運用組態(tài)王軟件操作機械手

1、 裝 訂 線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 摘要 在當今社會，科學技術(shù)發(fā)展迅猛，而組態(tài)軟件在工控自動化領(lǐng)域發(fā)展中也得到很快的提高。由于工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機的廣泛運用，人們對工業(yè)自動化的要求也越來越高。而組態(tài)軟件又有延續(xù)性和可擴充性，易學易用性和通用性，使得組態(tài)軟件得到長足的發(fā)展。 本設計是運用組態(tài)王軟件來完成機械手的模擬操作，不僅能夠?qū)C械手進行監(jiān)控，而且能夠進行模擬控制。我們通過模擬機械手畫圖，做變量，編寫程序，來實現(xiàn)機械手的模擬操作。其中運用動畫的效果去模擬機械手的運作，降低了學習的難度，而且可以很大程度上吸收經(jīng)驗，掌握知識。 關(guān)鍵詞組態(tài)王，模擬控

2、制，機械手共 18 頁 第 1 頁 裝 訂 線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 Abstract In today's society, the rapid development of science and technology, and configuration software in the field of industrial automation has also been improved. Soon With the industrial automation level of increasing quickly, the comput

3、er is widely used, the people to the requirements of industrial automation more and more is also high. And the configuration software and continuity and scalability, easy to use and versatility, make configuration software get considerable development. This design is to use kingview to complete the

4、simulation of the manipulator, can not only was subjected to operate, and be able to monitor simulate control. We through the simulation manipulator drawing, do variables, program, to realize the simulation of the manipulator operation. The application of animation to simulate the effect of the mani

5、pulator operation, and to reduce the learning difficulties, but also can largely absorbing experience, master knowledge. Key WordsConfiguration king, simulation control, manipulator共 18 頁 第 2 頁裝訂線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 目錄 摘要.1 Abstract.2 第一章 引言.4 1.1組態(tài)軟件的架構(gòu)劃分.4 1.2其中必備的典型組建.5 1.3組態(tài)王軟件的特點.6 第

6、二章 機械手的概述.7 2.1機械手簡介.7 2.2機械手的組成.7 2.3機械手的分類.8 第三章 機械手的總體設計.9 3.1課程設計目的.9 3.2主要任務.9 3.3課程設計的主要內(nèi)容.9 第四章 機械手的設計過程.10 4.1數(shù)據(jù)變量的建立.10 4.2系統(tǒng)程序的編制.11 4.3動畫連接.12 4.4機械手的運行.15 結(jié)論.16 致謝.17 參考文獻.18共 18 頁 第 3 頁裝訂線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 第一章 引言 在當今社會，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，在工控自動化領(lǐng)域中，人們對自動化的要求越來越高，組態(tài)軟件的發(fā)展也是

7、非常迅速的。 組態(tài)軟件，又稱為組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應用領(lǐng)域很廣，可以應用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱運動系統(tǒng)。 對于組態(tài)軟件，它的結(jié)構(gòu)劃分有多種標準，這里是以使用軟件的工作階段和軟件體系的成員構(gòu)成兩種標準討論其體系結(jié)構(gòu)： 1.1 組態(tài)軟件的結(jié)構(gòu)劃分 (1)以使用軟件的工作階段劃分 也可以說是按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分，從總體上講，組態(tài)

8、軟件是由兩大部分構(gòu)成的，系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境：是自動化工程設計工程師為實施其控制方案，在組態(tài)軟件的支持下進行應用程序的系統(tǒng)生成工作所必須依賴的工作環(huán)境。通過建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標應用系統(tǒng),供系統(tǒng)運行環(huán)境運行時使用。 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境由若干個組態(tài)程序組成，如圖形界面組態(tài)程序、實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)程序等。系統(tǒng)運行環(huán)境：在系統(tǒng)運行環(huán)境下，目標應用程序被裝入計算機內(nèi)存并投入實時運行。系統(tǒng)運行環(huán)境由若干個運行程序組成，如圖形界面運行程序、實時數(shù)據(jù)庫運行程序等。 組態(tài)軟件支持在線組態(tài)技術(shù)，即在不退出系統(tǒng)運行環(huán)境的情況下可以直接進入組態(tài)環(huán)境并修改組態(tài)，使修改后的組態(tài)直接生效。自動化工程設計工程師最先接觸的

9、一定是系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，通過一定工作量的系統(tǒng)組態(tài)和調(diào)試，最終將目標應用程序在系統(tǒng)運行環(huán)境投入實時運行，完成一個工程項目。(2)按照成員構(gòu)成劃分組態(tài)軟件因為其功能強大，而每個功能相對來說又具有一定的獨立性，因此其組成形式是一個集成軟件平臺，由若干程序組件構(gòu)成。共 18 頁 第 4 頁裝訂線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 1.2 其中必備的典型組件 (1)應用程序管理器 應用程序管理器是提供應用程序的搜索、備份、解壓縮、建立新應用等功能的專用管理工具。在自動化工程設計工程師應用組態(tài)軟件進行工程設計時，經(jīng)常會遇到下面一些煩惱：經(jīng)常要進行組態(tài)數(shù)據(jù)的備份；經(jīng)常需要引用以往成功應

10、用項目中的部分組態(tài)成果（如畫面）；經(jīng)常需要迅速了解計算機中保存了哪些應用項目。雖然這些要求可以用手工方式實現(xiàn)，但效率低下，極易出錯。有了應用程序管理器的支持，這些操作將變得非常簡單。 (2)圖形界面開發(fā)程序 是自動化工程設計工程師為實施其控制方案，在圖形編輯工具的支持下進行圖形系統(tǒng)生成工作所依賴的開發(fā)環(huán)境。通過建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標應用系統(tǒng),供圖形運行環(huán)境運行時使用。 (3)圖形界面運行程序 在系統(tǒng)運行環(huán)境下，圖形目標應用系統(tǒng)被圖形界面運行程序裝入計算機內(nèi)存并投入實時運行。 (4)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)程序 有的組態(tài)軟件只在圖形開發(fā)環(huán)境中增加了簡單的數(shù)據(jù)管理功能，因而不具備完整

11、的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目前比較先進的組態(tài)軟件（如力控等）都有獨立的實時數(shù)據(jù)庫組件，以提高系統(tǒng)的實時性，增強處理能力。實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)程序是建立實時數(shù)據(jù)庫的組態(tài)工具，可以定義實時數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)連接、數(shù)據(jù)類型及相關(guān)的各種參數(shù)。 (5)實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行程序 在系統(tǒng)運行環(huán)境下，目標實時數(shù)據(jù)庫及其應用系統(tǒng)被實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行程序裝入計算機內(nèi)存并執(zhí)行預定的各種數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)處理任務。歷史數(shù)據(jù)的查詢、檢索、報警的管理都是在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運行程序中完成的。(6)I/O驅(qū)動程序是組態(tài)軟件中必不可少的組成部分，用于和I/O設備通訊，互相交換數(shù)據(jù)，DDE和OPC Client是兩個通用的標準I/O驅(qū)動

12、程序，用來和支持DDE標準和OPC標準的共 18 頁 第 5 頁 裝 訂 線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 I/O設備通訊。多數(shù)組態(tài)軟件的DDE驅(qū)動程序被整合在實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或圖形系統(tǒng)中，而OPC Client則多數(shù)單獨存在。 1.3 組態(tài)王軟件的特點 (1)豐富的I/O。將組態(tài)王和驅(qū)動程序整合在一起，通用性強，含有多種IO驅(qū)動程序，能與較多的PLC通信，并且通信可靠。 (2)報警和事件系統(tǒng)。組態(tài)王報警系統(tǒng)具有方便、靈活、可靠、易于擴展的特點。組態(tài)王分布式報警管理提供多種報警管理功能。包括：基于事件的報警、報警分組管理、報警優(yōu)先級、報警過濾、新增死區(qū)和延時概念等功

13、能，以及通過網(wǎng)絡的遠程報警管理。組態(tài)王還可以記錄應用程序事件和操作員操作信息。報警和事件具有多種輸出方式：文件、數(shù)據(jù)庫、打印機和報警窗，并且可以利用控件等工具輕松瀏覽和打印報警數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。 (3)安全系統(tǒng)。組態(tài)王采用分級和分區(qū)保護的雙重保護策略，對新增用戶組和安全區(qū)管理、999個不同級別的權(quán)限和64個安全區(qū)形成雙重保護，另外組態(tài)王能記錄程序運行中操作員的所有操作。共 18 頁 第 6 頁裝訂線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 第二章 機械手的概述2.1 機械手簡介 機械手現(xiàn)在已經(jīng)應用于各行各業(yè)中，無論是在工地，港口還是各種各樣的生產(chǎn)過程中，都涉及到機械手的操作。它

14、是一種能模仿人手和臂的某些動作功能，用以按固定程序抓取、搬運物件或操作工具的自動操作裝置。機械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機器人，它可代替人的繁重勞動以實現(xiàn)生產(chǎn)的機械化和自動化，能在有害環(huán)境下操作以保護人身安全，因而廣泛應用于機械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。2.2 機械手的組成機械手主要由手部、運動機構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部分組成。手部是用來抓持工件（或工具）的部件，根據(jù)被抓持物件的形狀、尺寸、重量、材料和作業(yè)要求而有多種結(jié)構(gòu)形式，如夾持型、托持型和吸附型等。運動機構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動（擺動）、移動或復合運動來實現(xiàn)規(guī)定的動作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運動機構(gòu)的升降、共

15、 18 頁 第 7 頁 裝 訂 線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨立運動方式，稱為機械手的自由度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個自由度。自由度是機 械手設計的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復雜。一般專用機械手有23個自由度。控制系統(tǒng)是通過對機械手每個自由度的電機的控制，來完成特定動作。同時接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實現(xiàn)所要功能。 2.3 機械手的分類 在現(xiàn)有的各行各業(yè)中，機械手的種類繁多，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動

16、式、電動式、機械式機械手；按適用范圍可分為專用機械手和通用機械手兩種；按運動軌跡控制方式可分為點位控制和連續(xù)軌跡控制機械手等。機械手通常用作機床或其他機器的附加裝置，如在自動機床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨立的控制裝置。有些操作裝置需要由人直接操縱，如用于原子能部門操持危險物品的主從式操作手也常稱為機械手。機械手在鍛造工業(yè)中的應用能進一步發(fā)展鍛造設備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。機械手首先是從美國開始研制的。1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺機械手。共 18 頁 第 8 頁裝訂線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 第三章 機

17、械手的總體設計 3.1 課程設計目的 1.熟悉并熟練掌握組態(tài)王軟件的功能和特點； 2.掌握組態(tài)王軟件的系統(tǒng)構(gòu)成； 3.通過組態(tài)王軟件的使用，進一步掌握了解機械手的工作原理； 4.培養(yǎng)自主查找資料，收索信息的能力； 5.培養(yǎng)實踐動手能力與合作精神。 3.2 主要任務 1.了解機械手的控制要求。 2.確定系統(tǒng)的控制方案。 3.利用組態(tài)軟件編制監(jiān)控系統(tǒng)圖形畫面。 4.件事實時數(shù)據(jù)庫，畫面的圖形對象與數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)變量之間的關(guān)系。 5.編制程序?qū)崿F(xiàn)對機械手以及物品的控制和監(jiān)視。 6.對本次課程設計進行總結(jié)，撰寫課程設計報告。 3.3 課程設計的主要內(nèi)容 1.熟悉所用組態(tài)軟件的操作。 2.查看有關(guān)參考書籍

18、，查閱相關(guān)文獻資料，獨立設計基于組態(tài)軟件的機械手的控制方案。3.根據(jù)實際系統(tǒng)的要求，進行簡單的畫面設計與編輯，簡單控制程序的編寫，設定動畫連接等功能。4.進行程序的運行，調(diào)試與改進。共 18 頁 第 9 頁裝訂線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 第四章 機械手的設計過程 4.1數(shù)據(jù)變量的建立 數(shù)據(jù)變量是構(gòu)成實時數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實時數(shù)據(jù)庫的過程也即定義數(shù)據(jù)變量的過程。定義數(shù)據(jù)變量的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量名稱、類型、初始值和數(shù)值范圍，確定與數(shù)據(jù)變量存盤相關(guān)的參數(shù)，如存盤的周期、存盤的時間范圍和保存期限等。數(shù)據(jù)對象有IO開關(guān)型、IO數(shù)值型、IO字符型、內(nèi)存開關(guān)型

19、等8種類型。不同類型的數(shù)據(jù)對象，屬性不同，用途也不同。建立工程如圖4-1所示4-1 建立工程共 18 頁 第 10 頁 裝 訂 線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 本設計的數(shù)據(jù)變量定義如圖4-2 4-2 數(shù)據(jù)詞典的定義 4.2 系統(tǒng)程序的編制 通過定義的數(shù)據(jù)詞典，編制機械手運行的程序，系統(tǒng)的部分程序如圖4-2共 18 頁 第 11 頁 裝 訂 線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 4-2 系統(tǒng)的部分程序 4.3 動畫連接 由圖形對象搭制而成的圖形界面是靜止不動的，需要對這些圖形對象進行動畫設計，真實地描述外界對象的狀態(tài)變化，達到過程實時監(jiān)控

20、的目的。組態(tài)王實現(xiàn)圖形動畫設計的主要方法是將用戶窗口中的圖形對象與實時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)對象建立相關(guān)性連接，并設置相應的動畫屬性。動畫效果右移，上移，下移，左移如圖4-3所示共 18 頁 第 12 頁 裝 訂 線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙共 18 頁 第 13 頁裝訂線吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙4-3 動畫效果圖共 18 頁 第 14 頁 裝 訂 線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 4.4 機械手的運行 通過以上的數(shù)據(jù)詞典的定義，程序的編制以及的動畫的連接，可以實現(xiàn)機械手的正常運行。如圖4-4所示 原始位下降上升右移 左移上升 下降 4-4 機械手運行圖共 18 頁 第 15 頁 裝 訂 線 吉林建工學院城建學院電氣信息工程系自動化專業(yè)課程設計論文紙 結(jié)論 本設計實現(xiàn)了設計要求，通過組態(tài)王軟件來實現(xiàn)機械手的運作。在本次的設計的過程中，通過定義數(shù)據(jù)詞典，機械手的程序編制以及機械手的動畫連接，完整的實現(xiàn)了機械手正常運行的目的，并且在設計當中結(jié)合自己的思路和自己所想象的動畫設計，來完成設計運