基于三菱PLC的三軸自動上下料平臺

摘要本文主要論述了基于三菱旗下的型號為FX5U的PLC設計的三軸自動上下料平臺?？删幊踢壿嬁刂破?ProgrammableLogicController,簡稱為PLC)是一種同時具有計算機微處理器的功能,用于自動化處理與控制的一種數字可編程運算控制器,可以將計算機的控制指令隨時地載入內存進行數字化儲存與自動化執(zhí)行。這些可編程的控制器由CPU、指令及其數據內存、輸入/輸出控制接口、電源、數字模擬信號轉換等一系列功能的單元部分組成。早期的可編程邏輯控制器只有數字邏輯控制的這一項功能,所以被廣泛命名為可編程邏輯控制器,后來隨著不斷地改進和發(fā)展,這些當初認為功能簡單的邏輯控制器模塊已經完全具有了包括邏輯控制、時序控制、模擬控制、多機遠程通信等各類的功能?，F在我們工業(yè)上廣泛使用的分布式可編程邏輯式微控制器已經相當或部分接近于一臺緊湊型筆記本電腦的分布式主機,其在擴展性和系統可靠性等等方面的巨大優(yōu)勢已經使其被廣泛應用于目前的各類電子工業(yè)設備和控制系統領域。不管我們是在傳統的計算機直接分布式控制系統還是采用集中分散式總線控制系統DCS,或者現場處理器和總線控制組成的系統FCS中,總是伴隨著現有各類PLC微控制器的大量廣泛使用。關鍵詞：可編程邏輯控制器；工業(yè)控制；自動控制

Three-axisautomaticloadingandunloadingplatformbasedonMitsubishiPLCAbstractThisarticlemainlydiscussesthethree-axisautomaticloadingandunloadingplatformbasedonMitsubishi'sPLCmodelFX5U.Programmablelogiccontroller(PLC)isadigitaloperationcontrollerwithamicroprocessorforautomaticcontrol.Itcanloadcontrolinstructionsintothememoryatanytimeforstorageandexecution.ProgrammablecontrolleriscomposedofCPU,instructionanddatamemory,input/outputinterface,powersupply,digitalanalogconversionandotherfunctionalunits.Earlyprogrammablelogiccontrollersonlyhadlogiccontrolfunctions,sotheywerenamedprogrammablelogiccontrollers.Later,withcontinuousdevelopment,thesecomputermoduleswithsimplefunctionshadlogiccontrol,timingcontrol,analogcontrol,Variousfunctionssuchasmulti-machinecommunication.Nowadays,theprogrammablelogiccontrollerusedintheindustryhasbeenequivalenttoorclosetothehostofacompactcomputer.Itsadvantagesinscalabilityandreliabilitymakeitwidelyusedinvariousindustrialcontrolfields.NomatterinthecomputerdirectcontrolsystemorthecentralizeddistributedcontrolsystemDCSorthefieldbuscontrolsystemFCS,therearealwaysalargenumberofPLCcontrollers.Keywords:programmablelogiccontroller;industrialcontrol;automaticcontrol

目錄1前言 前言PLC是可編程邏輯控制器的英文縮寫。它是一種新型的通用可編程控制器，它是在先進的微處理器技術的基礎上逐步發(fā)展起來的，并與現代計算機自動化技術，電器自動化控制數據處理技術，自動控制技術和計算機通信控制技術集成在一起的自動控制裝置。多年來，PLC從成立到現在，已經實現了從人機接線控制邏輯到存儲邏輯的巨大飛躍，其功能從弱變強，從計算機邏輯自動化控制技術到數字化取得了巨大進步?？刂啤ｋS著技術，計算機數字控制技術和移動通信技術的飛速發(fā)展和發(fā)展，PLC在數據模擬量的采集和處理，數字計算，人機界面和數據存儲等各個技術方面都已達到了很高的水平。PLC已經成為現代工業(yè)自動化和控制技術領域中的主流控制技術和設備，并且它在市場上的應用越來越廣泛，在各行各業(yè)中發(fā)揮著越來越大的影響和作用。憑借自身的優(yōu)勢，這種可編程邏輯控制器一直在現代工業(yè)自動化和控制技術領域中占據重要的領先地位。1、可靠性高，抗干擾能力強；2、靈活的組合，針對不同的計算機和相應的工業(yè)控制類型，plc具不同的I/O功能模塊，HMI模塊和通信物聯網接口模塊，無論是DCS或者FCS形式都能進行高效連接；3、PLC不僅具有邏輯，定時和計數等順序控制功能，還具有執(zhí)行各種復雜算術運算，模擬數據處理，PID狀態(tài)調整，運動狀態(tài)控制，過程狀態(tài)監(jiān)控，網絡數據的能力遠程I/O，內部和外部數據中斷以及高速數據處理的功能可以完全滿足現代工業(yè)自動化控制系統中各種復雜的控制要求；4、體積小，重量輕，能耗低，性價比高；5、多數編程都將類似于繼電器過程控制電路的梯形圖作為基本語言，無需學習計算機專業(yè)知識就可以使用，很容易被一般的電子工程技術和專業(yè)設備管理人員所理解和掌握;6、安裝維護簡單。該系統易于安裝，不需要特殊的電子設備室和嚴格的線路屏蔽，只要正確連接和正確安裝了各種系統的相關電子組件，它們便可以正常工作；每個模塊均具有完整的系統自動操作功能。故障發(fā)生檢測指示報警裝置，方便系統用戶及時排除故障。1.1本設計的目的、意義及應達到的技術要求 隨著我國現代工業(yè)和科學技術的進步和發(fā)展,自動控制技術以及制造的水平也越來越高。自動控制技術的成熟，也給很多操作工人的工作帶來了十分嚴重的威脅，但是與此同時，也給了操作工人帶來更加健康，舒適的環(huán)境，在一些本來污染很嚴重的工作環(huán)境中（如化工，冶金），減少了工人直接接觸有害物質的可能性。目前我國機械的制造業(yè)中，運用控制技術在機械手比較多，而且發(fā)展得比較快，因為它工作起來十分高效，對我們的勞動生產率的提高以及一些對人有危險性的工作起到了很大的保護作用。機械手是可以依據人輸入的數據以及作業(yè)規(guī)則來自動完成相應的操作，并且它還有很多種傳感器和反饋的能力，以至于它可以靈敏地應對外界的變化。PLC控制技術大大提高了行業(yè)的運作效率以及對間接對社會發(fā)展起到了積極的影響，所以需要加快實現工業(yè)機械化和自動化的腳步。PLC技術在自動化機械手中的廣泛應用,在充分滿足工人完成自動化工業(yè)生產和操作的需要的同時,也大大的地改善了自動化工人的生活和操作的環(huán)境,提高了自動化產品的性能和質量,對于自動化機械手技術的發(fā)展和應用有著重要的指導意義。本設計將PLC控制技術自主選型PLC、伺服電機等電氣硬件，并設計一個三軸的自動上下料平臺，對待測產品進行自動上下料操作。自動上下料平臺要求如下：1、X，Y，Z三軸伺服電機驅動讀碼器讀取產品上的二維碼信息，然后機械臂上的吸嘴吸取上料托盤中的產品進入測試治具的凹槽。完成定位后，進行測試，測試完成后再由吸嘴吸取產品放入下料托盤；2、要求自動化動作時間小于8S。1.2本設計在國內外的發(fā)展概況1968年9月美國通用汽車公司首先提出了創(chuàng)造一個新型的控制器替代傳統的繁瑣的繼電器控制系統的相關概念。緊接著在1969年,美國數字設備公司成功研制并生產出替代傳統繼電器控制系統的邏輯控制器PDP—14,并且在美國通用汽車公司的生產線上首次試用成功,首次在汽車生產線上采用了程序化的邏輯控制手段應用于汽車電氣生產控制,這也是第一代可編程邏輯控制器,稱為Programmable,是目前世界上公認的第一臺PLC控制器。緊接著的5年中，日本(1969年)、德國(1971年)、中國(1974年)相繼研制出自己的PLC。20世紀70年代初開始出現了微處理器。人們很快將其引入了可編程的邏輯控制器,使得PLC同時增加了數據運算、傳輸以及信號處理等多種功能,完成了真正的具有可編程計算機控制技術特征的現代工業(yè)計算機控制設備和裝置。此時的可編程邏輯控制器為現代微機邏輯控制技術和繼電器常規(guī)邏輯控制技術概念相結合的一個產物?，F代個人計算機控制技術發(fā)展了起來后,為了方便和直觀地反映現代可編程邏輯控制器的一些基本功能和特點,可編程的邏輯控制器定名為ProgrammableLogicController(PLC)。20世紀70年代中末期,可編程邏輯控制器應用技術逐步進入了面向實用化技術發(fā)展的新歷史階段,計算機工程科學信息技術已全面將其技術引入應用到各種現代化的可編程邏輯計算控制器中,使其的基本設計和應用功能上在結構上都發(fā)生了一個實質性的重大飛躍。更高的數據運算處理效率和運行速度、超小型的微控制器硬件體積、更可靠的針對工業(yè)抗干擾的微系統架構設計、模擬量運算、PID等功能及極高的性價比等等都直接奠定了它在現代工業(yè)應用中的重要技術地位。20世紀80年代初，可編程邏輯控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應用。世界上生產可編程控制器的國家日益增多，產量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。20世紀80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進入過程控制領域，在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。20世紀末期，可編程邏輯控制器的發(fā)展特點是更加適應于現代工業(yè)的需要。這個時期發(fā)展了大型機和超小型機、誕生了各種各樣的特殊功能單元、生產了各種人機界面單元、通信單元，使應用可編程邏輯控制器的工業(yè)控制設備的配套更加容易1.3本設計在技術選用上的考慮 在日常的工業(yè)生產控制中，往往使用PLC或嵌入式系統作為主控部件。而在本設計中，我選用了PLC作為控制的部件。 而PLC與嵌入式的差別就在于，在嵌入式的每次開發(fā)之前，都需要重新設計畫出新的電路板，然后選擇相應的方式去控制所需的輸出，采集輸入，這樣會導致嵌入式開發(fā)沒有通用性，在每一次不同的項目要求中都是不同的工業(yè)布置，從而導致開發(fā)周期過長，開發(fā)成本過高。但是如果使用PLC作為控制主體，PLC的模塊化編程語言十分方便，直接選取功能塊并修改相應的參數即可，直接就可以根據邏輯來編寫設計梯形圖，然后再根據需要的功能選用不同的模塊添加到電控柜中即可。目前PLC產品大部分需要放在具體的項目中使用才能判斷它是否適合。工業(yè)設備則追求穩(wěn)定，這是最重要的一步，可謂是缺它則不可，并且目前市面上做PLC的公司都是一些自動化設備制造公司，都是一些中、大型公司。競爭之大可想而知。PLC控制技術適用于各行各業(yè)，目前，自動化設備在各大電子加工廠中非常暢銷，無論是小型的手機零部件自動檢測，還是大型的自動化生產線體，幾乎每天都會有新的設備出現在大型電子廠中。而在電子廠的生產作業(yè)中，生產的效率以及穩(wěn)定性顯的尤為重要，一旦出現故障停工，那就是一場生產事故。在各種生產設備中，控制主體都是使用的PLC。這一現象就已經足以向我們說明了PLC的穩(wěn)定性。PLC的穩(wěn)定性一方面基于它的模塊化設計，一旦有某個模塊出現了故障，我們只需要更換一個新的模塊即可。1.4本設計主要步驟（1）電氣物料選型（2）繪制電氣原理圖（3）編寫PLC控制程序（4）設計HMI人機交互界面（5）設備組裝、調試（6）按照要求實現功能2自動上下料平臺的設計概要2.1PLC簡介2.1.1PLC在社會中的各項應用PLC是應用于我們各行各業(yè)中的一種自動控制技術，它可以分為很多種控制方法，現金運用最廣泛的是開關的邏輯控制，它比傳統的繼電器電路具有更大的優(yōu)勢，他可以不單單可以用在一個設備的控制上，它還可以控制多單元以及自動化的管道。除了開關邏輯控制之外，它還可以用于運動控制，比如軸定位直線運動或者簡單的圓周插補運動，機器人和電梯基本上都是運用運動控制來運行。PLC還可以處理各種模擬量數據并進行閉環(huán)控制，這個過程被稱為過程控制，而溫度檢測處理，熔爐控制基本都是使用的都是過程控制的。隨著研究的深入，現在的PLC技術不僅僅可以做控制處理，也可以進行數據的處理，它具有數學運算，數據轉換以及數據傳輸的功能，在一般情況下，這種處理數據的功能都用于大型的工業(yè)控制系統中，比如冶金行業(yè)、汽車行業(yè)。2.1.2PLC的基本結構可編程邏輯控制器實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同。主要由電源、中央處理單元、存儲器、輸入單元和輸出單元組成。圖2.1PLC基本結構框圖2.1.3PLC的工作原理當可編程邏輯控制器開始運行時，其工作過程通?？梢苑譃槿齻€階段：輸入采樣，用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。完成上述三個階段稱為掃描周期。在整個操作過程中，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段，從而達到控制的目的。2.1.4PLC的編程特色PLC用戶程序是由設計人員根據控制系統的過程控制要求通過PLC編程語言設計的。根據國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標準（IEC1131-3）。PLC編程語言包括以下五種：梯形圖語言（LD），指令表語言（IL），功能塊圖語言（FBD），順序功能流程圖語言（SFC）和結構化文本語言（ST）。2.2控制系統的設計概要2.2.1控制系統的設計前的準備工作在項目啟動初期，我們應該與機械部分深入溝通，了解的機構設計以及整個動作流程。根據各控制軸的需求，選取功率不同，所攜功能不同的伺服電機。確認電磁閥以及真空吸的數量。確定電控板的大小，以方便我們在繪制原理圖時的電控板布局工作。并根據物料以及動作流程提前開展我們的電氣原理圖設計和PLC控制程序以及HMI人機交互界面的設計。2.2.2控制系統的設計思路三軸自動上下料平臺主要由執(zhí)行機構，驅動系統，控制系統和位置檢測裝置組成。執(zhí)行機構：吸嘴、真空發(fā)生器和電磁閥，真空發(fā)生器主要由電磁閥進行控制，PLC控制電磁閥對空氣的吸、迫，從而使真空發(fā)生器控制吸嘴對產品進行吸取或放置。驅動系統：伺服驅動器是用于控制系統中伺服電機的控制器。在整個系統中，我用到了脈沖加方向的控制方式來驅動電機。其主要原理是根據PLC輸出的脈沖及方向信號來控制電機的正反轉，從而到達相應的位置完成動作?？刂葡到y：PLC實際上是工業(yè)上使用的微型計算機，其結構類似于計算機。CPU，I/O接口和內存是PLC的主要組件。由于其程序界面與微機程序界面不同，因此其編程語言和操作模式也與微機不同。PLC定時，計數，數模轉換和其他功能均由微處理器以編程形式實現。位置檢測裝置：光電傳感器。在整個系統中，它主要起到極限和原點檢測的作用以及物料檢測的作用。2.3控制系統設計的詳細步驟2.3.1電氣主要物料選型PLC選型在選擇PLC型號時，除了考慮PLC的I/O接口點，命令編號和其他PLC性能外，我們還需要考慮其經濟性和實用性以及工作環(huán)境的影響。經過多年的發(fā)展，PLC技術已經相當成熟。不同制造商生產的PLC也具有不同的功能。因此，在選擇PLC時，應根據設計要求的功能選擇合理的PLC型號。西門子生產的PLC已在中國的各個行業(yè)中得到廣泛使用。他們生產的PLC不僅活躍于工業(yè)自動化控制中，而且活躍于基礎設施建設中。歐姆龍S7-200系列PLC具有出色的內置功能和通訊功能，而且Micro/win編程軟件也易于學習。歐姆龍的PLC設計越來越微型化。以SYSMACCPM1A為例，僅有一張PC卡的大小，PLC控制臺的空間以及安裝的工作量隨之大大減小。同時它的功能比同體積的小型PLC更加強大。它可以連接到程序的終端并創(chuàng)建新的工業(yè)生產環(huán)境。三菱公司生產的FX系列PLC在國內外都是獨一無二的，并且是最新PLC的代表。該PLC具有先前PLC的所有指令。它還可以使用梯形圖來編輯程序并為需要步驟的某些機械過程執(zhí)行順序功能設計，并且這些程序可以在彼此之間轉換。三菱PLC還使用高速計數器，該計數器可以中斷繼電器，從而擴大了PLC的使用范圍。選擇PLC時，我選擇了三菱公司生產的FX5U-80MT/ES小型PLC。主要有以下原因：1.FX5U配備了可執(zhí)行的結構化程序和多個程序執(zhí)行器，可以用LD、ST和FB等語言進行程序編寫。2.內置12位2通道模擬輸入和1通道模擬輸出。參數傳送可用于傳輸設定值和警報輸出。3.內置的SD卡插槽非常便于批量生產程序的升級和設置。4.包含了MODBUS功能，最多可以支持外接32個外圍設備如：PLC、傳感器，溫度調節(jié)器和其他外圍設備等。5.MELSECIQ-F可以通過設置文件、遠程、安全密碼等安全方式來防止第三方非法登錄，從而保證數據和執(zhí)行的安全。6．IQ-F系列PLC在配置高速CPU時，其通信速度最大可以達到FX3U的150倍約為1.5K字節(jié)/MS。即便你在工程使用中，搭建了多個拓展模塊，PLC也可以發(fā)揮最大的作用。7.不需要額外加裝電池即可保持程序，并且通過大容量電容器可將計時器數據保持10天8.內置以太網端口，以太網通信端口最多可以連接網絡上的8個計算機設備，并可以維持遠程設備或上層計算機之間的無縫SLMP通信。9.內置4軸，200KHZ定位功能。中斷定位，變速操作和簡單插補的功能可以通過特殊指令來實現。10.配置有簡易的運動控制模塊，可以實現凸輪、同步控制。伺服電機及驅動器選型現代工業(yè)運動控制技術的重要組成部分之一就是伺服電機及驅動器。目前伺服電機已廣泛應用于各種工業(yè)運動控制機器人，CNC加工中心和其他自動化設備中。矢量控制電流、速度和位置的電流閉環(huán)控制算法通常用于交流伺服驅動器的設計中。這種閉環(huán)控制的設計使整個伺服系統中的速度控制性能大大提高。在此設計中，我選擇了匯川生產的伺服驅動器和伺服電機。匯川伺服驅動電機有限公司是當今中國市場上頗受歡迎的伺服電機制造商。匯川電機的控制響應速度非常快，僅需幾毫秒就能完成電機從啟動到勻速的加速過程；伺服電動機啟動時的轉矩很大，可以驅動較大的慣性物體以中，高速運動。并且運動效率高，同時，也可以很好地支持電動機的低速和長期運行。停電后，沒有旋轉現象，可以快速控制電動機的啟動和停止。電機碳刷損耗是我們在使用電機的時候比較害怕遇到的一個問題，但是匯川伺服電機在使用維護中卻不會遇到這個問題。伺服電機通過仿真來進行速度和轉矩控制，位置速度控制主要通過電機的觸發(fā)脈沖來控制。伺服電機的具體控制方法可以根據客戶的實際需求和滿足的運動功能來選擇。2.3.2繪制電氣原理圖電控板布局按照所選電氣元件的實際尺寸，根據電路板的大小，規(guī)劃好各部件的安裝位置。為了避免電流的磁場干擾，強弱電選擇了分開布控。圖2.2電控板布局主電路設計然后是主電路設計，選擇了一個2P.32A的空氣斷路器連接220V總進電，以此來接觸和分斷電路。同時主電路的空氣斷路器也能很好地對電氣設備會發(fā)生的問題等進行保護，如短路、過載或欠電壓等。同時，考慮到控制電網電壓的影響，為了濾除高頻干擾，凈化電源，我在斷路器后面連接了一個濾波端子臺。在濾波端子臺后面，主電路一分為三：①連接24V電源為用電電壓5-24V的器件進行供電；②單獨一路為伺服驅動器供電；③連接了排插為工控機、顯示器等標準件設備進行供電。圖2.3主電路設計圖2.4次級電路設計I/O配置及控制電路接線FX5U的Y0-Y3輸出點為高速輸出點，一般用于電機軸脈沖輸出或輸出一些需要高速輸出的信號，所以我選取了Y0、Y1、Y2作為X、Y、Z三軸的脈沖輸出。另外根據其他選件的輸入輸出連接要求，配置好I/O表，連接控制電路。X點輸入（INT）備注Y點輸出（OUT）備注X0備用Y0X軸脈沖輸出X1備用Y1Y軸脈沖輸出X2備用Y2Z軸脈沖輸出X3備用Y3備用X4X軸原點信號Y4X軸方向輸出X5Y軸原點信號Y5Y軸方向輸出X6Z軸原點信號Y6Z軸方向輸出X7X軸正限位Y71#電磁閥吸真空X10X軸負限位Y101#電磁閥破真空X11Y軸正限位Y112#電磁閥吸真空X12Y軸負限位Y122#電磁閥破真空X13Z軸正限位Y13啟動按鈕（燈）X14Z軸負限位Y14備用X15啟動按鈕Y15復位按鈕（燈）X16備用Y16三色燈（紅）X17復位按鈕Y17三色燈（黃）X20急停按鈕Y20三色燈（綠）X211#壓力傳感器Y21蜂鳴器X222#壓力傳感器Y22備用X231#上料光電檢測Y23備用X242#上料光電檢測Y24備用X251#下料光電檢測Y25備用X262#下料光電檢測Y26備用X27X軸伺服報警輸入Y27備用X30Y軸伺服報警輸入Y30備用X31Z軸伺服報警輸入Y31備用X32備用Y32備用X33備用Y33備用X34備用Y34備用X35備用Y35備用表2.5I/0配置表3控制系統軟件設計3.1PLC程序設計3.1.1GXWORKS3簡介GXWORKS3是一個包含了參數設置、PLC編程、在線調試以及日常維護的智能化工程管理工具。在成熟的GXWORKS3中設計師和工程人員對CPU模塊參數進行設置以及對程序以工程為單位進行管理。GXWORKS3主要包括了創(chuàng)建程序、設置參數和將數據寫入/讀取及診斷等功能，他涵蓋了流程中的所有操作步驟。GXWORKS3還支持五大PLC編程語言的操作，用戶可以根據自己的喜好、要求選取合適的語言進行編程。3.1.2PLC底層框架搭建在項目開發(fā)時，我們通常會遇到一些比較復雜的邏輯控制，而這個時候，就需要我們用自己的思路，把各部件的底層框架用邏輯串聯起來，從而達到完整的控制的效果。而我們在搭建底層的時候，越模塊化，就越方便于我們的實際控制。定位軸底層框架設計在搭建定位軸的底層框架的時候，我們一般需要實現JOG+-、INC、ABS、原點回歸這四個，所以我分別用到了三菱定位指令中的PLSV、DRVI、DRVA指令。這四個指令都是三菱PLC內已經封裝好的運動控制指令，我們只需要配置好相應的參數，在指令中選取相應的控制軸，配置好速度、位置等相關參數即可完成控制。下面以X軸為例開始搭建定位軸底層框架。圖3.1JOG+-底層搭建圖3.2INC底層搭建圖3.3ABS底層搭建圖3.4原點回歸底層搭建電磁閥底層框架設計在使用電磁閥時，對于真空發(fā)生器，我們一般會用到壓力傳感器來檢查真空發(fā)生器是否正常吸取物料。另外，我在底層框架里加入了相應的延時，來判斷真空吸的吸迫情況，如果真空發(fā)生器異常，則會有相應的報警信號輸出。圖3.5真空發(fā)生器底層搭建圖3.6真空發(fā)生器超時報警輸出PLC模塊參數設置在開發(fā)中，PLC模塊參數設置也屬于底層構建的一部分。我們需要在模塊參數中選取出相應的模塊并設置好對應的IP、端口號，配置好各定位軸的參數。圖3.7軸定位運動參數設置圖3.8軸原點回歸參數設置圖3.9PLCIP地址設置圖3.10PLC連接設備IP及端口號設置3.1.3PLC程序邏輯設計在設計邏輯步驟時，我先根據機構設計以及設備各部件的運動步驟把邏輯框圖畫了出來，再根據框圖一步步設計整個邏輯。圖3.11程序邏輯框圖1、操作員把物料放入Tray盤中，然后按下啟動按鈕。這時如果收到上料位置的檢測光電傳感器被遮擋的信號，則判斷上料位已被放料，并進行下一步流程。無則觸發(fā)報警程序，同時觸摸屏彈窗提醒操作員載具無物料；2、上料正常則觸發(fā)Z軸電機下降至取料位置，并判斷哪個Tray盤有料，打開相對應的真空吸，此時延時一段時間用于等待真空吸吸真空完成，若過了一段時間依然未完成則觸發(fā)報警程序，同時觸摸屏彈窗提示操作員物料未放好。在此期間完成吸真空，則進入下一步。（真空吸吸真空時有真空值設定，當真空值達到閾值時會輸出信號。）3、吸料完成之后，Z軸隨之上升后，XY兩軸開始運動至測試位上方，然后觸發(fā)Z軸下降至放療位，并觸發(fā)真空吸迫真空，同時發(fā)送相關指令觸發(fā)上位機開始測試了，此時Z軸同時上升。4、收到測試完成信號后，Z軸開始下降取料位，打開相應真空吸吸真空，吸真空完成后，Z軸上升至初始位，XY軸運動至下料位。5、此時先進行判斷，判斷下料盤內是否存在物料，若有則觸發(fā)報警程序，同時觸摸屏彈窗提醒操作員取走物料；若無則進行下一步。6、Z軸下降，下降至放料位后，觸發(fā)真空吸破真空，隨后Z軸上升至初始位，XY軸運動至初始位，單次自動流程完成。3.2HMI人機交互界面設計 HMI也成為人機交互界面。計算機系統和用戶之間信息交互的媒介是HMI。通過在HMI界面上制作相應的按鈕以及相關寄存器的顯示，更加方便人與機器之間的交互，實現了PLC程序的可視化，與操作的簡便化。3.3平臺的接線、組裝和調試1、根據電氣原理圖連接各部件，連接好線纜后，通電前先用萬用表檢查220V電路是否存在短路的情況。2、把程序下載進PLC中，核對I/O表。3、調試程序、驗證功能。4結論多軸聯動是工業(yè)自動化的標志和趨勢，標志著工業(yè)生產的高智能化、高精度發(fā)展。在實際工業(yè)生產中發(fā)揮著重要作用。由FX5U控制的三軸自動上下料系統將PLC的穩(wěn)定性和抗干擾能力與伺服電機的高精度和高性能相結合，使控制系統穩(wěn)定性和精確性的優(yōu)點在實際生產中發(fā)揮出來。在這三個月內，我從學習電路圖繪制、三菱PLC、HMI界面設計開始，一步步與整個團隊合作，最終實現了所需要的功能，完成了畢業(yè)設計的同時，我也學到了許多專業(yè)知識、了解了工程設計中需要注意的的一些具體事項，收獲了非常寶貴的工程項目經驗。對此作以下總結：在開展項目設計之前先閱讀相關的參考文獻，如自動上下料平臺設計、FX5U以及伺服電機與驅動器等相關的參考資料，并作相應的分類整理。從中獲取自己需要的信息，以幫助自己更高效地開展項目。廣泛的信息有助于開拓眼界和思路，對系統設計大有裨益。在學校學習的其實更多的是理論知識，在工程項目中，我們往往需要理論聯系實際。在實踐中不斷發(fā)現問題，解決問題，從而提升自己的應用能力。3、對于系統的總體設計，在具體的設計項目之前，應該有一個總體設計方案，并通過參考各方面的信息來論證其可行性。該系統是基于PLCfx5u設計的，從輸入輸出端口數、脈沖輸出功能和控制穩(wěn)定性等方面論證了該系統的可行性。4、在工作中隨機性最大的是系統調試。系統的設計過程實際上就是一個解決問題的過程，在實際的項目中，我們總會遇到各種各樣的問題，根據調試軟件中的在線監(jiān)視的功能能夠很有效地幫助我排查程序中的BUG。在系統的設計過程中，我學到了很多關于平臺三軸聯動、PLC程序控制控制、伺服電機參數設置的相關知識。5、獨立完成一個項目設計不僅是在專業(yè)知識上，而且在設計方法上也是一個很好的學習過程。通過本次設計，鍛煉了獨立設計的能力，發(fā)現設計中缺乏專業(yè)知識和經驗。在今后的學習中，我們應該努力拓展知識，積累經驗，從而設計出更好、更完善的系統，提高效率。

參考文獻［1］三菱公司FX5U編程手冊［2］三菱公司FX3U-2HC用戶手冊2016年3月［3］王永華.現代電氣控制及PLC應用技術（第二版）[J].北京:北京航空航天大學出版社,2004.［4］冷增祥，徐以容.電力電子技術基礎（修訂版）[M].南京:東南大學出版社,2006［5］柴曉輝.三軸轉臺伺服系統設計[M].北京:科學出版社,2006.8［6］孔凡才.自動控制原理與系統[M]，北京，機械工業(yè)出版社2002［7］金發(fā)慶.傳感器應用與技術[M]，北京，機械工業(yè)出版社，2002［8］郁漢琪.電氣控制與可編程序控制器應用技術[M]，第二版，東南大學出版，2003［9］吳晨曦等.基于PLC_伺服驅動的位置控制系統設計[M].北京:電子工業(yè)社,2012［10］劉衛(wèi)平王明泉.PLC的發(fā)展及應用前景[J].機械管理開發(fā),2009(05):84-86.

［11］李卓華.淺談用三菱FX2N系列PLC對搶答器的制作[J].電子世界,2014(09):32-33.［12］閆鴻禹.試析PLC在數控機床中的應用[J].商情,2012(15):1-1.

［13］郝磊.PLC控制系統設計方法與技巧[J].內江科技,2010(06):98-98.

［14］趙士銘.PLC的功能及其在電動機中的控制分析[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊,2010(09):169-170.［15］汪大春宋桂江林進科.散貨碼頭變頻驅動皮帶機順啟流程的PLC控制[J].設備管理與維修,2012(S1):162-164.

［16］王飛雪.可編程邏輯控制器（PLC）的發(fā)展趨勢與應用[J].科技創(chuàng)新導報,2010(30):2-2.

謝辭大學四年轉瞬即逝，從剛進入大學時的懵懵懂懂，到還有幾個月我就即將離開學校踏入社會，這次畢業(yè)設計不僅是對我四年學習成果的一個檢驗，向老師們展示了我們所學的知識的同時，也加強了我理論結合實際的能力，獲得了寶貴的工程項目經驗。在畢業(yè)設計這段時間里，我自身有一個很大程度上的提高，這些都得益于老師和同學的大力幫助。非常感謝老師們在這四年以來的教導，也感謝北京理工大學珠海學院這四年來的培養(yǎng)，今日我以北京理工大學珠海學院為榮，也希望有一天北京理工大學珠海學院能以我為榮，謝謝你們。

附錄梯形圖控制源代碼：電氣原理圖：HMI人機交互界面：作品實物圖：

電腦無法識別U盤該怎么辦HYPERLINK電腦無法識別U盤怎么辦?打開我的電腦上單擊右鍵，在快捷菜單里，選擇“管理”，打開“計算機管理”窗口。在計算機管理窗口里，選擇“存儲”下面的“磁盤管理”，如果看得到沒有盤符的U盤，那么在這個U盤上按鼠標右鍵，選擇“更改驅動器名稱和路徑”選項，就打開了“更改……的驅動器號和路徑”對話框。再點擊“更改”按鈕，打開“更改驅動器號和路徑”的對話框，在“指定以下驅動器號”的右邊下拉列表里，選擇你希望分配給U盤的驅動器號，盡可能靠后選擇，比如X、Y、Z，選擇好后，單擊確定按鈕，回到上一次“更改……的驅動器號和路徑”對話框窗口，再一次單擊確定，就回到“計算機管理”窗口。至此，如果一切正常，就給U盤單獨設置了一個長久使用的驅動器號，并卻，不受虛擬驅動器的影響了。建議將U盤插到電腦上，看任務欄中是否顯示圖標，如果顯示，在我的電腦點右鍵查看屬性——高級——硬件——設備管理器——查看里面是否有問號的設備，在問號設備上點右鍵——更新驅動程序然后下一步——否暫時不連接到網絡——下一步自動安裝軟件（推薦）就可以了另外：系統不認U盤的幾種處理方法1.禁用主板usb設備。管理員在CMOS設置里將USB設備禁用，并且設置BIOS密碼，這樣U盤插到電腦上以后，電腦也不會識別。這種方法有它的局限性，就是不僅禁用了U盤，同時也禁用了其他的usb設備，比如usb鼠標，usb光驅等。所以這種方法管理員一般不會用，除非這臺電腦非常重要，值得他舍棄掉整個usb總線的功能。但是這種屏蔽也可以破解，即便設置了密碼。整個BIOS設置都存放在CMOS芯片里，而COMS的記憶作用是靠主板上的一個電容供電的。電容的電來源于主板電池，所以，只要把主板電池卸下來，用一根導線將原來裝電池的地方正負極短接，瞬間就能清空整個CMOS設置，包括BIOS的密碼。隨后只需安回電池，自己重新設置一下CMOS，就可以使用usb設備了。（當然，這需要打開機箱，一般眾目睽睽之下不大適用~~）2.修改注冊表項，禁用usb移動存儲設備。打開注冊表文件，依次展開"HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\usbehci”雙擊右面的“Start”鍵，把編輯窗口中的“數值數據”改為“4”，把基數選擇為“十六進制”就可以了。改好后注銷一下就可以看見效果了。為了防止別人用相同的方法來破解，我們可以刪除或者改名注冊表編輯器程序。提示：“Start”這個鍵是USB設備的工作開關，默認設置為“3”表示手動，“2”是表示自動，“4”是表示停用。3.在computermanagement里將removablestorage的使用權限禁止。computermanagement是一個windows管理組件，可以在控制面板——管理工具——計算機管理打開。在該工具窗口中storage——removablestorage——property中，general項，可以控制系統托盤是否顯示security則可以管理移動存儲設備的使用權限。在security中將普通用戶的使用權限降低，就可以達到禁用u盤的目的。破解的方法也很簡單，管理員降低普通用戶移動存儲設備的使用權限，但未必禁用computermanagement的使用權限。普通用戶可以通過這個工具解除usb移動存儲設備的使用權限限制。另外，值得一提的是，如果u盤插到電腦上后可以驅動，但是我的電腦里卻沒有盤符，很有可能是管理員改動了u盤的默認盤符，使得我的電腦不能識別。這種情況，可以在movablestorage中看到u盤驅動器?？梢栽趗盤驅動器屬性設置里為u盤重新分配一個盤符，再重新插拔一次u盤，就可以在我的電腦里看到u盤的盤符了。一、首先可以將該U盤換到別的機器上，看使用是否正常。如果排除了硬件損壞的可能，一般就是軟件方面有問題。在WindowsXP+SP1操作系統下，有些USB2.0設備的確常常出現工作不穩(wěn)定的問題，可以試試安裝設備自帶的USB2.0驅動程序。另外最好不要使用USB延長線，防止因為供電不足而造成不穩(wěn)定現象。如果仍無效，可以在主板BIOS設定中，將USB接口強行設置為USB1.1傳輸速率。二、（適用于WIN98）啟動計算機，進入主板BIOS設置，檢查BIOS中USB的相關選項是否已經打開：OnChipUSB設定為Enabled；USBController設定為Enabled；PNPOSInstalled設定為Yes；AssignIRQForUSB設成Enabled。要正常使用USB設備首先要開啟USB接口，在主板BIOS里可以進行此項工作，一般來說只需在BIOS中進入ChipsetFeatures設置，并將USBKeyborad/MouseLegacy選項設定為Enable，就能夠保證在操作系統下使用USB鍵盤了。這些選項的作用是打開主板芯片組對USB設備的完全支持，為系統識別USB設備做準備工作。三、USB口接觸不好處理辦法：拔下，等十秒鐘再插上USB口，使接觸完好；五、閃存盤驅動程序沒有安裝完成(WIN98系統下)處理辦法：鼠標點“我的電腦”，選擇屬性找到“通用串行總線”，刪除其中的USBMASSSTORAGE項，再點擊“刷新”，然后按照提示重新安裝一次驅動程序。六、接其它USB設備(如掃描儀、打印機、數碼相機)時可以正常使用，接優(yōu)盤時閃指示燈不亮，不能夠使用。1、檢查優(yōu)盤與電腦的聯接是否正常，并換用其它USB接口測試。2、檢查設備管理器，看是否出現”通用總線設備控制器”條目，如果沒有，請將電腦主板BIOS中USB接口條目*激活(ENABLE)。3、如果電腦安裝過其它類型USB設備，卸載該設備驅動程序，并首先安裝優(yōu)盤驅動程序。4、到其它電腦試用此優(yōu)盤，確認是否優(yōu)盤不良。七、啟動型優(yōu)盤在的電腦上無法實現啟動，可能是主板型號不支持。如何判斷一塊主板是否支持閃存盤啟動系統啟動型優(yōu)盤是采用模擬USB軟驅和USB硬盤的方式啟動電腦的。只要電腦主板支持USB設備啟動，即BIOS的啟動選項中有USB-FDD、USB-HDD或是其它類似的選項，就可以使用啟動型優(yōu)盤啟動電腦。八、第一次在電腦上使用優(yōu)盤，未出現提示發(fā)現新硬件的窗口，驅動程序無法安裝的原因可能是：1、主板usbcontroller未啟用解決辦法:在電腦主板BIOS中啟用此功能。2、usbcontroller已經啟用但運行不正常解決辦法:在設備管理器中刪除”通用串行控制器”下的相關設備并刷新。3、優(yōu)盤被電腦識別異常，在設備管理器中表現為帶有黃色？或！的”其它設備”或“未知設備”。解決辦法:刪除此設備并刷新。九、大容量的U盤(例如兼具MP3播放器或錄音功能的U盤)或移動硬盤在電腦上無法正常使用，雖然系統提示找到了未知的USB設備，但無法正確識別U盤或移動硬盤。原因可能是：1．USB接口供電不足:系統為每個USB接口分配了500mA的最大輸出電流，一般的U盤只需要100mA的工作電流，因此在使用過程中不會出現什么問題。大多數移動硬盤所使用的是普通的2.5英寸硬盤，其工作電流介于500mA~1000mA之間，此時假如僅僅通過USB接口供電，當系統中并無其他USB設備時，那么還是可以勉強使用的，但如果電壓不穩(wěn)的話，就隨時可能出現供電不足的問題。特別是使用支持USB2.0的移動硬盤時，情況最為嚴重。另外，如果你的筆記本電腦使用電池供電，那么USB接口所分配的電量就更小了。2．使用了外接的USB擴展卡:在筆記本電腦中使用USB2.0的U盤或移動硬盤時，如果筆記本電腦不支持USB2.0技術，一般必須通過PCMCIA卡轉USB2.0的擴展卡來間接實現支持，這些擴展卡基本上都采用NEC公司的D720100AGMUSB控制芯片，少則提供兩個USB2.0接口，多則提供五個USB2.0接口，對一般用戶而言足夠使用了。由于PCMICA接口提供的電源功率比板載USB接口要小，這樣就會由于供電不足而導致移動硬盤工作的出現問題。解決方案:1.它從USB連接線上接移動硬盤的一端引出一根轉接線，可以插入電腦背后的PS/2接口取電，這里可以比USB接口提供更大的電流輸出。2.利用電源補償線(也稱“鍵盤取電線”)，如果U盤或移動硬盤的包裝盒中提供了選配的電源適配器，你就可以直接使用外接電源，這樣就可以從根本上避免供電不足的情況發(fā)生了前置USB線接錯。當主板上的USB線和機箱上的前置USB接口對應相接時把正負接反就會發(fā)生這類故障，這也是相當危險的，因為正負接反很可能會使得USB設備燒毀。所以盡量采用機箱后置的USB接口,也少用延長線.也可能是斷口有問題,換個USB端口看下.USB接口電壓不足。當把<ahref="mobileharddisk">移動硬盤</a>接在前置USB口上時就有可能發(fā)生系統無法識別出設備的故障。原因是<ahref="">移動硬盤</a>功率比較大要求電壓相對比較嚴格，前置接口可能無法提供足夠的電壓，當然劣質的電源也可能會造成這個問題。解決方法是<ahref="">移動硬盤</a>不要接在前置USB接口上，更換劣質低功率的電源或盡量使用外接電源的硬盤盒，假如有條件的話。主板和系統的兼容性問題。呵呵這類故障中最著名的就是NF2主板與USB的兼容性問題。假如你是在NF2的主板上碰到這個問題的話，則可以先安裝最新的nForce2專用USB2.0驅動和補丁、最新的主板補丁和操作系統補丁，還是不行的話嘗試著刷新一下主板的BIOS一般都能解決。系統或BIOS問題。當你在BIOS或操作系統中禁用了USB時就會發(fā)生USB設備無法在系統中識別。解決方法是開啟與USB設備相關的選項。就是開機按F2或DEL鍵,進入BIOS,把enableusbdevice選擇enable。拔插要小心,讀寫時千萬不可拔出,不然有可能燒毀芯片。XP中任務欄中多出USB設備的圖標，打開該圖標就會在列表中顯示U盤設備，選擇將該設備停用,然后你再拔出設備，這樣會比較安全。

其實判斷軟件硬件問題很簡單,在別的機器或換個系統試試就可以了.有些小的問題不妨先用專門軟件格式化下.還有提醒大家WINDOWS下格式化時要選擇FAT,不要選FAT32。

提示無法識別的USB設備維修

故障提示如圖：

無法識別的USB設備：UnknownUSBDevice.很多人都遇到過的一個問題，所謂“無法識別”對于操作系統來說，或者是驅動程度有問題，或者是USB設備出現了問題，或者是計算機與USB設備連接出現了故障，解決問題的方法也是從這幾處著手。

對于不同的設備會有不同的處理方法，了解USB設備正常工作需要的條件以及一些可能影響USB設備正常工作的因素，會有助于解決問題。

下面是保證USB設備可以正常工作的一些條件：（1）USB設備本身沒有任何問題——可以通過在其它計算機上進行測試，保證能正常工作；（2）USB接口沒有任何問題——可以通過連接其它的USB設備在此接口上進行測試；（3）USB設備的驅動程序已經正確安裝，如果有詳細說明書的USB設備，一定要仔細查看相應的說明文件，按照說明安裝相應的驅動程序；Windows2000以后的操作系統以識別大部分的USB設備，Windows98以前的操作系統可以安裝USB設備自帶的驅動或者安裝通用的USB設備驅動程序。下面是可能影響USB設備正常工作的一些情形：（1）USB設備已經出現了故障（同樣的條件以前可以正常使用，現在出現了問題）；（2）USB接口有問題，比如a.USB前置接口極性接反，這可能導致USB設備燒毀，所以一定要仔細看一下主板說明書，防止接錯；b.接口電壓不足，一些<ahref=".com/mobileharddisk">移動硬盤</a>常會有這樣的問題，主機后面的USB接口往往會比前置USB接口更可靠一些；c.主板與操作系統兼容性有問題，安裝最新的主板驅動程序可以最大程度地避免此類問題；d.Bios中禁止了USB設備，可能通過更改BIOS中相應的設置來解決；e.操作系統問題，可以通過重裝操作系統