什么是上位机和下位机?
有些设备能够访问其它的设备,比如读取内存中的数据、向内存写数据,这样的设备具有较高的权限和地位,因此被称为上位机。有些设备只能被其它设备访问,而没有访问其它设备的权力,这样的设备就称为下位机。在本文中,PLC就是下位机,而编程计算机就是它的上位机。
想对PLC进行设置或编程,需要使用网线将 S1200 与上位机连接,只需要将上位机的 IP 地址设置为与 PLC同一网段即可。S1200 一般出厂默认的 IP 地址是 192.168.0.1,所以可以将你的电脑的 IP 设置为192.168.0.2。对于 AGV 这种移动设备,通常会采用无线通讯,例如接收调度系统的控制指令。无线通信方式有WIFI、ZigBee等等。由于 WIFI 在实际中使用较多,我介绍一下它的配置方法。使用 WIFI 连接西门子 PLC非常方便,只需要用网线将 PLC 的以太网口连接到无线路由器的 LAN 口,然后用笔记本搜索到对应的 WIFI 后连接即可访问PLC。所用的无线路由器可以是任意品牌,甚至家用路由器都可以。笔者在淘宝买过一款国产以太网转 WIFI转换器,但奇怪的是不支持博途软件(博图无法访问到PLC),所以你购买前zuihao跟商家确认是否能用于博途。如果你想追求更稳定可靠的通信,可以选择工业级通讯模块,例如摩莎(MOXA),它的供电电压兼容12V~48V。
(二)驱动器
如果说车载控制器是 AGV 的大脑,那么 AGV 还要有心脏和肌肉才能运动起来,驱动器给车轮的电机提供电流,相当于心脏。
2.1 低压驱动器品牌
由于 AGV 普遍采用蓄电池供电,其电压一般在 12V~72V 左右。因此 AGV使用的驱动器属于低压直流型伺服驱动器。国外的低压驱动器品牌有:AMC、RoboteQ、ZAPI(萨牌)、Curtis(柯蒂斯)、Elmo(埃莫)等,中国国内的低压驱动器品牌有:步科、森创、英博尔、凯利。
2.2 PLC与驱动器通信
PLC要想控制驱动器就要向它发送指令数据。低端驱动器可以用模拟量或者脉冲信号传递数据,高端驱动器则采用规范的通信协议传递数据,这样的通信可以借助RS-232、RS-485、CAN、EtherCAT 等协议实现。因为 S1200 的 CPU模块没有这些通讯接口,所以要想连接驱动器,需要购买额外的通信模块(CM:CommunicationModule)。上面提到的几种协议西门子都有对应的通信模块支持,比如西门子的 232 、485 和 CANopen通信模块如下图所示(这三种模块外形完全一样),注意 232 和 CANopen 模块的插头是公头,而485的则是母头。
对于移动设备来说,CAN总线是Zui常用的通讯方式,像汽车、挖掘机、AGV一般都采用CAN总线通讯。CAN总线的速度快(Zui高可达1Mb/s,比485要快)、稳定性高(采用差分信号,抗干扰),更“智能”(有优先级和仲裁机制),因此应该优先选择CAN 总线。但是考虑到西门子本身没有CAN通信模块(如果想使用CAN,要购买第三方公司HMS提供的CANopen模块),本文使用的驱动器采用 485协议,所以我们选择485模块。随之而来的一个问题是:S1200能外扩几个通信模块?答案是:3个。不管是哪种通信模块,数量Zui多只能是3个,种类不限可以混用。如果你的驱动器是总线型(485和CAN都属于总线型)的,那么只要一个485模块或者CANopen 模块就行了。注意232不是总线型的,所以用两个驱动器就要添加两个通信模块。如果你的 AGV还有其它走通信协议的传感器(例如磁导航传感器、RFID传感器),那么3个通信模块很有可能就显得捉襟见肘。
西门子485模块的接头采用了标准9针D型插孔式连接器。为了将驱动器和PLC连接起来,我们要购买DB9接头,并用信号线将两个头连接起来。这里我们只利用两个信号线即可。值得注意的是,西门子的485接口定义和常规的485不一样,常规485的信号收发是1、2头,而西门子的485则是3、8头(参考手册的第1769页)。所以在连线时,要按照3-2、8-1的对应顺序焊接,如下图所示。
(三)移动机构
AGV要想实现搬运、移载就要有移动机构,通常采用的移动机构有舵轮、差速轮和麦克纳姆轮。它们各自有什么特点呢?什么场合又该使用哪种轮子呢?
麦克纳姆轮的优点是运动精度高,但是结构复杂,磨损严重,对地面挑剔,虽然麦克纳姆轮问世超过30年了,但是实际应用并不多,这也说明它不是一个实用的产品。下面我们主要讲解舵轮。
舵轮是个高度集成的移动机构,由车轮、回转支撑、齿轮箱、驱动电机、转向电机、编码器、限位开关、制动器等部件组成,它既能提供牵引力,也可以主动转向,因此一个舵轮有两个自由度。AGV使用一个或以上的舵轮就可以实现全向移动:原地旋转、斜行、横移等等。舵轮一般用于室内环境,所以轮面的材料多为聚氨酯。根据电机的安装位置可以将舵轮分为两种:卧式和立式,分别如下两图所示。卧式舵轮的驱动电机横向安装,因此整体高度很低,有些AGV对高度有要求(例如潜入式的AGV要很矮才能钻到货物底下),这时就适合使用卧式舵轮;立式舵轮的驱动电机竖着安装,其整体高度偏高,它的优点是方便将电机隔离起来,在有些场合(例如危险品工厂),要求舵轮电机与外部环境隔离,这时就适合使用立式舵轮。国外主要的舵轮生产厂家有:意大利的CFR 和德国的schabmuller(夏伯穆勒),后来从CFR中又独立出来了一个厂家——马路达。这些舵轮生产厂家一般只卖舵轮,不提供驱动器,驱动器则由代理商提供。一台AGV上Zui贵的部件就是舵轮,以一台成本10万元左右的AGV为例,如果配备两个舵轮,就需要4~5万元,占整车成本将近一半。不过好消息是,国内的舵轮厂家开始参与竞争,这将降低AGV的成本。