的河道，包括乡级、村级和各类中小型排灌沟渠。这些河道的主要渠道，有的还承担者生产与生活用水的供应。据调查，目前我国许多省市的中小型河道淤积现象已十分严重，给工农业生产及居民生活带来很大影响。长期以来，河道的疏浚清淤大多依靠人力，随着我国商品经济的发展和农村劳动力的转移，特别在乡镇企业较为发达的地区，再想依靠人力清淤已十分困难，迫切要求实现清淤工作机械化、自动化。过去，对于大型河道的清淤，通过从国外引进或自行生产的大型挖泥船舶，就生产能力上讲，已基本能满足要求，但对中小型河道的疏浚清淤机械的开发起步较晚，加之各类河道情况各异，施工条件比较复杂，需要针对不同类别河道的具体情况，分别配备与之相适应的清淤机，才能更好的满足施工要求。中小型清淤机械的主要类型根据工作方式不用大体分为以下几类：（1）陆用长臂湿地型挖掘机（2）两栖式清淤机（3）自航式清淤机（4）中小型绞吸式挖泥船（5）水力开挖机组（6）超小型清淤施肥多用机还有一些正在研制的中小类型。清淤机的控制部分也是多种多样，有PC机、单片机、可编程控制器（PLC）、微型计算机等。研制本机的构想是一种轻型渠道清淤机在渠道底部自动行走，自动挖掘，自动运摔，下上位机的控制选择了可编程控制器。1.2 机器人概述工业机器人的兴起和发展是制造业为提高产品质量、缩短产品制造周期和提高劳动生产率推动的。回顾20世纪50年代以来制造业的发展历程，工业机器人的发展源于制造业自动化发展需求，成为制造自动化生产线的关键设备。工业机器人的发展推动了制造业的思想进步，同时工业机器人技术及系统也获得了飞速发展，因此特种机器人的发展也要以需求为原则，充分研究我国非制造业自动化的实际需要，确定特种机器人的研究领域发展的关键技术，发展具有我国特色的特种机器人技术。特种机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的前沿发展，他在人类生活应用领域的不断扩大，正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。正因为如此，研究和发展特种机器人技术一直受到世界各国的重视，许多国家都把特种机器人技术列入本国的高技术发展计划或国家的关键技术进行研究和开发，如美国的“国家关键技术”、“商业部新兴技术”和“国防部和能源部关键技术”计划，欧共体的“尤里卡”计划和“信息技术研究发展战略计划”，新加坡、韩国、巴西等发展中国家都有相应的计划内容。目前，国际上在如下领域展开特种机器人技术研究。1）水下机器人 包括有揽水下机器人与无揽水下机器人，其中无人无缆水下机器人将是主要的发展方向，并向远程化深海和作业型发展。2）空间机器人 包括舱内作业与舱外作业机器人、星际探索机器人。空间飞行器检测和维修遥控自由飞行空间机器人等。随着空间探索、开发与利用的不断深入，还会不断出现新型的空间机器人。3）工程及建筑机器人 主要应用于矿山采掘业，其中也包括各种底下输油、输气、输水管道检测维修用的爬管机器人、隧道掘进机器人、高层建筑用顶升机器人系统，顶制件安装机器人、室内装修机器人、地面磨光机器人、擦玻璃机器人等。4）医用机器人 医疗机器人是越来越受到关注的机器人应用前沿方向之一，包括外壳手术机器人、生物体内治疗微机器人系统，眼科及神经显微外科手术机器人，胸脏器官、泌尿系统及脑外科手术机器人等。目前机器人辅助外科手术及虚拟医疗手术仿真系统为研究重点。5）微机器人 近年来世界各国发达国家在机电系统的研究开发方面取得了令人瞩目的成果。6）农业机器人 包裹耕作机器人、农药喷洒机器人、收获及管理机器人、搬运机器人、剪羊毛机器人、挤牛奶机器人、草坪修剪机器人等。7）军用机器人 主要用于侦察、作战、保安、排雷等方面。8）服务机器人 主要用于家庭生活类服务及公共场所类服务，如老年人护理、残疾人护理、导盲、导购、导游等方面的机器人。9）核工业机器人 主要用于核工业设备的检测与维修。10）娱乐机器人 娱乐、玩具机器人在本世纪会形成巨大的产业。现在国外已经开发出采矿机器人、坑道水泥喷涂机器人、高层建筑清扫机器人、爬壁检测及喷漆机器人、管内爬行机器人、管外爬行机器人、生物医学用微型机器人、农业及林业用机器人、核工业机器人、深海机器人、空间机器人、军用机器人等等。生产特种机器人的公司的数量迅速增加，特种机器人产业已在国外形成，并对社会与生产力的发展发挥了重大的推动作用。我国在“863”计划支持下，在水下机器人、服务机器人、微型机器人、爬壁机器人、管道机器人、军用机器人、仿人机器人和智能化智能机械等方面开展研究，培养了队伍，取得了一批研究成果，在某些技术方面达到了国际先进水平。但从总体上与国际发达国家相比还有较大差距，没有形成规模产业，自主知识产权的成果相对较小，对特种机器人基本科学问题和技术研究不足，跟踪研究多，自主创新少。2 清淤装置自动控制综述高度的机械化和自动化是机械化大生产的标志，对生产设备和生产工艺进行人性化设计则是进步的展现，也是实际需要。高新技术高度集成的机械设备，收到世界各国越来越多的重视。具有一定智能型的机械设备也纷纷出现，并且涉及到各个行业。随着现代技术的迅速发展，智能机械设备的品种和数量大幅度增加，成为当今世界机械设备中的一道亮丽的风景，这是半个世纪来综合运用计算机、自动控制、精密测量等先进技术的理想成果。在科技日新月异，社会飞速发展的今天，机械产品的性能不断提高，结构不断改进，强化零件的加工质量，提高生产效率并降低成本，要求机械不仅有较好的通用性和灵活性，而且要求工作过程高度自动化。与此同时，行业内不断地丰富产品的种类，不断地细化产品的功用，设计了一系列专用化的机械设备。随着工业化大生产的推进，厂矿企业的生产规模不断扩大，排污沟渠的清淤问题也受到越来越多的重视。而市场上的通用清淤设备如挖泥机，灌渠清淤机等无法适用于厂矿企业的清淤环境。目前厂矿企业排污清淤只要靠人力进行清淤，这种方法不但清淤效率低，成本高，而且对人的身体健康造成很大的危害，在某些情况下无法进行人力清淤。为此设计了一种机械自动化清淤装置，本次设计主要完成清淤机器人控制部分，包括上位机，下位机，载体的自动运行，遇障情况以及与小车的对接等等。2.1 当前国内的清淤方法根据我国目前的排水管道清淤的现状，常用的清淤方法有人工清淤，和水利清淤法（高压水射流清淤法和水冲刷清淤法）和机械清淤法等方式。1）人工清淤法工作人员在配备安全保护措施的情况下借助简单的工具，进入沟渠内部进行清淤工作，并通过手推车将淤泥送到井口，达到一定量后由井口挖掘机挖出。但这些设备需要人工进入管道进行实地操作，并且只适用于人可进入的沟渠，劳动强度大，清淤速度慢，对工作人员的人身安全无法很好的保障。2）水利清淤法水利清淤法包括高压水射流清淤法和水冲刷清淤法。高压水射流清淤法是用一台高压喷射车，装备有大型水罐，激动卷管器，高压水泵，射射水喷头等。操作时由车上的引擎驱动高压泵，将水加压后送入射水喷头，通过高压水清洗管道壁，将渠道内的沉淀物冲入检查井中，然后由吸泥车将其吸走。这种方法是用于各种直径的水下管道，但是由于需要干净水，所以成本较高。为降低成本，现在的清淤车多备有污水净化装置，以利用下水道中的污水。水冲刷清淤法是制作一种能挡水的清淤装置，由检查井放入管道内，