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　　單面機以太網通訊在下水道疏浚機器人中的應用領域

　　國際金屬加工網

　　先進制造 ◇ 系列技術講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機器人行業典型研討會

隨著我國國民經濟的迅速發展,人們的環保意識日漸增強,市政路政組織工作也日漸受到關注。目前,我國城市下水道疏浚組織工作仍普遍處于人組織工工作臺的謝利謝,不但體力繁重、交通不便,而且管線中的腐爛物釋放出來的一氧化碳、甲烷、二氧化碳等有害氣體給從事疏浚工作臺的建筑工人的身體增添極大的損害；某些生產污水還會析出石油、汽油或苯等氣體,當氣體濃度過大時,如遇到火花即可引發爆炸事故,這將給建筑工人的生命安全增添極大的威脅。基于這一背景,并在河北省教育廳的大力支持下,我們研制了下水道全自動疏浚機器人。

　　下水道全自動疏浚機器人由騎行機構、疏浚機構及壓入力控制機構組成,四個機構模塊選用分別驅動力方式。出于對內嵌性及生產成本的考慮,選用MCS-51單面機作為疏浚機器人的掌控器。

　　一、掌控過程及掌控系統的機能組成

管線疏浚機器人的掌控過程為:具體來說借助提吊裝置將疏浚機器人下放到下水道的土堤中。按下開啟按鈕,作動騎行機構電機和疏浚機構電機。當疏浚機器人進入管線時,壓入力控制機構電機作動,并在壓入力電阻率等于設常量時全自動暫停。當疏浚機器人抵達下四個檢查大石時,疏浚電機暫停旋轉,騎行電機反向驅動力疏浚機器人返回。當行至原大石時,壓入電機反轉直至控制機構回到原位。延遲時間一段時間、待疏浚機器人完全退出管線后,騎行電機暫停旋轉。至此,此段管線的疏浚組織工作結束。

　　為了同時實現上述掌控,管線疏浚機器人掌控系統須要四個單面機:四個是位于地上電氣掌控柜中的掌控單面機,另四個是內嵌在疏浚機器人內的工作臺單面機,它們之間選用串行以太網通訊來完成重要信息傳遞。掌控單面機轉交操作方式相關人員的全自動掌控訊號,并透過以太網通訊記事送給工作臺單面機。工作臺單面機接受壓力傳感器和光電編解碼器的訊號,并輸入訊號分別掌控四個電機的運轉。疏浚機器人的運行狀態訊號經由以太網通訊記事遞給掌控單面機,并在操作方式面板上予以顯示。

　　二、MCS-51單面機的以太網通訊

　　2.1 以太網通訊的物理基礎

MCS-51單面機具有四個機能很強的串行以太網通訊接口,它可以透過軟件設定來優先選擇組織工作方式及通訊formats,以太網轉交和推送均可觸發中斷系統,可方便靈活地同時實現單面機間的數據通訊,其相連方式如圖1所示。

　　MCS-51單面機間的以太網通訊相連

　　如圖1所示,借助RXD/TXD以太網口同時實現四個單面機之間的以太網通訊,二者之間僅需相連3纜線,這樣可以大大降低傳輸生產成本,非常適合遠距離數據通訊。

　　2.2 以太網通訊的掌控

　　MCS-51單面機以太網通訊的掌控由SCON和PCON四個特殊機能暫存器完成,在描述符中具體來說要對其進行調用以滿足通訊要求。對于PCON來說,以太網通訊僅占用其最高位(PCON.7),為formats優先選擇位。掌控暫存器SCON的各位表述如表1所示。

　　2.3 以太網通訊的組織工作方式

MCS-51單面機以太網通訊有4種組織工作方式,由SCON掌控暫存器的SM0和SM1組合表述。

　　1．方式0

　　當軟件設置SM0和SM1均為0時,MCS-51以太網通訊以方式0組織工作。此方式為外置位移暫存器方式。當組織工作在方式0時,數據由RXD路由器以太網地輸入/輸入,TXD路由器輸入同步位移脈沖,使外部的位移暫存器位移。formats固定為 。

　　2．方式1

　　當SM0=0、SM1=1時,組織工作方式為方式1。此方式為8位UART方式,一格重要信息為10位,包括1位起始位、8位數據流及1位暫停位,由TXD端推送、RXD端轉交,為串行通訊模式。formats可根據通訊須要設置。

　　3．方式2和方式3

當SM0=1時,如果SM1=0為方式2；如果SM1=1為方式3。這兩種方式均為9位UART方式,透過TXD推送、RXD轉交的都是一格11位重要信息,比方式1的以太網幀多了四個電子電路位(第9位)。方式2和方式3的區別僅在于:方式2的formats為 (PCON.7=1)或 (PCON.7=0),而方式3的formats是可變的。

　　三、借助單面機以太網通訊同時實現下水道疏浚機器人掌控

　　3.1 硬件結構及路由器機能重新分配

管線疏浚機器人單面機掌控系統構成及路由器重新分配如圖2所示。其中,“開啟”、“外旋”和“全自動返回”是地面上的操作方式相關人員向在地下管線中組織工作的疏浚機器人發出的掌控訊號,同時疏浚機器人也須要將“遇障報警”、“緊急暫停”、“抵達原大石”及“抵達下四個大石”等狀態顯示給操作方式相關人員。疏浚機器人一次最長組織工作距離為50m,因此相連電纜的長度應大于50m。

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