【正文】 感謝他們這么多年的對(duì)我的養(yǎng)育和期盼，感謝他們站在我身后，給我學(xué)業(yè)、生活上的支持和鼓勵(lì)。在本次設(shè)計(jì)的過程中，我對(duì) PLC 控制的自動(dòng)系統(tǒng)有了一定的了解，任何控制系統(tǒng)的開發(fā)都需要經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶幚砗拖到y(tǒng)的調(diào)試過程，要一邊學(xué)習(xí)新的內(nèi)容，一邊運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，在遇到問題時(shí)，經(jīng)過不斷努力探索來解決。 圖 41 人機(jī)界面 的 建立 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 操作面板 的設(shè)計(jì) 在本次設(shè)計(jì)的人機(jī)界面中，做的是基于 QD75 的搬運(yùn)機(jī)械手，這就使 該界面必須有一個(gè)啟動(dòng)和一個(gè)急停按鈕，并且要求該界面有這兩個(gè)按鈕對(duì)應(yīng)的指示燈。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 ①人機(jī)匹配性：人和計(jì)算機(jī)要形成合理的配合，如果出現(xiàn)問題，要對(duì)計(jì)算機(jī)中內(nèi)容進(jìn)行修改。這是為了形成一個(gè)統(tǒng)一的界面，使得界面更加的整潔、美觀，能使人感覺更加清晰合理，減少操作中的失誤。 ①以用戶為中心， 這是人機(jī)界面設(shè)計(jì)的基本原則。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 圖 38 軸 一塊啟動(dòng)數(shù)據(jù) 在所有的參數(shù)設(shè)置以及定位數(shù)據(jù)的設(shè)置完善后，就要用 GX ConfiguratorQP 的監(jiān)視功能 ，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)的演示以及監(jiān)視。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 圖 34 GX ConfiguratorQP 界面 在這個(gè)界面中 主要的是工程樹視圖， 如下圖 35。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 最后，要想使機(jī)械手臂能夠正常的運(yùn)行，就要輸入相應(yīng)的脈沖信號(hào)，通過輸入的脈沖來控制機(jī)械手臂的速度和位置，達(dá)到希望的結(jié)果。 下面程序要實(shí)現(xiàn)工 程的復(fù)位以及對(duì)當(dāng)前各個(gè)機(jī)械手臂位置和速度的讀取。 首先是 QD75 定位模塊 +Q00JCPU以及開關(guān)電源 S20124 的外部接線圖和 CPU的分配， 這塊內(nèi)容是本次設(shè)計(jì) 能否成功運(yùn)行的基礎(chǔ)， 如下圖 31 所示： 圖 31 電源模塊 +CPU外部接線圖 在設(shè)計(jì)中，伺服系統(tǒng)的接線是非常重要的，要想實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)預(yù)想的結(jié)果，必須對(duì)每一個(gè)伺服系統(tǒng)進(jìn)行正確的接線，確保機(jī)械手的正常運(yùn)行。 PLC 的 I/O 分配 在本次設(shè)計(jì)中，用到的是 QD75 模塊和 Q00JCPU 進(jìn)行組合的模塊，作為運(yùn)動(dòng)控制的核心，有是四自由度的搬運(yùn)機(jī)械手，因此用到了比較多的輸入接口， 為了 使得程序的編輯更加清楚 ，首先對(duì)本次設(shè)計(jì)中的 CPU 模塊進(jìn)行合理分配，再對(duì)各個(gè)輸入輸出接口進(jìn)行具體的分配 。 圖 211 伺服系統(tǒng)的構(gòu)成圖 編碼器 為了使伺服控制系統(tǒng)能夠完成完整的反饋環(huán)節(jié)，本次設(shè)計(jì) 要 在伺服電機(jī)上安裝一個(gè)編碼器。 圖 210 MRJ2S40A外觀及各部分功能圖 伺服系統(tǒng)的構(gòu)成 伺服系統(tǒng)又稱隨動(dòng)系統(tǒng)，能夠精確的實(shí)現(xiàn)機(jī)械的位移、速度和加速度，完成一個(gè)完整的反饋環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)完整的動(dòng)作 [12]。 ⑥ 可靠性高 。 規(guī) 格： 額定輸入電壓： 24VDC 額定輸入電流：約 6mA 輸入點(diǎn)數(shù)： 16 點(diǎn) 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 隔離方法：光電耦合器 ON 電壓 /ON 電流： 19V 或更高 或更高 OFF 電壓 /OFF 電流： 11V 或更低 或更低 公共端子排列： 16 點(diǎn) /公共端 外部連接： 18 點(diǎn)端子排 （ 2） 輸出模塊 QY40P 如下 圖 29 所示： 圖 29 QY40P 輸出 QY40P 是一種 晶體管輸出模塊（漏型） 。 （ 3） QD75 的功能分為主要、輔助和控制 三類。在 QD75P2 中的數(shù)字“ 2”控制軸的個(gè)數(shù)，“ 1”表示單軸控制，“ 2”表示兩軸控制，“ 4”表示四軸控制。其關(guān)系如下圖 26： 圖 26 Q 系列 PLC 內(nèi)部關(guān)系 （ 1） 冗余 CPU 系統(tǒng)功能： ① 即使在控制系統(tǒng)中出現(xiàn)故障，備用系統(tǒng)也可以取代控制系統(tǒng)使系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。例如，用于主機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制單元、通訊單元、 D/A 單元等部分的連接。 PLC 的 硬件基本結(jié)構(gòu)如圖 23 所示： 圖 23 PLC 的硬件基本結(jié)構(gòu) 根據(jù) 上面的 硬件結(jié)構(gòu)圖來看， PLC 是 由中央處理器（ CPU）、存儲(chǔ)器、輸入 /輸出（ I/O）接口、電源、通訊接口、擴(kuò)展接口及總線部分組成。20%VDC ,250mA24VDC ? 端口功能簡(jiǎn)介 觸摸屏采用 24V 直流電源對(duì)其進(jìn)行供電，內(nèi)建電源隔離保護(hù)器。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 威綸觸摸屏 產(chǎn)品系列介紹 WEINVIEW 是新一代嵌入式工業(yè)人機(jī)界面，它可以分為 MT8000 和 MT6000 兩種系列，根據(jù)采用的 CPU 不同 ， WEINVIEW 人 機(jī)界面分為 T 系列、 i 系列和 X 系列。 （ 2） 機(jī)械手的動(dòng)作，其中包括旋轉(zhuǎn)、抓 取 等。在這些智能化的機(jī)械手中，獲得了一定的傳感能力，通過對(duì)外界各種條件的不斷變化，不斷的根據(jù)其做出相應(yīng)的變化，重點(diǎn)是不斷研究提高機(jī)械手的視覺功能和觸覺功能，能夠更好的感應(yīng)外 界條件的變化并作出動(dòng)作。另外，在我國(guó)機(jī)械手還更好的與現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行了結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備之間的自動(dòng)通信，也能夠?qū)崿F(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)與配合。另外，在現(xiàn)代化的工業(yè)環(huán)境下， PLC 為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化的制作生產(chǎn)做出了巨大的貢獻(xiàn)，特別是在硬件配置和軟件編程以及與網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)交流互換信息等方面具有不可磨滅的貢獻(xiàn) [2]。特別是在高危險(xiǎn)、有毒、有放射性等惡劣的條件下，避免了大量的事故的發(fā)生，機(jī)械手在此方面具有明顯的優(yōu)勢(shì) [1]。 同時(shí) 本次 設(shè)計(jì) 做了硬件部分的選型，包括 威綸觸摸屏、三菱 QD75 定位模塊、 Q00JCPU 及其輸入輸出的選擇 和 伺服控制系統(tǒng)等一些內(nèi)容。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。在 一些高危險(xiǎn)的領(lǐng)域中，為了減少工人勞動(dòng)量，避免事故的發(fā)生，機(jī)械手得到了廣泛的應(yīng)用。 servo system。 可編程控制器（ PLC）在現(xiàn)代中是一種專業(yè)的工業(yè)控制裝置，在當(dāng)代工業(yè)中 PLC 得到了廣泛的應(yīng)用。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 設(shè)計(jì)項(xiàng)目發(fā)展?fàn)顩r 國(guó)內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面， 像搬運(yùn)機(jī)械手、裝配安裝等各方面機(jī)械手，已經(jīng)基本掌握了現(xiàn)代化的技術(shù)，能夠很好的進(jìn)行各種設(shè)計(jì)和專業(yè)的制造。④在機(jī)械手方面，我國(guó)也將傳感器廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)中，使得傳感器成為了機(jī)械手工業(yè)的一個(gè)發(fā)展重點(diǎn)。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 研究?jī)?nèi)容及目標(biāo) 用三菱 Q 系列語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編程，用 QD75 作為控制系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)四自由度機(jī)械手的設(shè)計(jì)。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2 硬件 部分 設(shè)計(jì) 及選型 機(jī)械手的設(shè)計(jì) 下圖 21 是 本次設(shè)計(jì)中機(jī)械手的設(shè)計(jì)模型。與目前市場(chǎng)上的 200MHz CPU 相比較，該產(chǎn)品在反應(yīng)速度、通訊速度和下載速度等方面都有大幅度提高。 按 照 PLC 控制規(guī)?？煞譃樾⌒汀⒅行秃痛笮?三種 PLC。 圖 24 24V直流輸入 輸出接口電路的作用是將 CPU 的程序運(yùn)行結(jié)果經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換、隔離和功率放大，轉(zhuǎn)換成能帶一定負(fù)載的 具體的輸出狀態(tài)，輸出接口用來連接被控對(duì)象中各種執(zhí)行元件，如接觸器、電磁閥、指示燈、調(diào)節(jié)閥（模擬量）、調(diào)速裝置（模擬量）等 [9]。如下圖 25 所示 ： 圖 25 PLC 工作方式 N Y 運(yùn)行 停止 Y N 上電初始化 自診斷 有故障否 設(shè)置故障標(biāo)志，并顯示 與外設(shè)通信 通信 輸入采樣 執(zhí)行用戶 程序 輸出刷新 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 根據(jù)上圖可看出， PLC 的工作過程可 明確 的分 為五個(gè)階段 ，分別是： 內(nèi)部處理 階段 、通信處理 階段 、輸入采樣 階段 、程序執(zhí)行 階段 和輸出刷新 階段 。 ③ 有范圍廣泛的特定應(yīng)用智能模塊 。 ⑤ 本身 容易維護(hù) 。在本次設(shè)計(jì)中由于用到的輸入輸出口有限 ，因此只需要 5 槽的 CPU 單元就能滿足設(shè)計(jì)的要求。 ③ 有高的傳動(dòng)剛性和速度穩(wěn)定性 。 MRJ2S_SUPER 系列伺服系統(tǒng)的型號(hào)配置如下 。 執(zhí)行環(huán)節(jié) ： 也就是執(zhí)行元件，一般是各種伺服電機(jī) 。 對(duì)每 一 組脈沖信號(hào) 進(jìn)行 分解 就會(huì)形成 a,b 兩個(gè)前緣和 c,d 兩個(gè)后緣微分脈沖， 也就是說， 合計(jì)為 4 倍的單項(xiàng)脈沖，如 下 圖 213 所示： 圖 213 編碼器反饋的信號(hào) 本章小結(jié) 在本章中主要是對(duì)本次設(shè)計(jì)中的一些硬件進(jìn)行解釋說明，對(duì)硬件系統(tǒng)有一個(gè)比較全面的了解，對(duì) PLC 組成、 Q 系列 PLC 輸入輸出端口和 CPU 有一個(gè)詳細(xì)的說明，另一個(gè)重點(diǎn)是對(duì)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹，能夠?qū)Ρ敬卧O(shè)計(jì)的各種硬件設(shè)施組成和工作原理有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。 其次，在本次設(shè)計(jì)中每個(gè)電機(jī)都有其各自的正反轉(zhuǎn)以及加減速，也就是需要 16個(gè)輸入接口 ，具體分配見下表 32。例如，下面的這個(gè)程序，這是 QD75 控制伺服電機(jī)時(shí)，有一個(gè)BUSY（忙軸），需要對(duì)這個(gè)忙軸進(jìn)行處理，才能正常的運(yùn)行。 再接下來是各個(gè)軸的啟動(dòng)運(yùn)行， 在運(yùn)行之后，還有各個(gè)軸的速度變更，只有速度變換成為正確的速度之后機(jī)械手臂才能運(yùn)行。在使用 GX ConfiguratorQP 時(shí)，可以不用緩沖存儲(chǔ)器就能完成對(duì) QD75 的參數(shù)設(shè)定和對(duì)定位數(shù)據(jù)的設(shè)定。 圖 37 軸一定位數(shù)據(jù) 再往后工程樹視圖中出現(xiàn)的是 ，它是用來實(shí)現(xiàn)對(duì)塊啟動(dòng)數(shù)據(jù)的設(shè)置 ，同樣，也是用 □來表示各個(gè)軸。人機(jī)界面的建立 就是為了讓人能夠更加清楚的了解產(chǎn)品的使用，能夠?qū)⒉豢梢姷男畔⑥D(zhuǎn)化成各種圖像、按鈕等來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。即按照工作環(huán)境和場(chǎng)合，對(duì)不同的子系統(tǒng)進(jìn)行分類，并且按照管理對(duì)象的不同，設(shè)計(jì)多級(jí) 多層次 的管理系統(tǒng)，從而使用戶能夠更好的掌握界面的使用，能夠更好 的提高操作性。 ⑦面向?qū)ο笤瓌t。這也就要求用戶界 面能夠更加清楚的顯示系統(tǒng)的工作流程，具有更加直觀的視覺和觸覺效果。 圖 42 操作面板 的設(shè)計(jì) 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)人機(jī)界面進(jìn)行了簡(jiǎn)單的描述，根據(jù)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行人機(jī)界面的相應(yīng)設(shè)計(jì) ，詳細(xì)的對(duì)本次設(shè)計(jì)人機(jī)界面的創(chuàng)建過程進(jìn)行了具體的描述和說明。 李 老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、認(rèn)真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)無不時(shí)刻感染著我，將使我終身受益。 最后，感謝各位專家教授在百忙中對(duì)本文的審閱 ! 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 附錄 附錄一 PLC 外部伺服系統(tǒng)接線圖 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 38 附錄二 程序梯形圖 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 40 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 41 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 42 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 43 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 44 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 45 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 46 附錄三元器件清單 器件名稱 型號(hào) 數(shù)量 主電源開關(guān)AC220V GS26I 1 額定絕緣電