基于 組態(tài)軟件實現(xiàn)機械手的監(jiān)控系統(tǒng) 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 、預報報警分析 、 便于升級擴充等功能 。 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 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 manipulator model location and state information, can full implementation industrial the area of management control, and data acquisition, and continuous contro l 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, and the system also has real-time data acquisition, and report output, and forecast alarm 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 1 analysis, and easy upgrade expanded, function. Key words： configuration； manipulator； controlit 目錄 基于組態(tài)軟件實現(xiàn)機械手的監(jiān)控系統(tǒng) .0 摘要 .0 引言 .2 第一章 緒論 .3 1.1 本課題研究的意義 .3 1.2 本課題研究的背景 .3 1.3 本課題研究的內(nèi)容 .3 第二章 機械手 .4 2.1 機械手的動作過程分解 .4 2.2 歐姆龍 PLC的 I/O 分配表 及通訊連接表 .5 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) .7 3.1 機械手組態(tài)畫面的設(shè)計 .7 3.2 機械手組態(tài)畫面的 屬性設(shè)置 .9 3.3 組態(tài)畫面 實時數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建 .14 3.4 組態(tài)畫面 動態(tài)效果 /腳本程序 .15 第四章 機械手組態(tài)畫面的監(jiān)控與 PLC 連接 .19 4.2 通訊設(shè)備屬性設(shè)置 .20 4.3 通訊設(shè)備端口連接 .21 4.4 通訊連接測試 .22 第五章 機械手組態(tài)畫面運行結(jié)果 .23 結(jié)論 .24 參考文獻 .25 致謝 .26 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 2 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期的作業(yè)任務，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用，而且在某些方面機械手已經(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)容改變頻繁的重復操作 ； 又可以用于科學實驗和科學研究 , 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用前景。 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 3 第一章 緒論 1.1 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，達到使計算機或軟件按照預先設(shè)置、自動執(zhí)行特定任務，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行通訊，并監(jiān)控可編程控制器的所有存儲器、控制器及 I O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、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。 1.2 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，應用領(lǐng)域日益拓展，用戶和應用工程師數(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。 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。 1.3 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 利用浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 4 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 機械手 2.1 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)，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 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 5 圖 2 機械手的動作示意圖 圖 3 機械手動作分析圖 2.2 歐姆龍 PLC 的 I/O 分配表 及通訊連接表 序 輸入地址 說明 序 輸入地址 說明 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 6 號 號 1 0.00 啟動 11 0.10 上料氣缸下限位 2 0.01 停止 12 0.11 物料檢測（光電） 3 0.02 手爪夾緊傳感器 13 1.00 推料一氣缸后限位 4 0.03 旋轉(zhuǎn)左限位（接近） 14 1.01 推料一氣缸前限位 5 0.04 旋轉(zhuǎn)右限位（接近） 15 1.02 推料二氣缸后限位 6 0.05 伸出臂前點 16 1.03 推料二氣缸前限位 7 0.06 縮回臂后點 17 1.04 電感式傳感器（推料 1 氣缸） 8 0.07 提升氣缸上限位 18 1.05 電容式傳感器（推料 2 氣缸） 9 0.08 提升氣缸下限位 19 1.06 傳送帶物料檢測光電傳感器 10 0.09 上料氣缸上限位 20 序號 輸出地址 說明 序號 輸出地址 說明 1 100.00 送料電機 10 101.01 推料一氣缸（伸出） 2 101.04 上料電磁閥 11 101.03 推料二氣缸（縮回） 3 100.02 臂氣缸伸出 12 101.02 推料二氣缸（伸出） 4 100.03 臂氣缸返回 13 101.05 手爪夾緊 5 100.04 提升氣缸下降 14 101.06 停止指示 6 100.05 提升氣缸上升 15 100.07 啟動指示 7 100.06 旋轉(zhuǎn)氣缸正轉(zhuǎn) 16 101.01 變頻器正轉(zhuǎn) 變頻器低速度 8 100.07 旋轉(zhuǎn)氣缸反 轉(zhuǎn) 17 9 101.00 推料一氣缸（縮回） 18 通訊連接輸入 通訊連接輸出 歐姆龍 PLC 0.00 100.04 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 7 0.01 100.05 100.06 100.07 組態(tài) star down stop up right left 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) 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)。 3.1 機械手組態(tài)畫面的設(shè)計 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 8 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“窗口標題”改為：機械手；在“窗口位置”中“最大化顯示”，如下圖。 圖 5 新建窗口 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 6 組態(tài)畫面創(chuàng)建 圖 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 9 3.2 機械 手組態(tài)畫面的 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 7 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 8 動畫組態(tài)屬性設(shè)置 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 10 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 9 左爪的動態(tài)屬性設(shè)置設(shè)置 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 11 圖 10 物體的動態(tài)屬性設(shè)置設(shè)置浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 12 圖 11 啟動、停止屬性 設(shè)置 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 13 圖 12 最初的上 升、下降標志設(shè) 置 圖 13 左移 、右移標志設(shè)置 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 14 圖 14 最后的上 升、下降標志設(shè)置 3.3 組態(tài)畫面 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。 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 15 圖 15 數(shù)據(jù)庫變量 圖 3.4 組態(tài)畫面 動態(tài)效果 /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 16 運行策略 圖 圖 16 策略組態(tài) 圖 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 16 在空白處右鍵點擊，選擇新建策略行，如下圖。 圖 17 策略運行 圖 再在空白處右鍵點擊，選擇策略工具箱，如下圖。 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 17 圖 18 策略工具箱 圖 在策略工具箱中點中腳本程序拖到方框中，如下圖。 圖 19 腳本程序創(chuàng)建 圖 雙擊腳本程序就可以編寫腳本程序了，如下圖所寫。 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 18 圖 20 腳本程序?qū)懭?圖 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 19 第四章 機械手組態(tài)畫面的監(jiān)控與 PLC 連接 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 , 負責建立系統(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。 4.1 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 21 設(shè)備窗口 圖 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 20 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 22 設(shè)備管理設(shè)備選擇 圖 4.2 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。 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 21 圖 23 設(shè)備屬性 設(shè)置 圖 4.3 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 24 通道連接設(shè)置 圖 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 22 4.4 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通訊連接失敗），如下圖所示。 圖 25 通訊連接測試 圖 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 23 第五章 機械手組態(tài)畫面運行結(jié)果 現(xiàn)場機械手運行動作 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。 當機械手伸臂時 畫面顯示機械手不動。 當機械手下移抓取物體時 畫面顯示機械手抓 取物體動作。 當機械手上移時 畫面顯示機械手上移。 當機械手縮臂時 畫面顯示機械手不動。 當機械手右移時 畫面顯示機械手右移。 當機械手伸臂時 畫面顯示機械手不動。 當機械手下移放開物體時 畫面顯示機械手下移放開物體。 當機械手復位從新開始時 畫面顯示機械手復位從新開始。 當機械手發(fā)生故障時 畫面顯示機械手那部位出現(xiàn)故障。 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 24 結(jié)論 組態(tài)技術(shù)在機械手控制系統(tǒng)中的應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。 浙江機電職業(yè)技術(shù)學院電氣電子工程學院畢業(yè)設(shè)計說明書 25 參考文獻 1李瑞先 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