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1、 基于组态软件实现机械手的监控系统摘要在自动化领域很多都用到了监控系统，这样就能使工人不用在现场监控就能了解生产线上的运转状况了，大大挺高了生产效率，减少了人员开支，也降低了人员伤亡的发生，对企业的效益有很大的提高。本文阐述了基于组态软件的机械手监控系统，该系统提供了灵活的组态工具，人机交互界面好 能方便地获取和存储机械手模型位置和状态信息，能充分实现工业各领域的管理控制、数据采集、连续控制及统计过程控制，它既能够满足装配作业内容改变频繁的重复操作，又能加大生产效益，降低人身事故发生，且该系统还具有实时数据采集、报表输出、预报报警分析、便于升级扩充等功能。关键词：组态；机械手；控制Abstra
2、ctMany 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 occurred, on the efficiency of e
3、nterprises 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 manipulator model location and state inform
4、ation, 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, reduce personal accident occurs
5、, and the system also has real-time data acquisition, and report output, and forecast alarm analysis, and easy upgrade expanded, function. Key words：configuration；manipulator；controlit目录基于组态软件实现机械手的监控系统1摘要1引言3第一章 绪论41.1 本课题研究的意义41.2 本课题研究的背景41.3 本课题研究的内容5第二章 机械手52.1 机械手的动作过程分解52.2欧姆龙PLC的I/O分配表及通讯连接表
6、6第三章 机械手组态画面的设计和完成后的工作状态83.1机械手组态画面的设计83.2机械手组态画面的属性设置103.3组态画面实时数据库创建153.4组态画面动态效果/脚本程序16第四章 机械手组态画面的监控与PLC连接204.2通讯设备属性设置214.3通讯设备端口连接224.4通讯连接测试23第五章 机械手组态画面运行结果24结论25参考文献26致谢27引言工业机械手是近几十年发展起来的一种高科技自动化生产设备，它是工业机器人的一个重要分支，它的特点是可通过编程来完成各种预期的作业任务，在构造和性能上兼有人和机器各自的优点，尤其体现了人的职能和适应性。在现代生产过程中，机械手被广泛的运用于
7、自动生产线中，机械人的研制和生产已成为高技术领域内，迅速发展起来的一门新兴的技术，因而更加促进了机械手的发展，使得机械手能更好地实现与机械化和自动化的有机结合。机械手虽然目前还不如人手那样灵活，但它具有能不断重复工作和劳动，不知疲劳，不怕危险，抓举力量大的特点，因此，机械手已受到许多部门的重视，并越来越广泛的得到应用，而且在某些方面机械手已经逐渐取代了人类劳动。 全中文工业自动化控制组态软件( Mon itor andCon tro lGenerated System, MCGS) 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, 集动画显示、流程控制、数据采
8、集、设备控制与输出企业监控网络等功能, 广泛应用于工程领域，用MCGS系统来实现机械手图形仿真系统的机械手,就得到了更加广泛的运用，它提供的灵活的组态工具，人机交互界面好 能方便地获取和存储机械手模型位置和状态信息，能充分实现工业各领域的管理控制、数据采集、连续控制及统计过程控制，它既可以用于实际生产, 能够满足装配作业内容改变频繁的重复操作; 又可以用于科学实验和科学研究, 它能够使人直观地了解机器人结构组成、动作原理等, 所以MCGS开发设计和研究机械手具有比较广泛的实际意义和应用前景。 第一章 绪论1.1 本课题研究的意义组态是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到使计算机或
9、软件按照预先设置、自动执行特定任务，满足使用者要求的目的。这是一个通过专用软件定义系统的过程。组态软件能利用系统软件提供的工具，通过简单形象的组态工作构成系统。组态软件具有用户可订制的功能，能开发可编程控制器的控制对象；还具有强大的通讯功能，可以通过RS232接口和可编程控制器之间进行通讯，并监控可编程控制器的所有存储器、控制器及IO接口的状态，以变量值形式传输到计算机上，供上位机使用、处理。正如文献所述：组态软件能以灵活多样的组态方式提供良好的用户开发界面和间接的使用方法，具有实时多任务、接口开放、使用灵活、功能多样和运行可靠的特点。本课题对机械手的研究是在工业机械手的基础上，加上MCGS软
10、件对其进行监控，使其在作业时更加人性化、经济化、智能化、现代化。1.2 本课题研究的背景自2000年以来，国内监控组态软件产品、技术、市场都取得了飞快的发展，应用领域日益拓展，用户和应用工程师数量不断增多。充分体现了“工业技术民用化”的发展趋势。监控组态软件是在信息化社会的大背景下，随着工业IT技术的不断发展而诞生、发展起来的。在整个工业自动化软件中，监控组态软件属于基础型工具平台。监控组态软件给工业自动化、信息化、智能化以及社会信息化带来深远的影响，它带动着整个社会生产、生活方式的发展与变化，这种变化仍在继续发展。因此组态软件作为新生事物尚处于高速发展时期，目前还没有专门的研究机构就它的理论
11、与实践进行研究、总结和探讨，更没有形成独立、专门的理论研究机构。所以说，监控软件的发展前景还是很广大的。我们要致力于此领域的不断研究，尽快地使我国的监控组态软件与世界的高科技接轨，从而促进我们国民经济的更好，更快发展。1.3 本课题研究的内容本问设计的机械手主要内容就是设计出一款利用MCGS工程组态软件使静止的机械手动态化, 特别是通过编写脚本程序实现了对机械手的定时控制, 建立了实时监控系统, 使机械手在利用MCGS软件对机械手的作业动作状态实施监视与控制时，能方便地获取和存储机械手模型位置和状态信息，使机械手在工业中发挥更加有效的作用, 大大提高工作者的工作效率，而且在增加效率的同时也大大
12、减少了人力资源和人员伤亡，使企业的效益大大的增加，这样的机械手，将会更加经济、快捷和实用。从本质上提高工业的生产效率，使其创造出更大的产值。第二章 机械手2.1 机械手的动作过程分解从原点开始，按下启动按钮时，下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底碰到下限位开关，下降电磁阀断点，机械手下降停止；同时接通夹紧电磁阀，机械手夹紧。夹紧后，上升电磁阀通电，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断点，机械手上升停止；同时接通右移电磁阀，机械手右移。右移到位时，碰到右限位开关，右移电磁阀断点，机械手右移停止若此时工作台上无工件，则光电开关接通，同时下降电磁阀通电，机械手下降。下降到底时，碰到下
13、限位开关，下限位电磁阀断点，机械手停止下降；同时夹紧电磁阀断点，机械手放松；放松后，上升电磁阀接通，机械手上升。上升到顶时，碰到上限位开关，上升电磁阀断点，上升停止；同时接通左移电磁阀，机械手左移，左移到原点时，碰到左限位开关。左移电磁阀断点，左移停止。此时，机械手经过8步动作完成一个周期 图2 机械手的动作示意图 图3 机械手动作分析图2.2欧姆龙PLC的I/O分配表及通讯连接表序号输入地址说明序号输入地址说明10.00启动110.10上料气缸下限位20.01停止120.11物料检测（光电）30.02手爪夹紧传感器131.00推料一气缸后限位40.03旋转左限位（接近）141.01推料一气缸
14、前限位50.04旋转右限位（接近）151.02推料二气缸后限位60.05伸出臂前点161.03推料二气缸前限位70.06缩回臂后点171.04电感式传感器（推料1气缸）80.07提升气缸上限位181.05电容式传感器（推料2气缸）90.08提升气缸下限位191.06传送带物料检测光电传感器100.09上料气缸上限位20序号输出地址说明序号输出地址说明1100.00送料电机10101.01推料一气缸（伸出）2101.04上料电磁阀11101.03推料二气缸（缩回）3100.02臂气缸伸出12101.02推料二气缸（伸出）4100.03臂气缸返回13101.05手爪夹紧5100.04提升气缸下降1
15、4101.06停止指示6100.05提升气缸上升15100.07启动指示7100.06旋转气缸正转16101.01变频器正转变频器低速度8100.07旋转气缸反转179101.00推料一气缸（缩回）18通讯连接输入通讯连接输出欧姆龙PLC0.00100.040.01100.05100.06100.07组态stardownstopuprightleft第三章 机械手组态画面的设计和完成后的工作状态MCGS(Monitor and Control Generated System，监视与控制通用系统)是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监
16、控系统的组态软件系统，主要完成现场数据的采集与监测、前端数据的处理与控制，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/xp等操作系统。它的主要功能有：简单灵活的可视化操作界面、实时性强、有良好的并行处理性能、丰富、生动的多媒体画面、完善的安全机制、强大的网络功能、多样化的报警功能、实时数据库为用户分步组态提供极大方便、支持多种硬件设备，实现“设备无关”、方便控制复杂的运行流程、良好的可维护性、用自建文件系统来管理数据存储，系统可靠性更高和设立对象元件库，组态工作简单方便，下面是利用组态的机械手的监控系统。3.1机械手组态画面的设计在MCGS组态平台，单击“用户
17、窗口”，“在用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新“窗口0”，选中“窗口0”，单击“窗口属性”，“进入窗口属性设置”，将“窗口名称”改为：机械手；将“窗口标题”改为：机械手；在“窗口位置”中“最大化显示”，如下图。图5 新建窗口图选中刚创建的“机械手”用户窗口，单击“动画组态”，进入动画制作窗口。图6 组态画面创建图3.2机械手组态画面的属性设置创建好画面后对画面进行属性设置，这里先介绍机械手的设置，双击机械手进入单元属性如下图。（注：第一个图原名设置与其它几个相同）图7 组态画面属性设置进入动画连接，点击进入动画组态属性设置进行水平移动设置，如下图。图8 动画组态属性设置根据上面的操作对
18、组态画面的画面进行相同的操作，如图所示。（注：右爪同左爪）图9 左爪的动态属性设置设置图10 物体的动态属性设置设置图11 启动、停止属性设置图12 最初的上升、下降标志设置图13 左移、右移标志设置图14 最后的上升、下降标志设置3.3组态画面实时数据库创建在制作动画时，要先写好实时数据库，如图所示，单击新增对象，就可新增数据变量了。下图为机械手实时数据库。图15 数据库变量图3.4组态画面动态效果/脚本程序进入运行策略，点击循环策略，进入策略组态，如下图。图16 运行策略图图16 策略组态图在空白处右键点击，选择新建策略行，如下图。图17 策略运行图再在空白处右键点击，选择策略工具箱，如下
19、图。图18 策略工具箱图在策略工具箱中点中脚本程序拖到方框中，如下图。图19 脚本程序创建图双击脚本程序就可以编写脚本程序了，如下图所写。图20 脚本程序写入图第四章 机械手组态画面的监控与PLC连接设备窗口组态, 设备窗口是MCGS系统的重要组成部分, 负责建立系统与外部硬件设备的连接, 使得MCGS能从外部设备读取数据并控制外部设备的工作状态, 实现对工业过程的实时监控。在“设备工具箱”中选择“欧姆龙Hostlink”, 进行设备窗口属性设置。在“设备调试”选项卡中,“通讯状态标志”栏中, 若显示“0”则表示通讯正常, 若显示“- 1”则表示通讯不正常。如下图新增“设备0-串口通讯父设备”
20、和“设备1-欧姆龙Hostlink”后，进行设置。4.1通讯设备选型在设备窗口中设置参数和通讯连接，如下图所示。图21 设备窗口图右键单击，选中设备工具箱，点击设备管理，在设备管理选择要通讯的设备型号，如下图所示。图22 设备管理设备选择图4.2通讯设备属性设置选择好要通讯的设备的设备后，双击进入进行属性设置，如下图。图23 设备属性设置图4.3通讯设备端口连接在通道连接中点击快速连接，把与PLC要连接的I/O点创建好，如下图所示。图24 通道连接设置图4.4通讯连接测试创建好后在设备调试中看是否通讯连接正常（注：0通讯连接正常，1通讯连接失败），如下图所示。图25 通讯连接测试图第五章 机械
21、手组态画面运行结果现场机械手运行动作组态画面机械手运行动作机械手启动、停止控制可由组态设置的开关来控制。当机械手伸臂时画面显示机械手不动。当机械手下移抓取物体时画面显示机械手抓取物体动作。当机械手上移时画面显示机械手上移。当机械手缩臂时画面显示机械手不动。当机械手右移时画面显示机械手右移。当机械手伸臂时画面显示机械手不动。当机械手下移放开物体时画面显示机械手下移放开物体。当机械手复位从新开始时画面显示机械手复位从新开始。当机械手发生故障时画面显示机械手那部位出现故障。结论组态技术在机械手控制系统中的应用使得对机械手运行情况能进行有效、实时、便捷的监控。本文的创新点包括：首先，基于组态技术的机械
22、手控制既保证了生产的安全性和高效性，同时还减轻了工作人员的劳动强度。其次，由于选用的组态软件具有良好的扩展性和与设备无关性，在工业现场设备和控制要求进行更改时，能快速的完成控制系统的修改。最后，基于组态技术的机械手控制系统还充分发挥了两级分布式系统的优势。上位机具有便捷的计算、图形、控制和操作能力，强大的数据管理能力。下位机可编程控制器具有优良的控制驱动能力、健壮的工业现场适应性和对实时事件的及时处理能力。本文利用MCGS工程组态软件使静止的机械手动态化, 特别是通过编写脚本程序实现了对机械手的定时控制, 建立了实时监控系统, 使机械手控制更加直观, 人机界面友好, 大大提高工作者的工作效率。
23、参考文献1李瑞先.组态王软件在监控系统中的应用J.电器传动自动化，2006， 28（5）：49-51.2北京亚控科技发展有限公司.组态王Version65用户手册Z.2003.32-45.3温照方.SIMATICS7-200可编程序控制器教程M.北京：北京理工大学出版社，2002.8-12. 4袁川来.基于S7200的多关节机械手的PLC控制J.现代电子技术，2006，29（7）：113-5李冬清.S7-200系列PLC与监控计算机通信实现方法J.冶金动力，2005，（5）：91-92.6张万忠.可编程控制器应用技术M.化学出版社，20027贾贵礼.组态软件控制技术M.北京理工大学出版社，20
24、078廖常初.FX系列PLC编程及应用M.机械工业出版社，20059WWW.JXCAD.COM.CN致谢这次的毕业设计是学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的基于组态软件的机械手监控系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这次毕业设计可以顺利的完成并得到各方面的提升，得益于导师梁方英老师和黄忠慧老师的精心指导。从论文的选题到课题研究工作的展开，论文的撰写与修改，无不凝聚着梁老师的精心指导。梁老师渊博的知识，严谨求实的治学态度，敏锐的学术洞察力，对学术的不断追求和创新使本人终生受益。在此，对梁方英老师和黄忠慧老师表示衷心感谢和诚挚的敬意 在本课题的研究过程中，同学也给予了很多的提示和帮助，本人在此表示感谢。最后，向所有在大学阶段关心和帮助过我的老师，同学和朋友表示衷心的感谢。
