畢業(yè)設(shè)計（論文）基于組態(tài)軟件實現(xiàn)機械手的監(jiān)控系統(tǒng)

1、 基于組態(tài)軟件實現(xiàn)機械手的監(jiān)控系統(tǒng)基于組態(tài)軟件實現(xiàn)機械手的監(jiān)控系統(tǒng) 摘要摘要 在自動化領(lǐng)域很多都用到了監(jiān)控系統(tǒng)，這樣就能使工人不用在現(xiàn)場監(jiān)控就能了解生產(chǎn)線上 的運轉(zhuǎn)狀況了，大大挺高了生產(chǎn)效率，減少了人員開支，也降低了人員傷亡的發(fā)生，對企業(yè)的 效益有很大的提高。本文闡述了基于組態(tài)軟件的機械手監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供了靈活的組態(tài)工 具，人機交互界面好 能方便地獲取和存儲機械手模型位置和狀態(tài)信息，能充分實現(xiàn)工業(yè)各領(lǐng)域 的管理控制、數(shù)據(jù)采集、連續(xù)控制及統(tǒng)計過程控制，它既能夠滿足裝配作業(yè)內(nèi)容改變頻繁的重 復(fù)操作，又能加大生產(chǎn)效益，降低人身事故發(fā)生，且該系統(tǒng)還具有實時數(shù)據(jù)采集、報表輸出、 預(yù)報報警分析、便于升

2、級擴充等功能。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：組態(tài)；機械手；控制 abstract many of them are used in the automation of the monitoring system, so as to enable workers to know the production line without having to monitor at the scene on the running situation, significantly higher productivity, reduced personnel expenses, reducing casualties

3、 occurred, on the efficiency of enterprises have greatly improved. this article explained has based on group state software of manipulator monitoring system, the system provides has flexible of group state tools, human-computer interaction interface good can convenient to gets and storage manipulato

4、r model location and state information, can full implementation industrial the area of management control, and data acquisition, and continuous control and the statistics process control, it both to meet assembly job content change frequently of repeat operation, and can increased production benefit

5、, reduce personal accident occurs, and the system also has real-time data acquisition, and report output, and forecast alarm analysis, and easy upgrade expanded, function. keykey wordswords：configuration；manipulator；controlit 目錄目錄 基于組態(tài)軟件實現(xiàn)機械手的監(jiān)控系統(tǒng) .1 摘要 .1 引言 .3 第一章 緒論 .4 1.1 本課題研究的意義 .4 1.2 本課題研究的背

6、景 .4 1.3 本課題研究的內(nèi)容 .5 第二章 機械手 .5 2.1 機械手的動作過程分解.5 2.2 歐姆龍 plc 的 i/o 分配表及通訊連接表.6 第三章 機械手組態(tài)畫面的設(shè)計和完成后的工作狀態(tài) .8 3.1 機械手組態(tài)畫面的設(shè)計.8 3.2 機械手組態(tài)畫面的屬性設(shè)置.10 3.3 組態(tài)畫面實時數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建.15 3.4 組態(tài)畫面動態(tài)效果/腳本程序.16 第四章 機械手組態(tài)畫面的監(jiān)控與 plc 連接 .20 4.2 通訊設(shè)備屬性設(shè)置.21 4.3 通訊設(shè)備端口連接.22 4.4 通訊連接測試.23 第五章 機械手組態(tài)畫面運行結(jié)果 .24 結(jié)論 .25 參考文獻 .26 致謝 .27 引

7、言引言 工業(yè)機械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動化生產(chǎn)設(shè)備，它是工業(yè)機器人的一個重 要分支，它的特點是可通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)任務(wù)，在構(gòu)造和性能上兼有人和機器各 自的優(yōu)點，尤其體現(xiàn)了人的職能和適應(yīng)性。 在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中，機械手被廣泛的運用于自動生產(chǎn)線中，機械人的研制和生產(chǎn)已成為高 技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，迅速發(fā)展起來的一門新興的技術(shù)，因而更加促進了機械手的發(fā)展，使得機械手能 更好地實現(xiàn)與機械化和自動化的有機結(jié)合。機械手雖然目前還不如人手那樣靈活，但它具有能 不斷重復(fù)工作和勞動，不知疲勞，不怕危險，抓舉力量大的特點，因此，機械手已受到許多部 門的重視，并越來越廣泛的得到應(yīng)用，而且在某些方面機械手已

8、經(jīng)逐漸取代了人類勞動。 全中文工業(yè)自動化控制組態(tài)軟件( mon itor andcon tro lgenerated system, mcgs) 是一 套基于windows平臺的, 用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng), 集動畫顯示、流 程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能, 廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，用mcgs系統(tǒng) 來實現(xiàn)機械手圖形仿真系統(tǒng)的機械手,就得到了更加廣泛的運用，它提供的靈活的組態(tài)工具，人 機交互界面好 能方便地獲取和存儲機械手模型位置和狀態(tài)信息，能充分實現(xiàn)工業(yè)各領(lǐng)域的管理 控制、數(shù)據(jù)采集、連續(xù)控制及統(tǒng)計過程控制，它既可以用于實際生產(chǎn), 能夠滿足裝配作業(yè)內(nèi)容 改變

9、頻繁的重復(fù)操作; 又可以用于科學(xué)實驗和科學(xué)研究, 它能夠使人直觀地了解機器人結(jié)構(gòu)組 成、動作原理等, 所以mcgs開發(fā)設(shè)計和研究機械手具有比較廣泛的實際意義和應(yīng)用前景。 第一章第一章 緒論緒論 1.11.1 本課題研究的意義本課題研究的意義 組態(tài)是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達(dá)到使計算機或軟件按照預(yù)先 設(shè)置、自動執(zhí)行特定任務(wù)，滿足使用者要求的目的。這是一個通過專用軟件定義系統(tǒng)的過程。 組態(tài)軟件能利用系統(tǒng)軟件提供的工具，通過簡單形象的組態(tài)工作構(gòu)成系統(tǒng)。組態(tài)軟件具有 用戶可訂制的功能，能開發(fā)可編程控制器的控制對象；還具有強大的通訊功能，可以通過rs232 接口和可編程控制器之間進

10、行通訊，并監(jiān)控可編程控制器的所有存儲器、控制器及io接口的 狀態(tài)，以變量值形式傳輸?shù)接嬎銠C上，供上位機使用、處理。正如文獻所述：組態(tài)軟件能以靈 活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和間接的使用方法，具有實時多任務(wù)、接口開放、 使用靈活、功能多樣和運行可靠的特點。 本課題對機械手的研究是在工業(yè)機械手的基礎(chǔ)上，加上mcgs軟件對其進行監(jiān)控，使其在作 業(yè)時更加人性化、經(jīng)濟化、智能化、現(xiàn)代化。 1.21.2 本課題研究的背景本課題研究的背景 自2000年以來，國內(nèi)監(jiān)控組態(tài)軟件產(chǎn)品、技術(shù)、市場都取得了飛快的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域日益 拓展，用戶和應(yīng)用工程師數(shù)量不斷增多。充分體現(xiàn)了“工業(yè)技術(shù)民用化”的發(fā)展趨勢。

11、 監(jiān)控組態(tài)軟件是在信息化社會的大背景下，隨著工業(yè)it技術(shù)的不斷發(fā)展而誕生、發(fā)展起來 的。在整個工業(yè)自動化軟件中，監(jiān)控組態(tài)軟件屬于基礎(chǔ)型工具平臺。監(jiān)控組態(tài)軟件給工業(yè)自動 化、信息化、智能化以及社會信息化帶來深遠(yuǎn)的影響，它帶動著整個社會生產(chǎn)、生活方式的發(fā) 展與變化，這種變化仍在繼續(xù)發(fā)展。因此組態(tài)軟件作為新生事物尚處于高速發(fā)展時期，目前還 沒有專門的研究機構(gòu)就它的理論與實踐進行研究、總結(jié)和探討，更沒有形成獨立、專門的理論 研究機構(gòu)。所以說，監(jiān)控軟件的發(fā)展前景還是很廣大的。我們要致力于此領(lǐng)域的不斷研究，盡 快地使我國的監(jiān)控組態(tài)軟件與世界的高科技接軌，從而促進我們國民經(jīng)濟的更好，更快發(fā)展。 1.31.3

12、 本課題研究的內(nèi)容本課題研究的內(nèi)容 本問設(shè)計的機械手主要內(nèi)容就是設(shè)計出一款利用mcgs工程組態(tài)軟件使靜止的機械手動態(tài)化, 特別是通過編寫腳本程序?qū)崿F(xiàn)了對機械手的定時控制, 建立了實時監(jiān)控系統(tǒng), 使機械手在利用 mcgs軟件對機械手的作業(yè)動作狀態(tài)實施監(jiān)視與控制時，能方便地獲取和存儲機械手模型位置和 狀態(tài)信息，使機械手在工業(yè)中發(fā)揮更加有效的作用, 大大提高工作者的工作效率，而且在增加 效率的同時也大大減少了人力資源和人員傷亡，使企業(yè)的效益大大的增加，這樣的機械手，將 會更加經(jīng)濟、快捷和實用。從本質(zhì)上提高工業(yè)的生產(chǎn)效率，使其創(chuàng)造出更大的產(chǎn)值。 第二章第二章 機械手機械手 2.12.1 機械手的動作過

13、程分解機械手的動作過程分解 從原點開始，按下啟動按鈕時，下降電磁閥通電，機械手下降。下降到底碰到下限 位開關(guān)，下降電磁閥斷點，機械手下降停止；同時接通夾緊電磁閥，機械手夾緊。夾緊 后，上升電磁閥通電，機械手上升。上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，上升電磁閥斷點， 機械手上升停止；同時接通右移電磁閥，機械手右移。右移到位時，碰到右限位開關(guān)， 右移電磁閥斷點，機械手右移停止若此時工作臺上無工件，則光電開關(guān)接通，同時下降 電磁閥通電，機械手下降。下降到底時，碰到下限位開關(guān)，下限位電磁閥斷點，機械手 停止下降；同時夾緊電磁閥斷點，機械手放松；放松后，上升電磁閥接通，機械手上升。 上升到頂時，碰到上限位開關(guān)，

14、上升電磁閥斷點，上升停止；同時接通左移電磁閥，機 械手左移，左移到原點時，碰到左限位開關(guān)。左移電磁閥斷點，左移停止。此時，機械 手經(jīng)過 8 步動作完成一個周期 圖圖 2 2 機械手的動作示意圖機械手的動作示意圖 圖圖 3 3 機械手動作分析圖機械手動作分析圖 2 2. .2 2 歐姆龍歐姆龍 plcplc 的的 i/oi/o 分配表分配表及通訊連接表及通訊連接表 序輸入地址說明序輸入地址說明 號號 10.00 啟動 110.10 上料氣缸下限位 20.01 停止 120.11 物料檢測（光電） 30.02 手爪夾緊傳感器 131.00 推料一氣缸后限位 40.03 旋轉(zhuǎn)左限位（接近） 141.

15、01 推料一氣缸前限位 50.04 旋轉(zhuǎn)右限位（接近） 151.02 推料二氣缸后限位 60.05 伸出臂前點 161.03 推料二氣缸前限位 70.06 縮回臂后點 171.04 電感式傳感器（推料 1 氣缸） 80.07 提升氣缸上限位 181.05 電容式傳感器（推料 2 氣缸） 90.08 提升氣缸下限位 191.06 傳送帶物料檢測光電傳感器 100.09 上料氣缸上限位 20 序序 號號 輸出地址輸出地址說明說明 序序 號號 輸出地址輸出地址說明說明 1100.00 送料電機 10101.01 推料一氣缸（伸出） 2101.04 上料電磁閥 11101.03 推料二氣缸（縮回） 3

16、100.02 臂氣缸伸出 12101.02 推料二氣缸（伸出） 4100.03 臂氣缸返回 13101.05 手爪夾緊 5100.04 提升氣缸下降 14101.06 停止指示 6100.05 提升氣缸上升 15100.07 啟動指示 7100.06 旋轉(zhuǎn)氣缸正轉(zhuǎn) 16101.01 8100.07 旋轉(zhuǎn)氣缸反轉(zhuǎn) 17 變頻器正轉(zhuǎn) 變頻器低速度 9101.00 推料一氣缸（縮回） 18 通訊連接輸入通訊連接輸出 0.00100.04 0.01100.05 100.06 歐姆龍 plc 100.07 stardown stopup right 組態(tài) left 第三章第三章 機械手組態(tài)畫面的設(shè)計和完

17、成后的工作狀態(tài)機械手組態(tài)畫面的設(shè)計和完成后的工作狀態(tài) mcgs(monitor and control generated system，監(jiān)視與控制通用系統(tǒng) )是北京昆侖通 態(tài)自動化軟件科技有限公司 研發(fā)的一套基于 windows 平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機 監(jiān)控系統(tǒng)的 組態(tài)軟件系統(tǒng)，主要完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測、前端數(shù)據(jù)的處理與控制，可 運行于 microsoft windows 95/98/me/nt/2000/xp 等操作系統(tǒng)。它的主要功能有： 簡單 靈活的可視化操作界面 、實時性強、有良好的并行處理性能 、豐富、生動的多媒體畫面 、 完善的安全機制 、強大的網(wǎng)絡(luò)功能 、多樣化的報

18、警功能 、實時數(shù)據(jù)庫為用戶分步組態(tài)提供 極大方便、支持多種硬件設(shè)備，實現(xiàn) “設(shè)備無關(guān)”、方便控制復(fù)雜的運行流程 、良好的可 維護性、用自建文件系統(tǒng)來管理數(shù)據(jù)存儲， 系統(tǒng)可靠性 更高和設(shè)立對象元件庫，組態(tài)工作 簡單方便，下面是利用組態(tài)的機械手的監(jiān)控系統(tǒng)。 3 3.1.1 機械手組態(tài)畫面的設(shè)計機械手組態(tài)畫面的設(shè)計 在 mcgs 組態(tài)平臺，單擊“用戶窗口” ， “在用戶窗口”中單擊“新建窗口”按鈕，則產(chǎn)生新 “窗口 0” ，選中“窗口 0” ，單擊“窗口屬性” ， “進入窗口屬性設(shè)置” ，將“窗口名稱”改為： 機械手；將“窗口標(biāo)題”改為：機械手；在“窗口位置”中“最大化顯示” ，如下圖。 圖圖 5

19、5 新建窗口新建窗口圖圖 選中剛創(chuàng)建的“機械手”用戶窗口，單擊“動畫組態(tài)” ，進入動畫制作窗口。 圖圖 6 6 組態(tài)畫面創(chuàng)建組態(tài)畫面創(chuàng)建圖圖 3 3. .2 2 機械手組態(tài)畫面的機械手組態(tài)畫面的屬性設(shè)置屬性設(shè)置 創(chuàng)建好畫面后對畫面進行屬性設(shè)置，這里先介紹機械手的設(shè)置，雙擊機械手進入單元屬性 如下圖。 （注：第一個圖原名設(shè)置與其它幾個相同） 圖圖 7 7 組態(tài)畫面屬性設(shè)置組態(tài)畫面屬性設(shè)置 進入動畫連接，點擊進入動畫組態(tài)屬性設(shè)置進行水平移動設(shè)置，如下圖。 圖圖 8 8 動畫組態(tài)屬性設(shè)置動畫組態(tài)屬性設(shè)置 根據(jù)上面的操作對組態(tài)畫面的畫面進行相同的操作，如圖所示。 （注：右爪同左爪） 圖圖 9 9 左爪

20、的動態(tài)屬性設(shè)置設(shè)置左爪的動態(tài)屬性設(shè)置設(shè)置 圖圖 1010 物體的動態(tài)屬性設(shè)置設(shè)置物體的動態(tài)屬性設(shè)置設(shè)置 圖圖 1111 啟動、停止屬性啟動、停止屬性設(shè)置設(shè)置 圖圖 1212 最初的上最初的上升、下降標(biāo)志設(shè)置升、下降標(biāo)志設(shè)置 圖圖 1313 左移左移、右移標(biāo)志設(shè)置、右移標(biāo)志設(shè)置 圖圖 1414 最后的上最后的上升、下降標(biāo)志設(shè)置升、下降標(biāo)志設(shè)置 3 3. .3 3 組態(tài)畫面組態(tài)畫面實時數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建實時數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建 在制作動畫時，要先寫好實時數(shù)據(jù)庫，如圖所示，單擊新增對象，就可新增數(shù)據(jù)變量了。 下圖為機械手實時數(shù)據(jù)庫。 圖圖 1515 數(shù)據(jù)庫變量數(shù)據(jù)庫變量圖圖 3 3. .4 4 組態(tài)畫面組態(tài)畫面動態(tài)效

21、果動態(tài)效果/ /腳本程序腳本程序 進入運行策略，點擊循環(huán)策略，進入策略組態(tài)，如下圖。 圖圖 1616 運行策略運行策略圖圖 圖圖 1616 策略組態(tài)策略組態(tài)圖圖 在空白處右鍵點擊，選擇新建策略行，如下圖。 圖圖 1717 策略運行策略運行圖圖 再在空白處右鍵點擊，選擇策略工具箱，如下圖。 圖圖 1818 策略工具箱策略工具箱圖圖 在策略工具箱中點中腳本程序拖到方框中，如下圖。 圖圖 1919 腳本程序創(chuàng)建腳本程序創(chuàng)建圖圖 雙擊腳本程序就可以編寫腳本程序了，如下圖所寫。 圖圖 2020 腳本程序?qū)懭肽_本程序?qū)懭雸D圖 第四章第四章 機械手組態(tài)畫面的監(jiān)控與機械手組態(tài)畫面的監(jiān)控與 plcplc 連接連

22、接 設(shè)備窗口組態(tài), 設(shè)備窗口是 mcgs 系統(tǒng)的重要組成部分, 負(fù)責(zé)建立系統(tǒng)與外部硬件設(shè)備的連 接, 使得 mcgs 能從外部設(shè)備讀取數(shù)據(jù)并控制外部設(shè)備的工作狀態(tài), 實現(xiàn)對工業(yè)過程的實時監(jiān)控。 在“設(shè)備工具箱”中選擇“歐姆龍 hostlink”, 進行設(shè)備窗口屬性設(shè)置。在“設(shè)備調(diào)試”選項 卡中,“通訊狀態(tài)標(biāo)志”欄中, 若顯示“0”則表示通訊正常, 若顯示“- 1”則表示通訊不正常。 如下圖新增“設(shè)備 0-串口通訊父設(shè)備”和“設(shè)備 1-歐姆龍 hostlink”后，進行設(shè)置。 4.14.1 通訊設(shè)備選型通訊設(shè)備選型 在設(shè)備窗口中設(shè)置參數(shù)和通訊連接，如下圖所示。 圖圖2121 設(shè)備窗口設(shè)備窗口圖圖

23、 右鍵單擊，選中設(shè)備工具箱，點擊設(shè)備管理，在設(shè)備管理選擇要通訊的設(shè)備型號，如下圖所示。 圖圖2222 設(shè)備管理設(shè)備選擇設(shè)備管理設(shè)備選擇圖圖 4.24.2 通訊設(shè)備屬性設(shè)置通訊設(shè)備屬性設(shè)置 選擇好要通訊的設(shè)備的設(shè)備后，雙擊進入進行屬性設(shè)置，如下圖。 圖圖2323 設(shè)備屬性設(shè)置設(shè)備屬性設(shè)置圖圖 4.34.3 通訊設(shè)備端口連接通訊設(shè)備端口連接 在通道連接中點擊快速連接，把與plc要連接的i/o點創(chuàng)建好，如下圖所示。 圖圖2424 通道連接設(shè)置通道連接設(shè)置圖圖 4.44.4 通訊連接測試通訊連接測試 創(chuàng)建好后在設(shè)備調(diào)試中看是否通訊連接正常（注：0通訊連接正常，1通訊連接 失?。?，如下圖所示。 圖圖2

24、525 通訊連接測試通訊連接測試圖圖 第五章第五章 機械手組態(tài)畫面運行結(jié)果機械手組態(tài)畫面運行結(jié)果 現(xiàn)場機械手運行動作現(xiàn)場機械手運行動作組態(tài)畫面機械手運行動作組態(tài)畫面機械手運行動作 機械手啟動、停止控制可由組態(tài)設(shè)置的開關(guān)來控制。 當(dāng)機械手伸臂時畫面顯示機械手不動。 當(dāng)機械手下移抓取物體時畫面顯示機械手抓取物體動作。 當(dāng)機械手上移時畫面顯示機械手上移。 當(dāng)機械手縮臂時畫面顯示機械手不動。 當(dāng)機械手右移時畫面顯示機械手右移。 當(dāng)機械手伸臂時畫面顯示機械手不動。 當(dāng)機械手下移放開物體時畫面顯示機械手下移放開物體。 當(dāng)機械手復(fù)位從新開始時畫面顯示機械手復(fù)位從新開始。 當(dāng)機械手發(fā)生故障時畫面顯示機械手那部

25、位出現(xiàn)故障。 結(jié)論結(jié)論 組態(tài)技術(shù)在機械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用使得對機械手運行情況能進行有效、實時、便捷的監(jiān) 控。本文的創(chuàng)新點包括：首先，基于組態(tài)技術(shù)的機械手控制既保證了生產(chǎn)的安全性和高效性， 同時還減輕了工作人員的勞動強度。其次，由于選用的組態(tài)軟件具有良好的擴展性和與設(shè)備無 關(guān)性，在工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備和控制要求進行更改時，能快速的完成控制系統(tǒng)的修改。最后，基于組 態(tài)技術(shù)的機械手控制系統(tǒng)還充分發(fā)揮了兩級分布式系統(tǒng)的優(yōu)勢。上位機具有便捷的計算、圖形、 控制和操作能力，強大的數(shù)據(jù)管理能力。下位機可編程控制器具有優(yōu)良的控制驅(qū)動能力、健壯 的工業(yè)現(xiàn)場適應(yīng)性和對實時事件的及時處理能力。 本文利用mcgs工程組態(tài)軟件使靜止的機械手動態(tài)化, 特別是通過編寫腳本程序?qū)崿F(xiàn)了對機 械手的定時控制, 建立了實時監(jiān)控系統(tǒng), 使機械手控制更加直觀, 人機界面友好, 大大提高工 作者的工作效率。 參考文獻參考文獻