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1、陕西国防工业职业技术学院 SHAANXI INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕业设计说明书题 目 基于组态软件MCGS的机械手自动分拣监控系统仿真专 业 机电一体化技术 班 级 机电3083班 姓 名 学 号 18# 指导教师 二一年十二月陕西国防工业职业技术学院2011届毕业设计（论文）任务书专业：机电一体化技术 班级：机电3083 姓名： 学号：18号设计题目: 基于组态软件MCGS的机械手自动分拣监控系统仿真设计条件：要求利用组态软件MCGS仿真满足控制要求的机械手自动分拣监控系统的运行过程。设计任务： 机械手分拣系统主要由三个机械手和一条传送带组成，三个机械手的功能分别是上
2、料，正品捡拾和次品捡拾，在每个机械手旁边都有料盒，上料机械手按照一定要求将待分拣产品放在传送带上，分拣机械手是按照检测结果将产品分类，分别放入各自身旁的料盒中，传送带按一定速度运转，其上安装三个间隔相同的位置传感器，第一个位置传感器旁装有产品质量传感器，用来判断到来的产品是否合格，第二个和第三个位置传感器分别放置在两个分拣机械手附近，当传感器感应到产品到时可发出信号驱动相应的机械手动作。控制要求如下：1传送带按间歇方式工作，除在上料和产品捡拾时处于停滞状态，其他时间连续运转。2.初始时，传送带停止，上料机械手实现上料操作，完成后启动传送带；当产品运行到位置传感器1时，传送带停止，进行产品质量检
3、测，判断是否合格，同时上料机械手再上料，完成后启动传送带。3.两个产品同时分别到达位置传感器1和位置传感器2，传送带停止，系统判断位置传感器2处的产品是否合格，如合格驱动正品机械手动作，如不合格，正品机械手不动作，等该产品到达位置传感器3时次品机械手动作，位置传感器1处的产品接受质量检测，记录该产品的质量信息，同时上料机械手再进行上料，完成后启动传送带。毕业设计（论文）内容包括： 1）组态监控画面的设计及实时数据库的构建。2）脚本程序的设计思路及流程图。3）脚本软件的编程及设计要求的实现。起止日期：2010年 月 日 2010年 月 日（共 周）指导教师：赵建伟审核（教研室主任）： 批准（系主
4、任）：设计评语：指导教师签字： 年 月 日答 辩：考核组长：总 成 绩：摘 要 MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。 MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点。 组态（Configuration）为模块化任意组合。关键词：MCGS 组态 目 录第一章 绪 论6第二
5、章 机械手分拣系统的功能要求7第三章 机械手分拣系统的总体设计方案83.1 组态画面的设计83.1.1 机械手画面的设计思路83.1.2传送带动画的设计思路103.1.3检传感器动画的设计思路103.2系统的工作流程113.3 控制系统的组成13第四章 设计思路144.1 机械手分拣系统控制流程图144.2 气爪张开控制流程图194.3 实时数据库20第五章 程序设计215.1 正品机械手分拣控制程序215.2 正次品机械动作时，新料水平移动程序265.3 限位开关控制程序28致 谢31参考文献32第一章 绪 论 MCGS(Monitor and Control Generated Syste
6、m)是一套基于Windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点。通用组态软件主要特点有： （1）延续性和可扩充性。当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级； （2）封装性（易学易用）。通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能； （3）通用性，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频
7、器等）的I/O Driver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程。第二章 机械手分拣系统的功能要求1传送带按间歇方式工作，除在上料和产品捡拾时处于停滞状态，其他时间连续运转。2.初始时，传送带停止，上料机械手实现上料操作，完成后启动传送带；当产品运行到位置传感器1时，传送带停止，进行产品质量检测，判断是否合格，同时上料机械手再上料，完成后启动传送带。3.两个产品同时分别到达位置传感器1和位置传感器2，传送带停止，系统判断位置传感器2处的产品是否合格，如合格驱动正品机械手动作，如不合格，正品机械手不动作，等该产
8、品到达位置传感器3时次品机械手动作，位置传感器1处的产品接受质量检测，记录该产品的质量信息，同时上料机械手再进行上料，完成后启动传送带。第三章 机械手分拣系统的总体设计方案3.1 组态画面的设计新建MCGS工程文件，命名为“机械手分拣控制系统”。控制系统的画面是自动运行界面，如下图。图3-1 机械手分拣系统组成结构图 该系统的组成部分多，制作过程较为复杂，按其结构，具体可分为机械手、传送带和质检传感器的制作。3.1.1 机械手画面的设计思路该系统中有三个机械手，虽然每个机械手的功能不同，但在外形上是一致的，其中2#和3#机械手是完全一样的，只要制作出其中一个，另一个在此基础上进行复制即可获得。
9、而1#机械手只需将己完成的机械手图符施加一个左右镜像操作便可得出。因此，需要先出一个机械手图符。机械手的制作包括支架和气爪。机械手的支架如图10-2，机械手气爪的组成如图10-3。 图3-2 机械手的组成部分 图3-3 机械手气爪组成部分 图3-4 伸缩变化的动画连接图 图3-5 升降变化的动画连接图 图3-6 旋转变化的动画连接图3.1.2传送带动画的设计思路 如下图中所示。图3-7 静态画面3.1.3检传感器动画的设计思路质检传感器的制作，绘制2个矩形框和2个圆，将其摆放如图图3-8 检传感器3.2 系统的工作流程机械手分拣系统主要由三个机械手和一条传送带组成，如图1-1所示。三个机械手的
10、功能分别是上料、正品拣拾和次品拣拾，在每个机械手旁边都有料盒。上料机械手按一定要求将待分拣产品放置在传送带上，分拣机械手则是按检查的结果将产品分类，分别放入各自旁边的料盒中。传送带按要求以一定速度运转，其上安装有三个间隔相同的位置传感器，第一个位置传感器旁装有产品质量检测传感器，用来判断到来的产品是否合格；第二个和第三个位置传感器分别放置在两个分拣机械手附近，当该传感器感应到产品到来时可发出信号以驱动相应机械手动作。图3-9 机械手分拣系统组成结构图 选用的机械手均有四自由度气动机械手，即机械手在工作时可以进行升降、伸缩、旋转和气爪的抓放运动，在升降、伸缩和旋转运动的两个终端各安装有一对限位开
11、关，当机械手运动到某方向的极限位置时，相应限位开关会发出“到达”信息， 便可反映出机械手的位置状态，以便其进行下一步的操作。系统中安装有气缸，机械手的动作由气缸驱动。为保证系统的正常运行、停止，分拣系统中具有运行和停止控制功能。每个机械手的受控情况如表1.1所示，传送带的受控情况如图1.2所示。各传感器能够正常工作，反映位置状态信息。同时，手动控制和自动控制之间可以实现合理地切换，避免系统工作出错。表3.1 机械手的受控过程气爪上升命令控制器机械手气爪上升气爪下降命令气爪下降气爪拉伸命令气爪前伸气爪收缩命令气爪回缩气爪正旋命令旋向传送带气爪逆旋命令旋向料盒气爪张命令气爪张开气爪合命令气爪闭合图
12、3.2 传送带的受控过程传送带启动/停止命令控制器传送带启动/停止3.3 控制系统的组成这是一个程序控制系统，如果以计算机为控制器，其控制系统如表3. 3所示。表3.3 机械手分拣控制系统 质量检测传感器计算机上料机械手位置传感器正品分拣机械手位置传感器次品分拣机械手位置传感器传送带由表可以看出，计算机作为控制单元，其输入信号为4个传感器发出的开关量信号以及机械手反馈的状态信息，输出信号则用来控制各个机械手的动作和传送带的运转。这些是实现机械手分拣系统的必要变量，还需一些支持动画效果的数值型数据对象、使用定时器的相关数据以及反映工作阶段的变量等。有关传送带的数据有2个，即“传送带启停”和“传送
13、带旋转”，分别是开关型和数值型，无存盘和报警属性。在实时数据库窗口中，各建一个开关型和数值型对象，将其基本属性设置如图3-10所示，则实现了这两个对象的建立。 图3-10 传送带数据建立第四章 设计思路4.1 机械手分拣系统控制流程图图4-1 上料分拣流程图脚本程序： IF Start=1 THEN 上料杆伸缩增量=上料杆伸缩增量+1 IF 上料杆伸缩增量25 THEN 上料杆伸缩增量=25 上料气爪增量=上料气爪增量+0.5 ENDIF ENDIFIF 上料气爪增量2 THEN 上料气爪增量=2 m=1ENDIFIF m=1 THEN Start=0 上料杆伸缩增量=上料杆伸缩增量-1 IF
14、 上料杆伸缩增量0 THEN 上料杆伸缩增量=0 m=0 n=1 ENDIF 料伸缩增量=料伸缩增量-1 IF 料伸缩增量8 THEN 料旋转增量=8 ENDIF IF 上料杆旋转增量8 THEN 上料杆旋转增量=8 n=0 k=1 ENDIFENDIFIF k=1 THEN 上料杆伸缩增量=上料杆伸缩增量+1 IF 上料杆伸缩增量50 THEN 上料杆伸缩增量=50 上料气爪增量=上料气爪增量-0.5 IF 上料气爪增量25 THEN 料伸缩增量=25 ENDIF m=0ENDIFIF a=1 THEN 传送带旋转增量=传送带旋转增量+2 IF 传送带旋转增量50 THEN 传送带旋转增量=
15、50 检测工件=1 ENDIF 传送带旋转增量0=传送带旋转增量0+1 IF 传送带旋转增量030 THEN 传送带旋转增量0=30 a=0 检测工件=1 endif c=1 传送带启停1=1ENDIFIF i=1 THEN 上料杆伸缩增量=上料杆伸缩增量-1 IF 上料杆伸缩增量0 THEN 上料杆伸缩增量=0 i=0 j=1 ENDIFENDIFIF j=1 THEN 检测工件=1 上料杆旋转增量=上料杆旋转增量-1 IF 上料杆旋转增量0 THEN 上料杆旋转增量=0 j=0 ENDIF ENDIF 4.2 气爪张开控制流程图脚本程序：上料气爪增量=上料气爪增量+0.5 IF 上料气爪增
16、量100 THEN 传送带旋转增量=100 ENDIF IF 传送带旋转增量145 THEN 传送带旋转增量1=45 a1=1 选择完=0 z1=1 Z2=1 ENDIFENDIFIF a1=1 THEN 正品提料=1 正品=0 传送带启停2=1 正品杆旋转增量=正品杆旋转增量+1 旋转 IF 正品杆旋转增量8 THEN 正品杆旋转增量=8 m1=1 a1=0 ENDIF 传送带启停1=0 检测工件=0 传送带启停=1 ENDIF IF m1=1 THEN 正品杆伸缩增量=正品杆伸缩增量+1 下降 传送带启停2=1 IF 正品杆伸缩增量50 THEN 正品杆伸缩增量=50 正品气爪增量=正品气
17、爪增量+0.5 爪 IF 正品气爪增量2 THEN 正品气爪增量=2 m1=0 n1=1 ENDIF ENDIF 传送带启停1=0 检测工件=0 传送带启停=1ENDIFIF n1=1 THEN 正品杆伸缩增量=正品杆伸缩增量-1 升 IF 正品杆伸缩增量0 THEN 正品杆伸缩增量=0 n1=0 j1=1 ENDIF 检测正品杆伸缩增量=检测正品杆伸缩增量-1 品升 IF 检测正品杆伸缩增量-50 THEN 检测正品杆伸缩增量=-50 ENDIF 传送带启停=1 检测工件=0 传送带启停1=0 传送带启停2=1ENDIFIF j1=1 THEN 正品杆旋转增量=正品杆旋转增量-1 IF 正品
18、杆旋转增量0 THEN 旋 正品杆旋转增量=0 j1=0 k1=1 ENDIF 检测正品杆旋转增量 = 检测正品杆旋转增量-1 IF 检测正品杆旋转增量25 THEN 正品杆伸缩增量=25 正品气爪增量=正品气爪增量-0.5 降 IF 正品气爪增量-25 THEN 检测正品杆伸缩增量=-25 ENDIF 传送带启停=1 检测工件=0 传送带启停1=0 传送带启停2=1ENDIF IF i1=1 THEN 传送带启停2=0 正品杆伸缩增量=正品杆伸缩增量-1 传送带启停=1 传送带启停1=0 IF 正品杆伸缩增量50 THEN 传送带旋转增量01=50 检测工件=1 ENDIF 传送带旋转增量0
19、2=传送带旋转增量02+2 工件 IF 传送带旋转增量0230 THEN 传送带旋转增量02=30 传送带旋转增量1=0 endif 传送带启停2=0endifIF ( i=1 OR j=1 ) AND ( 传送带旋转增量270 OR 传送带旋转增量324 ) THEN 当正次机械手动作时，新料在带上的水平运动 传送带启停4=1 传送带旋转增量01=传送带旋转增量01+2 IF 传送带旋转增量0150 THEN 传送带旋转增量01=50 检测工件=1 ENDIF 传送带旋转增量022=传送带旋转增量022+2 IF 传送带旋转增量02230 THEN 传送带旋转增量022=30 endif 传
20、送带启停2=0endifIF 传送带旋转增量0229 THEN 显示 检测工件=1endifIF 传送带旋转增量2165 AND 传送带旋转增量2195 THEN 传送带旋转增量=传送带旋转增量+1 传送带轮旋转endif5.3 限位开关控制程序IF 上料杆伸缩增量=0 THEN 上料升限位开关=1 上料降限位开关=0ENDIFIF 上料杆伸缩增量=25 OR 上料杆伸缩增量=50 THEN 上料升限位开关=0 上料降限位开关=1ENDIF IF 上料杆旋转增量=0 THEN 上料正旋限位开关=0 上料逆旋限位开关=1 上料伸限位开关=0 上料缩限位开关=1ENDIFIF 上料杆旋转增量=8
21、THEN 上料正旋限位开关=1 上料逆旋限位开关=0 上料伸限位开关=1 上料缩限位开关=0ENDIF IF 正品杆伸缩增量=0 THEN 正品升限位开关=1 正品降限位开关=0ENDIFIF 正品杆伸缩增量=25 OR 正品杆伸缩增量=50 THEN 正品升限位开关=0 正品降限位开关=1ENDIF IF 正品杆旋转增量=0 THEN 正品正旋转限位开关=0 正品逆旋转限位开关=1 正品伸限位开关=0 正品缩限位开关=1ENDIFIF 正品杆旋转增量=8 THEN 正品正旋转限位开关=1 正品逆旋转限位开关=0 正品伸限位开关=1 正品缩限位开关=0ENDIF IF 次品杆伸缩增量=0 TH
22、EN 次品升限位开关=1 次品降限位开关=0ENDIFIF 次品杆伸缩增量=25 OR 次品杆伸缩增量=50 THEN 次品升限位开关=0 次品降限位开关=1ENDIF IF 次品杆旋转增量=0 THEN 次品正旋转限位开关=0 次品逆旋转限位开关=1 次品伸限位开关=0 次品缩限位开关=1ENDIFIF 次品杆旋转增量=8 THEN 次品正旋转限位开关=1 次品逆旋转限位开关=0 次品伸限位开关=1 次品缩限位开关=0ENDIF 致 谢由于设计者知识水平有限，使得设计过程中出现了不少问题，后经查阅资料与指导老师的指正才得以将问题一一解答。当然由于设计时间仓促，论文中错误与不妥之处也在所难免，恳请各位老师予以指导与谅解。这次毕业设计中首先要特别感谢的是我们的指导老师赵老师，没有赵老师的不辞辛苦与耐心帮助，将很难完成这次设计。其次要感谢的是我的三个合作伙伴，在为期八周的设计过程中正是因为有了他们的密切合作与相互鼓励才得以将设计任务如期完成。再次向赵老师以及我的合作伙伴表示衷心的感谢！祝：各答辩老师工作顺利！参考文献1 曹辉。组态软件技术及应用。M.北京：电子工业出版社，2009.12.
