基于組態(tài)軟件機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的研究

1、價(jià)值工程0引言機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu) 、 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)三大部 分組成 。 手部是用來(lái)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu), 使手部完 成各種轉(zhuǎn)動(dòng) (擺動(dòng) 、 移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作, 改變被抓持物件的位置和姿勢(shì) 。 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降 、 伸縮 、 旋 轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式, 稱為機(jī)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(gè)自由度 。 自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù) 。 自由度越多, 機(jī)械手的靈活性越大, 通用性越廣, 其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜 。 一般

2、專用機(jī)械手有 23個(gè) 自由度 。 控制系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控 制, 來(lái)完成特定動(dòng)作 。 同時(shí)接收傳感器反饋的信息, 形成穩(wěn) 定的閉環(huán)控制 。 控制系統(tǒng)的核心通常是由 PLC 、 單片機(jī) 、 FPGA 或 DSP 等微控制芯片構(gòu)成, 通過(guò)對(duì)其編程實(shí)現(xiàn)所要 功能 。組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)是一個(gè)約定俗成的概念, 并沒(méi)有明確的 定義, 它可以理解為 “ 組態(tài)式監(jiān)控軟件 ” 。 “ 組態(tài) (Configure ” 的含義是 “ 配置 ” 、 “ 設(shè)定 ” 、 “ 設(shè)置 ” 等意思, 是指用戶通過(guò)類 似 “ 搭積木 ” 的簡(jiǎn)單方式來(lái)完成自己所需要的軟件功能, 而 不需要編寫(xiě)計(jì)算機(jī)程序, 也就是所謂

3、的 “ 組態(tài) ” 。 它有時(shí)候 也稱為 “ 二次開(kāi)發(fā) ” , 組態(tài)軟件就稱為 “ 二次開(kāi)發(fā)平臺(tái) ” 。 “ 監(jiān) 控 (Supervisory Control ” , 即 “ 監(jiān)視和控制 ” , 是指通過(guò)計(jì)算 機(jī)信號(hào)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備或過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視 、 控制和管理 。1組態(tài)軟件組態(tài)軟件是有專業(yè)性的 。 一種組態(tài)軟件只能適合某種 領(lǐng)域的應(yīng)用 。 組態(tài)的概念最早出現(xiàn)在工業(yè)計(jì)算機(jī)控制中, 如:DCS (集散控制系統(tǒng) 組態(tài) 、 PLC (可編程控制器 梯形圖 組態(tài); 人機(jī)界面生成軟件就叫工控組態(tài)軟件 。 在其他行業(yè) 也有組態(tài)的概念, 如 AutoCAD , PhotoShop 等 。 不同之處在 于, 工業(yè)控

4、制中形成的組態(tài)結(jié)果是用在實(shí)時(shí)監(jiān)控的 。 從表 面上看,組態(tài)工具的運(yùn)行程序就是執(zhí)行自己特定的任務(wù) 。 工控組態(tài)軟件也提供了編程手段,一般都是內(nèi)置編譯系 統(tǒng), 提供類 BASIC 語(yǔ)言, 有的支持 VB , 現(xiàn)在有的組態(tài)軟件 甚至支持 C#高級(jí)語(yǔ)言 。 支持各種主流工控設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)通 信協(xié)議, 并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能 。 對(duì)應(yīng) 于原有的 HMI (人機(jī)接口軟件, Human Machine Interface 的 概念,組態(tài)軟件還是一個(gè)使用戶能快速建立自己的 HMI 的軟件工具或開(kāi)發(fā)環(huán)境 。MCGS 生成的用戶應(yīng)用系統(tǒng), 其結(jié)構(gòu)由主控 、 設(shè)備 、 用 戶 、 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和運(yùn)行策略五

5、個(gè)部分組成, 如圖 1所示 。MCGS 的 主 要 特性和功能: 強(qiáng)大的界面 基金項(xiàng)目 :廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院重點(diǎn)科研項(xiàng)目 (圖形監(jiān)控機(jī)械手教學(xué)平臺(tái) 。 作者簡(jiǎn)介 :黃進(jìn)財(cái) (1979- , 男, 福建泉州人, 本科, 工程碩士, 廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院工程師; 廖 建飛 (1979- , 女, 江西峽江人, 本科, 工程碩士, 廣東 科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)工程技術(shù)學(xué)院講師; 王紅梅 (1966- , 女, 吉林洮南人, 本科, 工程碩士, 廣東科學(xué) 技術(shù)職業(yè)學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院高級(jí)工程師 ?；诮M態(tài)軟件機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的研究Research of Manipulator Co

6、ntrol System Based on Configuration Software黃進(jìn)財(cái) HUANG Jin-cai ; 廖建飛 LIAO Jian-fei ; 王紅梅 WANG Hong-mei(廣東科學(xué)技術(shù)職業(yè)學(xué)院, 珠海 519090(Guangdong Institute of Science and Technology , Zhuhai 519090, China 摘要 :研究了組態(tài)軟件在機(jī)械手圖形監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用, 通過(guò) PLC 實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的自動(dòng)控制系統(tǒng) 。 基于組態(tài)軟件設(shè)計(jì)出圖形監(jiān)控人機(jī)界面, 實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫(huà)連接, 機(jī)械手的監(jiān)控 。 通過(guò)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的動(dòng)作過(guò)程圖形動(dòng)畫(huà)

7、演示, 使機(jī)械手的動(dòng)作形象化 。 提供較為直觀 、 清晰 、 準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài), 充分提高系統(tǒng)的工作效率 。Abstract:This paper studies the application of configuration software in the manipulator graphic monitoring system, achieves the automatic control system of robot through the PLC. Based on configuration software, the paper designs graph monitor

8、ing human-machine interface to achieve the graphicanimation, connect, control manipulator. The mechanical hand movements process graphic animation are achieved through the configuration software, the mechanical manipulator's movement are of visualization. The paper provides the manipulator opera

9、tion more intuitive, clear, accurate, and fully enhance the efficiency of the system.關(guān)鍵詞 :機(jī)械手; PLC ; 監(jiān)控; 組態(tài)技術(shù) Key words:manipulator ; PLC ; monitoring ; configuration technology 中圖分類號(hào) :TP241文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1006-4311(2014 20-0188-02圖 1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖MCGS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 主控 運(yùn)行策略用戶 設(shè)備 參考文獻(xiàn) :1岳香 . 高校人員績(jī)效管理現(xiàn)狀思考 J.安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 20

10、09(1:50-51.2梁程妙 . 高校教師績(jī)效考核體系存在的問(wèn)題及對(duì)策 J.大眾 科技 ,2005(3:85-86.3程浩 , 黃文昌 . 高校管理人員績(jī)效考評(píng)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn) 題 J.集團(tuán)經(jīng)濟(jì)研究 ,2005(5:129.4杜映梅 . 績(jī)效管理 M.北京 :對(duì)外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)出版社, 2003.5方蘭 . 高校教師管理中的績(jī)效管理 J.湖南冶金職業(yè)技術(shù)學(xué) 院學(xué)報(bào) ,2006(1:55-57.6孫軍昌 . 高校后勤的績(jī)效管理研究 D.北京交通大學(xué) ,2009. 7王玉梅 . 對(duì)于績(jī)效管理理念的幾點(diǎn)思考 J.科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與 經(jīng)濟(jì) ,2005(23:223-224.·188·V

11、alue Engineering顯示組態(tài)功能 。 良好的開(kāi)放性 。 豐富的功能模塊 。 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù) 、 可編程的命令語(yǔ)言 、 仿真功能 。 周密的系 統(tǒng)安全防范, 對(duì)不同的操作者, 賦予不同的操作權(quán)眼, 保證 整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行 。2機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)本設(shè)計(jì)使用的是機(jī)械手教學(xué)模型 。 機(jī)械手教學(xué)模型的 機(jī)械結(jié)構(gòu)采用螺桿 、 螺母 、 滑桿 、 氣缸 、 氣爪等部件組成; 電 控方面有三菱 FX-2NC 型 PLC 直流電機(jī) 、 傳感器 、 開(kāi)關(guān)電 源 、 電磁閥等器件組成 。機(jī)械手的全部動(dòng)作由步進(jìn)電機(jī)和直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng) 控制 。 機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2所示 。 步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)需 要驅(qū)動(dòng)器,

12、 有脈沖輸入時(shí)步進(jìn)電機(jī)才會(huì)動(dòng)作, 且每當(dāng)脈沖 由低變高時(shí)步進(jìn)電機(jī)走一步; 改變電機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí), 需要加方 向信號(hào) 。 機(jī)械手的上升 /下降 、 右移 /左移動(dòng)作就是通過(guò)控制 這兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。 基座正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)和氣 夾正轉(zhuǎn) /反轉(zhuǎn)是通過(guò)兩個(gè)繼電器的吸合與斷開(kāi)來(lái)控制直流 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。 機(jī)械手的放松 /夾緊由一個(gè)單線 圈兩位置電磁閥控制 。 當(dāng)該線圈通電時(shí), 機(jī)械手放松; 該線 圈斷電時(shí), 機(jī)械手夾緊 。 機(jī)械手的動(dòng)作示意圖如圖 3所示 。 3機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng), 機(jī)械手可 以上升下降 、 伸縮移動(dòng); 利用限位開(kāi)關(guān)控制機(jī)械手啟停;

13、 機(jī) 械手從原點(diǎn)開(kāi)始, 按以下啟動(dòng)開(kāi)關(guān):原點(diǎn) 啟動(dòng) 下降 (下 降到限位 氣爪抓起工件 上升 (上升到限位 伸出 (伸出到右限位 下降(下降到限位 氣爪放下工件 上升 (上升到限位 縮回 (縮回到左限位 。 在運(yùn)行過(guò)程 中, 任何時(shí)候都可以利用急停按鈕, 停止動(dòng)作 。利用機(jī)械手上升下降 、 伸縮移動(dòng)碰到的限位開(kāi)關(guān)作為 控制系統(tǒng)輸入信號(hào) 。 控制系統(tǒng)設(shè)置啟動(dòng)開(kāi)關(guān)和急停開(kāi)關(guān)來(lái) 控制系統(tǒng)的啟動(dòng)和停止 。 MCGS 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)機(jī)械手圖形 畫(huà)面, 通過(guò)圖形動(dòng)畫(huà)連接和腳本程序 。 與 FX-2NC 型 PLC 聯(lián)調(diào)試, 使控制系統(tǒng)達(dá)到 MCGS 組態(tài)軟件系統(tǒng)中圖形監(jiān)控 機(jī)械手的運(yùn)動(dòng) 。 同時(shí)可以用可編程

14、控制器 (PLC 程序控制 MCGS 組態(tài)圖形畫(huà)面的要求, 如圖 4所示 。 用可編程控制器 (PLC 編寫(xiě)程序控制組態(tài)圖形畫(huà) 面中變量的變化 。 用可編程控制器 (PLC 輸入信號(hào)控制 組態(tài)圖形畫(huà)面, 也可用 MCGS 組態(tài)中各軟按鈕控制可編程 控制器 (PLC 程序的運(yùn)行和 MCGS 組態(tài)運(yùn)行 。用可編程控制器 (PLC 與 PC 機(jī)連接通信, 將可編程控 制器 (PLC 通過(guò)編程口與 PC 機(jī)串口連接通信 。 選擇設(shè)備窗口 設(shè)備組態(tài) 工具條 ” 中單擊 “ 工具箱 ” 彈出 “” 單擊“ 設(shè)備管理 ” 彈出 “ 設(shè)備管理 ” “ 可選設(shè)備 ” 中雙擊 “ 通用 設(shè)備 ” “ 串口通訊父設(shè)

15、備 ” 雙擊 “ 串口通訊父設(shè)備 ” 雙擊 或單擊 “ 增加 ” 按鈕, 加到右面已選設(shè)備 雙擊 “ PLC 設(shè)備 ” 找到 “ 三菱 ” 雙擊 雙擊 “ FX2NC ” 選中 “ 三菱 FX2NC ” 雙擊或單擊 “ 增加 ” 按鈕, 加到右面已選設(shè)備即可 。在 MCGS 組態(tài)王瀏覽器的工程目錄區(qū), 點(diǎn)擊 “ 設(shè)備窗 口 設(shè)備組態(tài) 工具條 工具箱 設(shè)備工具箱 設(shè)備管 理 通用設(shè)備 串口通訊父設(shè)備 設(shè)備屬性設(shè)置 ” 對(duì)話框 進(jìn)行可編程控制器 (PLC 與上位 PC 機(jī)所連串口 (COM 口 參數(shù)設(shè)置 。 可編程控制器 (PLC 的通信參數(shù)與 MCGS 組態(tài)王設(shè)置應(yīng)一致, 同時(shí) MCGS 組態(tài)王

16、系統(tǒng)的 COM1口設(shè) 置要與可編程控制器 (PLC 一致 。 可編程控制器 (PLC 采 用默認(rèn)的通信參數(shù)如下:波特率為 9600bps , 數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度 為 7位, 停止位長(zhǎng)度為 1位, 奇偶校驗(yàn)位為偶校驗(yàn) 。數(shù)據(jù)庫(kù)是 MCGS 組態(tài)王軟件的核心部分 。 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn) 狀況要以圖形動(dòng)畫(huà)的形式反映在顯示屏幕上,操作者在 PC 機(jī)前發(fā)布的指令也要迅速送達(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng), 所有這一切 都是以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為中介環(huán)節(jié),所以說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)是聯(lián)系上 位機(jī)和下位機(jī)的橋梁 。 選擇工程瀏覽器左側(cè)大綱項(xiàng) “ 數(shù)據(jù) 庫(kù) 數(shù)據(jù)詞典 ” ,在工程瀏覽器右側(cè)用鼠標(biāo)左鍵雙擊 “ 新 建 ” 圖標(biāo), 彈出 “ 變量屬性 ” 對(duì)話框, 創(chuàng)建機(jī)械

17、手控制系統(tǒng) 各個(gè)變量數(shù)據(jù) 。 這些變量與可編程控制器 (PLC 內(nèi)部變量 一一對(duì)應(yīng), 可編程控制器 (PLC 的輸入輸出完全由 MCGS 組態(tài)王內(nèi)部變量代替 。 這樣, 可編程控制器 (PLC 的實(shí)際 輸入輸出狀態(tài)都反映在組態(tài)監(jiān)控界面上,借助可編程控 制器 (PLC 的 CPU 通信功能, 系統(tǒng)的運(yùn)行就可以實(shí)現(xiàn)真 正的仿真 。4結(jié)論基于組態(tài)軟件機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的研究中,以最少的人 員配置來(lái)加強(qiáng)對(duì)機(jī)械手的管理,這使得機(jī)械手更靈活, 動(dòng) 作更準(zhǔn)確, 易維護(hù), 生產(chǎn)效率大大提高; MCGS 組態(tài)軟件開(kāi) 發(fā), 操作界面更好 、 自動(dòng)化程度大大提高 、 監(jiān)控可靠性 。 基 于組態(tài)軟件機(jī)械手監(jiān)控系統(tǒng)的研究, 對(duì)改進(jìn)可編程控制器 (PLC 教學(xué)和改造傳統(tǒng)機(jī)械手系統(tǒng)都具有重要意義 。參考文獻(xiàn) :1北京昆侖通態(tài)自動(dòng)化軟件科技有限公司 .