課程設(shè)計--工業(yè)機械手監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　第1章 前言</b></p><p>　　1.1機械手實驗要求</p><p>　　熟完成一個工業(yè)機械手監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計，（對象自己定）要求有流程圖畫面，報表畫面。各畫面間能實現(xiàn)靈活切換，所以畫面都能實現(xiàn)動畫效果。</p><p><b>　　1.2實驗?zāi)康?lt;/b></p><

2、p>　　1．熟悉組態(tài)王軟件，達到熟練使用組態(tài)軟件的常用工具;</p><p>　　2．學會完成組態(tài)工程的設(shè)計步驟;</p><p>　　3．鍛煉學生的動手能力和分析問題解決問題的能力。</p><p><b>　　1.3組態(tài)王的特點</b></p><p>　　它具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等

3、優(yōu)點。通?？梢园堰@樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。組態(tài)軟件也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用Windows的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動

4、畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的設(shè)備驅(qū)動程序和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。</p><p>　　第2章 機械手的工作原理</p><p>　　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)

5、，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、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(shè)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2～3個自由度?？刂葡到y(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

6、?？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。</p><p>　　機械手的種類，按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、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。</p><p>　　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

7、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(yīng)用能進一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動條件。</p><p>　　第3章 機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計</p><p>　　3.1機械手的工作過程</p><p>　　按下開始按鈕裝置開始工作，機械手首先做下降運動，待下降

8、到位后，機械手張開手指抓取物品(抓緊物品時間由定時器確定)；然后機械手上升到最上端(由上限位開關(guān)確定)，再向右運動；到達右端后，機械手開始下降，下降到位后機械手松開，放下物品；再將機械手上升，如此循環(huán)提取物品。</p><p>　　機械手工作過程流程如圖3-1所示：</p><p>　　原始位→下降→夾緊→上升→右移</p><p>　　↑

9、 ↓</p><p>　　左移← 上升 ← 放松 ←下降</p><p>　　圖3-1 機械手工作過程流程圖</p><p>　　3.2 組態(tài)在機械手中的應(yīng)用</p><p>　　組態(tài)軟件又稱上位機管理軟件，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，它提供了靈活的組態(tài)工具，人機交互界面好，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)

10、計過程控制。</p><p>　　本次設(shè)計充分運用組態(tài)王的仿真功能實現(xiàn)人機的交流，以達到對機械手的控制。</p><p>　　第4章 機械手的組態(tài)畫面設(shè)計</p><p>　　圖4-1 組態(tài)畫面設(shè)計</p><p>　　4.1 建立組態(tài)工程</p><p>　　運行組態(tài)環(huán)境，在“組態(tài)王”工程管理器(Proj—Manag

11、er)選擇選單“文件＼新建工程”或單擊“新建”按鈕。在工程路徑文本框中輸入一個有效的工程路徑，或單擊“瀏覽?”按鈕后在彈出的路徑選擇對話框中選擇一個有效的路徑。在工程名稱文本框中輸入工程的名稱，該工程名稱同時將被作為當前工程的路徑名稱。在工程描述文本框中輸入對該工程的描述文字。工程名稱長度應(yīng)小于32個字節(jié)，工程描述長度應(yīng)小于40個字節(jié)。單擊“完成”完成工程的新建。</p><p>　　4.2 定義數(shù)據(jù)變量<

12、/p><p>　　數(shù)據(jù)庫是”組態(tài)王”軟件的核心部分，在工程管理器中，選擇”數(shù)據(jù)庫＼數(shù)據(jù)詞典”，雙擊”新建圖標”，彈出”變量屬性”對話框，創(chuàng)建機械手各個變量數(shù)據(jù)，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I／O開關(guān)型、I／O數(shù)值型、

13、I／O字符型、內(nèi)存開關(guān)型等8種類型。不同類型的數(shù)據(jù)對象，屬性不同，用途也不同。</p><p>　　設(shè)計中的數(shù)據(jù)變量：時間（內(nèi)存整數(shù)）、垂直移動（內(nèi)存整數(shù)）、水平移動（內(nèi)存整數(shù)）、物體水平移動（內(nèi)存整數(shù)）、旋轉(zhuǎn)（內(nèi)存整數(shù)）、上行燈（內(nèi)存離散）、下行燈（內(nèi)存離散）、左行燈（內(nèi)存離散）、右行燈（內(nèi)存離散）、夾緊顯示（內(nèi)存離散）、啟動（內(nèi)存離散）、傳送帶（內(nèi)存離散）。</p><p><b

14、>　　變量的設(shè)置如圖：</b></p><p>　　圖4-2 變量的設(shè)置</p><p>　　4.3 系統(tǒng)界面設(shè)計</p><p>　　在組態(tài)王平臺上建立“機械手控制系統(tǒng)”窗口并設(shè)置好窗口屬性。通過繪圖工具箱中的工具，繪制出組建系統(tǒng)所需的各個元件，調(diào)用系統(tǒng)控件制作控制按鈕，利用文字標簽對相應(yīng)元件進行注釋。</p><p>　

15、　設(shè)計流程圖如圖所示：</p><p>　　1<下行時間<5，下行燈亮</p><p>　　抓取時間1，電機燈亮 傳送帶運動</p><p>　　5<向上時間<10，上行燈亮</p><p>　　10<右移時間<50，右行燈亮</p><p>　　50&l

16、t;下移時間<55，下行燈亮</p><p><b>　　電機燈亮</b></p><p>　　圖4-3 設(shè)計流程圖</p><p>　　4.4控制系統(tǒng)程序的設(shè)定</p><p><b>　　控制系統(tǒng)程序如下：</b></p><p>　　if(\\本站點\啟動==1)

17、</p><p>　　{\\本站點\時間=\\本站點\時間+1;</p><p>　　if(\\本站點\時間<=5)</p><p>　　{\\本站點\垂直移動=\\本站點\垂直移動+10;</p><p>　　\\本站點\下行燈=1;}</p><p>　　if(\\本站點\時間>5 &&

18、\\本站點\時間<=10)</p><p>　　{\\本站點\垂直移動=\\本站點\垂直移動-10;</p><p>　　\\本站點\物體垂直移動=\\本站點\物體垂直移動+10;</p><p>　　\\本站點\下行燈=0;\\本站點\上行燈=1;}</p><p>　　if(\\本站點\時間>10 &&\\本站

19、點\時間<=50)</p><p>　　{\\本站點\水平移動=\\本站點\水平移動+5;</p><p>　　\\本站點\物體水平移動=\\本站點\物體水平移動+5;</p><p>　　\\本站點\上行燈=0;\\本站點\右行燈=1;}</p><p>　　if(\\本站點\時間>50 &&\\本站點\時間&l

20、t;=55)</p><p>　　{\\本站點\垂直移動=\\本站點\垂直移動+10;</p><p>　　\\本站點\物體垂直移動=\\本站點\物體垂直移動-10;</p><p>　　\\本站點\右行燈=0;\\本站點\下行燈=1;}</p><p>　　if(\\本站點\時間>55 &&\\本站點\時間<=6

21、0)</p><p>　　{\\本站點\垂直移動=\\本站點\垂直移動-10;</p><p>　　\\本站點\下行燈=0;\\本站點\上行燈=1;}</p><p>　　if(\\本站點\時間>60)</p><p>　　{\\本站點\旋轉(zhuǎn)=\\本站點\旋轉(zhuǎn)+1 ;</p><p>　　\\本站點\物體水平移動

22、=\\本站點\物體水平移動+5;</p><p>　　\\本站點\水平移動=\\本站點\水平移動-10;</p><p>　　\\本站點\上行燈=0;\\本站點\左行燈=1;</p><p>　　\\本站點\電機燈亮=1;}</p><p>　　if(\\本站點\時間>80)</p><p>　　{\\本站點\物

23、體水平移動=0;\\本站點\時間=0;</p><p>　　\\本站點\左行燈=0;\\本站點\電機燈亮=0;}}</p><p>　　else{\\本站點\垂直移動=0;\\本站點\物體垂直移動=0;</p><p>　　\\本站點\啟動=0;\\本站點\時間=0;\\本站點\水平移動=0;</p><p>　　\\本站點\物體水平移動=0

24、;\\本站點\上行燈=0;</p><p>　　\\本站點\下行燈=0;\\本站點\左行燈=0;</p><p>　　\\本站點\右行燈=0;\\本站點\傳送帶水平移動=0;</p><p>　　\\本站點\電機燈亮=0;}</p><p><b>　　4.5 動畫連接</b></p><p>　

25、　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(shè)計，真實地描述外界對象的狀態(tài)變化，達到過程實時監(jiān)控的目的。組態(tài)王實現(xiàn)圖形動畫設(shè)計的主要方法是將用戶窗1：3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(shè)置相應(yīng)的動畫屬性。</p><p><b>　　機械手</b></p><p>　　圖4-4 機械手動畫連接</p>&

26、lt;p><b>　　物體</b></p><p>　　圖4-5 物體動畫連接</p><p><b>　　開關(guān)</b></p><p>　　圖4-6 開關(guān)動畫連接</p><p><b>　　指示燈</b></p><p>　　圖4-7 指示燈動

27、畫連接</p><p><b>　?。?）傳送帶</b></p><p>　　圖4-8 傳送帶動畫連接</p><p><b>　　電機</b></p><p>　　圖4-9 電機動畫連接</p><p>　　4.6 系統(tǒng)的運行于調(diào)試</p><p>

28、　　機械手控制系統(tǒng)的界面設(shè)計、關(guān)聯(lián)變量和程序編制完成后，就程序進行調(diào)試，最后完成的系統(tǒng)運行效果圖如下：</p><p>　　圖4-10 機械手控制系統(tǒng)的運行效果圖</p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　本次課程設(shè)計的主要目的是:熟悉并熟練掌握組態(tài)王軟件的功能和特點、掌握組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成、通過組態(tài)王軟件的使用，進一步掌

29、握了解機械手的工作原理、培養(yǎng)自主查找資料，搜索信息的能力、培養(yǎng)實踐動手能力與合作精神。</p><p>　　設(shè)計主要任務(wù)：了解機械手的控制要求、確定系統(tǒng)的控制方案、利用組態(tài)軟件編制監(jiān)控系統(tǒng)圖形界面、建立實時數(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、編制程序?qū)崿F(xiàn)對機械手以及物品的控制和監(jiān)視。</p><p>　　課程設(shè)計主要內(nèi)容：熟悉所用組態(tài)軟件的操作、查看有關(guān)參考書籍、查閱相關(guān)文

30、獻資料、獨立設(shè)計基于組態(tài)軟件的機械手的控制方案、根據(jù)實際系統(tǒng)的要求，進行簡單的畫面設(shè)計與編輯，簡單控制程序的編寫，設(shè)定動畫連接等功能、進行程序的運行，調(diào)試與改進。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次課程設(shè)計使我們加深了對組態(tài)軟件的了解，熟悉組態(tài)軟件對機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計、畫面的設(shè)計、參數(shù)變量的設(shè)定、程序的編制，運行，調(diào)試與改進、機械手

31、控制系統(tǒng)的動畫連接。</p><p>　　這次課程設(shè)計是我們班每個人都親自參加的一次組態(tài)王應(yīng)用練習設(shè)計，它幫助我們更加深刻的了解和掌握了一些關(guān)于組態(tài)王的應(yīng)用知識和方法。在這個學習調(diào)試運行的過程中我也遇到很多問題，感謝孟老師對我的指導和幫助，感謝我的同學們對我的細心講解，使得本次的課程設(shè)計能夠順利成功地調(diào)試出結(jié)果，完成了本次課程設(shè)計，達到了預(yù)期的效果和目標。但這使我更加深刻地體會到對于這門課程還有多東西沒有完全掌握

32、也認識到這門課程的重要性,，使我受益匪淺。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 北京亞控科技有限公司．組態(tài)王電子參考手冊EZ]．2003[2] 吳明亮，蔡夕忠．可編程控制器實訓教程[M]．北京：化學工業(yè)出版社2005[3] Wonderware Corporation．In Touch 7．0 AdvancedTraining