(2) 海域警戒、巡逻、情报搜集；

民用：

(1) 用于对海洋生物、海洋物理、海洋地理、海洋资源的科学考察；

(2) 勘测地形地貌和海底采样；

(3) 协助海洋油气资源探测与开采，代替人工进行海底管道或跨海线缆的架设；

(4) 进行水下仪器故障的排查与修复。

由此可见，在不远的将来，无人航行器将在海洋军事与海洋民事领域发挥不可替代的作用。

1。2 无人艇的国内外研究现状与发展

1。2。1 国外UUV研究与发展现状

1。2。2 国内UUV研究与发展现状

1。2。3 水下无人航行器研究的问题

1。3 主要研究内容

本次课题目的在于完成基于PLC的水下无人航行器的控制系统设计和调试，无人航行器采用机载电源驱动，靠岸基遥控装置进行无线电控制，主要研究的内容如下：

1）PLC间通讯方案的设计。岸基遥控系统与艇载底层PLC之间的通讯依靠无线数据传输终端来实现，通信的协议是MODBUS RTU模式。RTU是常用的一种MODBUS通信模式，西门子针对该通信模式专门开发了RTU指令集，因此可以方便的对主从机进行设置；

2）岸基遥控系统与底层控制系统硬件的配置、PLC接线图的设计；

3）基于PLC的无人航行器方向、升降、航速控制，以及超程保护、自动避障、航迹保持程序的设计；

4）文本显示器界面的设计。艇内的传感器信息，艇的运动参数要能够在文本显示器上进行实时显示。

第二章  无人航行器控制系统整体方案设计

2。1 无人航行器运动控制方式的设计

无人航行器控制系统需实现无线信号的接收、手动驾驶、自动避障、自动航姿保持、运动参数信号的上传、紧急停车等功能。推进系统采用螺旋桨加直流电机的驱动方式。这种组合成熟且运用较广，直流电机可方便实现无极调速。方向的控制可通过步进电机带动垂直方向舵的方式实现；下潜、上浮动作通过水平安装在无人航行器尾部的舵板的运动来实现，同样是步进电机作为动力源。采用步进电机的优点是可以精确控制舵面的旋转角度，从而可实现转弯半径以及下潜上浮俯仰角的精确控制。

2。2 无人航行器底层控制系统的设计

无人航行器工作环境较复杂，现在的PLC的制造中采用了大规模集成电路技术。PLC生产工艺非常先进，电源I/O电路、内部CPU制造时严格进行了屏蔽处理，具有很高的工作可靠性和抗干扰能力。程序运行时可以脱离上位机，适用于各种工业现场及自动化装置。软件方面，编程语言采用梯形图，编程过程直观易读，逻辑清晰并便于维护。PLC可对程序进行自诊断和信息保护。所以，PLC非常适合作为无人航行器的控制器。

2。3 无人航行器岸基遥控系统的设计

无人航行器工作时需要岸基的操控装置对其进行各种动作的控制。岸基控制器的设计原则是操作简单，即使非专业人员也可轻松操控。故考虑采用遥控手柄的遥控方式。因此，需对手柄的各个指令进行采集并发送给无人航行器。考虑到工程的一致性与目标实现的便利性，也采用PLC进行遥控手柄指令的接收，通过外接无线模块将指令传递给无人航行器。

2。4 总体方案设计

综合上述三部分子系统设计结果，采用西门子S7-200PLC作为无人航行器底层控制系统和岸基遥控系统控制器，此款PLC体积较小，重量较轻，适合本工程项目。

无人航行器内部采用无线终端接收岸基遥控信号，并通过MODBUS通讯协议与岸基遥控系统进行通信，PLC的模拟量输出通道与直流电机控制器连接，通过输出电压的变化进行主电机调速。扩展两部位置控制模块(EM253)，与步进电机驱动器连接来控制两台步进电机工作。