（七）电气元件

AGV上既有强电也有弱电，例如舵轮的驱动器需要的电流通常很大，而控制器和一些传感器只需要很小的电流。我们要合理设计电路，防止它们相互干扰，更主要的是包含弱电器件。根据国家标准GBT 30029-2013 《自动导引车(AGV)设计通则》中第6.7.7.4项的规定，控制器应该具有过压保护、欠压保护、过流保护功能。
我们要在电路中加入以下器件：■ \blacksquare■接触器：用小电流控制大电流。上面的电源开关只允许通过较小的电流，但有时设备里有些组件需要大电流才能启动，例如舵轮驱动器。我们不能用一个开关既控制小电流也控制大电流，这时就需要借助接触器。接触器内部有个电磁铁，我们用小电流控制电磁铁的吸合，电磁铁带动另一组开关闭合使大电流通过。在AGV上使用的是直流接触器，注意接触器的线圈会发出一定热量，安装应当注意散热和对附近器件的影响。断路器：起到过流、欠压保护的作用。断路器也相当于一个开关，在短路等电流过大时断开，保护设备；
继电器：也相当于一个开关，它是用小电压控制触点开闭的，但是注意触点不能流过太大电流。
AGV 采用电池作为能源，而电池的电压通常不是很稳定，在使用时电压会波动。虽然西门子的 PLC 对输入电压具有一定的适应能力，但是我们zuihao用一个24V到 24V 的稳压模块将电池的电压稳定后再供给 PLC。对于使用24V供电的其它器件，例如磁导航传感器，也是这样。
（八）激光避障传感器
AGV的安全防护方式有接触式和非接触式之分。触边属于接触式的，而激光传感器和超声波传感器属于非接触式。当然非接触式的传感器更加安全，因为不需要直接接触即可监测障碍物。常用的国外激光传感器品牌有SICK和HOKUYO。以SICK的Tim310为例，它的监测距离可达3米，可以设置不同的监测区域形状。Tim310的输出是I/O信号，用以判断是不是监测到了障碍物。 
（九）触摸屏
现在的 AGV 越来越多地开始配备触摸屏了。使用触摸屏可以方便地设置AGV的参数，例如运动速度、充电电压等等，而不需要每次都将程序下载到 PLC。既然我们选择了西门子的PLC，当然触摸屏选择西门子是最配对的，但是考虑到西门子的触摸屏有点贵，我们选择国产的品牌。国产触摸屏的质量也很可靠，而且价格合理，代表厂家有：威纶通、昆仑通态。由于西门子的zhiming度，大多数触摸屏都会支持。但是如果你用其它品牌的PLC，那zuihao向触摸屏厂家询问是否支持你的PLC，否则是无法通讯的。
我选择昆仑通态的触摸屏，它采用24V直流供电，并配有网口，用普通网线将触摸屏和 S1200 连接，并将触摸屏的 IP 地址设置为与 PLC 所在同一网段（例如192.168.0.3）即可实现和 PLC 的互联。设置 IP 的方法是上电后在进入正式界面之前，在屏幕的任意位置点击一下即可进入设置界面。
我们如何使用触摸屏呢？我们需要对触摸屏进行编程，或者说“组态”。编程需要使用昆仑通态自己的组态软件：MCGS，可以在它的guanfangwangzhan免费下载。

在你的电脑上安装该软件，注意在软件中需要输入 PLC 的地址才能读写数据。触摸屏上只有一个网口，所以你可以用网线将触摸屏连接到你的电脑。我们注意到 S1200 有两个网口，所以一种更方便的连接方式是，将触摸屏连接到 S1200 上，然后将 S1200 连接到你的电脑，这样同样能对触摸屏进行编程。　　触摸屏最基本的功能就是读写 PLC 的内存（因此它也是PLC的上位机）。要实现这个功能非常简单，只需要在 MCGS 中对 PLC 的变量进行关联即可。
（十）PLC编程
10.1 编程工具 STEP 7购买了S1200 并不意味着你能免费使用它的开发软件。但是没关系，网上有很多破解软件。有意思的是，其中有些资源就是西门子公司的人故意释放出来的，他们可能想占有更多的市场。要对西门子的 PLC 编程必须使用专用的软件：STEP 7 ，下图是 STEP 7 的安装过程。
实际上，STEP 7 是过时的名称，现在西门子想将它和另外几个自动化软件都统一成一个平台，适用于西门子旗下所有的设备，这个平台被称为：TIA Portal（博途），本文使用的就是 TIA V13。西门子公司为了保持延续性，软件的名称有时是 STEP 7，有时又用 TIA，本文我为了与历史统一还叫 STEP 7 好了。西门子的软件跟硬件一样种类繁多，光 STEP 7 就有几个版本，例如专业版（professional SP1，如下图左所示），而每个版本又有不同的更新包。注意 SP1 可能缺少某些功能（下面我会提到），因此我使用了更新包。具体来说，我使用的是 STEP 7 V13.0 SP1 Upd8，如下图右所示。
 在软件安装时我们注意到有这样的说明：STEP 7是用于编程的工程组态工具。要使用 PLC，编程只是一方面，还有一个重要的工作就是“组态”。“组态”说白了就是“配置”，配置 PLC 的输入输出接口、参数、功能等等。首先，在“设备组态”页面选择我们的 PLC 型号就可以了。
10.2 西门子PLC的硬件资源要想用好PLC，就要熟悉它的一些特点，下面我们就了解一下 S1215C 的特点。1215C的内存有多大呢？
我们用电脑连接上PLC，然后在博途软件左侧栏双击“在线和诊断”，然后在打开窗口中点击“存储器”，如下图所示。可以看到这里有三个存储器，分别是：装载存储器、工作存储器和保持存储器。并且可以看到三个存储器的大小，分别是：1. 装载存储器：4194304 404 Byte ÷1024÷1024=4 \div 1024 \div 1024= 4÷1024÷1024=4MB2.工作存储器：128000 128000128000 Byte ÷1024=125 \div 1024= 125÷1024=125KB　3. 保持存储器：10240 1024010240 Byte ÷1024=10 \div 1024= 10÷1024=10KB这和系统手册中给出的数值是一样的，如下：你看完是不是都哭了，10年前的手机存储器都比这要大。这三个存储器各有什么作用呢？
1. 装载存储器：用于存储用户项目文件（例如：用户程序、组态信息），相当于硬盘；2. 工作存储器：CPU在执行用户程序时会将一些项目内容从装载存储区复制到工作存储区，相当于电脑的内存；3. 保持存储器：掉电后数据仍然保持。如果你希望一些数据能在断电后一直保持就要使用这个存储器。但遗憾的是，小气的西门子公司只给了我们10KB。
PLC 扫描一次程序需要多长时间呢？
PLC会自动记录时间，在同一页面，打开“循环时间”，就能看到PLC完整执行一遍程序需要的时间，如下图所示。这个时间不是固定的，取决于你的程序长短，一般的执行时间在3毫秒以内。
10.3 西门子PLC的软件资源西门子提供哪些函数运算呢？工业控制语言唯一的guojibiaozhun——IEC61131-3 规定了46个基本函数，西门子都支持。除此以外，我们常用的还有定时器等。AGV 属于移动机器人，而机器人的控制本质是数学计算，所以我重点说说其中的数学函数，共有18个：
数字运算：ABS、SQRT、LOG、LN、EXP、SIN、COS、TAN、ASIN、ACOS、ATAN；算术运算：ADD、SUB、MUL、DIV、MOD、EXPT、MOVE；当然还有：>、< 比较运算符。翻开另一款控制器品牌——倍福的手册，你会发现它同样支持这几个初级函数。在组态界面，双击 CPU 模块能看到这款 PLC 的其它功能介绍，例如周期定时器，如下图所示。
如果你使用了触摸屏，有一点值得注意：在“保护”页面中有一个选项需要勾选：“允许从远程伙伴使用PUT/GET通信访问”，如下图所示。如果不勾选这个选项，你看你无法用触摸屏读写 PLC 内存中的数据。让笔者奇怪的是，像这样的细节几乎在所有的手册、教程中都找不到，但却又很重要。
10.4 西门子PLC的编程方式西门子PLC 的编程符合国际工业编程语言标准 IEC-611313，因此跟倍福等厂家的差不多。　
10.4.1 定义常量有些量我们要经常使用（例如圆周率 π \piπ），如果每次都用数值来做运算一方面输入很容易出错，另一方面如果想对其进行更改那要改很多处，非常繁琐。一个方便的做法是将其定义为一个全局的“常数”。使用 PLC 和 C 语言等gaoji语言相同的一点是，你需要为变量分配内存地址。分配好地址后如何对其赋值呢？因为常量只需要赋一次值即可，所以我们选择在 Startup 块中对其赋值。Startup 块在每次 PLC 上电后只执行一次。西门子中有些块的序号是系统预留的，比如 Startup 就是 OB100。我们注意到，在博图软件中，全局变量用双引号表示（例如"PI"），而局部变量前面带个井号（下面会碰到）。10.4.2 定义函数西门子自带的函数只能完成简单的功能，为了实现更gaoji的控制我们还要自己写一些函数。笔者在开发机器人控制器的过程中发现，网上公开的PLC函数库很少，目前笔者只知道OSCAT库。大家都在讨论基本的逻辑控制，却鲜有人讨论更gaoji的数学计算，可能 PLC 并不适合gaoji运动控制算法的实现。
下面我用一个很简单的进行角度弧度转换的函数为例来说明如何在 STEP 7 中自定义函数。(1) 首先，我们新建一个函数FC（这个函数比较简单，不需要背景数据，所以不用 FB），实现的语言选择 SCL 语言。函数名为“DegreeToRad”。(2) 然后，我们要明确这个函数的输入，在上面的变量定义栏中的 Input 项目中输入 angleInDegree，类型选择为 Real，如下图所示。在Return 项目中将 DegreeToRad 变量的类型改为 Real，这里注意不要修改 DegreeToRad 变量的名字。(3) 在下面的输入框输入变换公式。　　这里要用 := 对变量进行赋值。你会注意到，变量 PI 是用双引号括起来的，而其它的变量（例如 angleInDegree）前面则带一个井号。这是用来区分局部变量和全局变量的，局部变量用#开头表示，而全局变量用引号表示。
10.4.3 定时器定时器是我们会经常使用的一个功能，想输出随时间变化的量、想延时触发、想输出周期信号都要借助定时器。西门子的每个定时器都对应一个背景数据块。笔者早期经常犯的一个错误是，为了节省时间直接复制粘贴定时器块。其错误是不管你复制多少次，其实最终还是同一个定时器，而且后面的会覆盖前面的值。这个错误导致很多匪夷所思的错误，让笔者头疼了相当长的时间。各位一定要注意，每使用一个定时器都要重新拖进来新建。
10.4.4 磁循迹算法为了让 AGV 始终沿着磁条行走，我们要编写相应的控制程序，也就是循迹程序。循迹程序的逻辑可以非常简单，我们的输入是磁导航传感器的读数，输出则是舵轮转向的速度（或差速轮的转速差），磁条如果在 AGV 车体中心线的左侧，我们就往左偏转，反之在右侧就往右偏转，而如果恰好在中间则保持不动。下面的仿真动画展示了这种控制策略的效果，其中只使用了一个传感器和一个舵轮，但已经可以沿着曲线行走了。磁导航传感器有六个点，安装在前方，红色的方格表示感应到了磁条，白色表示没有感应到。