基于组态的机械手控制系统课程设计Word文档格式.docx

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文件、数据库、打印机和报警窗，并且可以利用控件等工具轻松浏览和打印报警数据库的内容.

（3）安全系统.组态王采用分级和分区保护的双重保护策略，对新增用户组和安全区管理、999个不同级别的权限和64个安全区形成双重保护，另外组态王能记录程序运行中操作员的所有操作.

1.3用途

在组态概念出现之前，要实现某一任务，都是通过编写程序（如使用BASIC,C,FORTRAN等）来实现的.编写程序不但工作量大、周期长，而且容易犯错误，不能保证工期.组态软件的出现，解决了这个问题.对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成.

组态软件是有专业性的.一种组态软件只能适合某种领域的应用.组态的概念最早出现在工业计算机控制中.如DCS（集散控制系统）组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态.人机界面生成软件就叫工控组态软件.其实在其他行业也有组态的概念，人们只是不这么叫而已.如AutoCAD，办公软件（PowerPoint）都存在相似的操作，即用软件提供的工具来形成自己的作品，并以数据文件保存作品，而不是执行程序.组态形成的数据只有其制造工具或其他专用工具才能识别.但是不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的.组态工具的解释引擎，要根据这些组态结果实时运行.从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务.

1.4使用组态王软件开发具有以下几个特点

（1）实验全部用软件来实现,只需利用现有的计算机就可完成自动控制系统课程的实验,从而大大减少购置仪器的经费.

（2）该系统是中文界面,具有人机界面友好、结果可视化的优点.对用户而言,操作简单易学且编程简单,参数输入与修改灵活,具有多次或重复仿真运行的控制能力,可以实时地显示参数变化前后系统的特性曲线,能很直观地显示控制系统的实时趋势曲线,这些很强的交互能力使其在自动控制系统的实验中可以发挥理想的效果.

第2章机械手系统的设计

2.1机械手介绍　

机械手是一种能模拟人手臂的部分动作，按预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置.可编程控制器是以微处理技术为基础，综合计算机技术和自动控制技术发展起来的一种新型工业控制器.它在工业现场中对机械手能起到有效而灵活的控制.可编程控制器和监控系统的通讯，往往需要采用高级语言编程实现，对用户有着很高的要求.这需要用户必须熟悉互联的可编程控制器及其网络采用的通讯协议，严格按照通讯协议规定为计算机编写通讯程序.然而，用户希望监控系统具有界面简单、便于操作、实时性好、开发周期短和可移植性强等特点.组态技术在数据处理、网络通讯和图形界面等方面给监控系统提供了有力的支持.

机械手首先是从美国开始研制的.1954年美国戴沃尔最早提出了工业机器人的概念，并申请了专利.该专利的要点是借助伺服技术控制机器人的关节，利用人手对机器人进行动作示教，机器人能实现动作的记录和再现.这就是所谓的示教再现机器人.现有的机器人差不多都采用这种控制方式.1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手铆接机器人.作为机器人产品最早的实用机型（示教再现）是1962年美国AMF公司推出的“VERSTRAN”和UNIMATION公司推出的“UNIMATE”.这些工业机器人主要由类似人的手和臂组成它可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，能在有害环境下操作以保护人身安全，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门.

2.2机械手控制要求分析

分析机械手控制系统的控制要求.机械手具有启动、停止、移动、抓、放等功能.机械手操作人员可以通过启动、停止按钮来控制机械手的启动和停止.移动和抓、放功能通过内在程序自动完成.

机械手的动作有如下过程：

（1）当按钮启停调整为开始时，机械手开始动作.

（2）机械手下放，（包括伸缩杆、抓）

（3）机械手抓物体.

（4）机械手与物体一起上台，（包括伸缩杆、抓、物体）

（5）机械手与与物体一起平移，（包括伸缩杆、抓、物体）

（6）机械手与物下放，（包括伸缩杆、抓、物体）

（7）机械手上并回到原点

第3章基于组态机械手系统设计

3.1组态在机械手中的应用

组态软件又称上位机管理软件，广泛应用于工业领域，它提供了灵活的组态工具，人机交互界面好，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.

本次设计充分运用组态王的仿真功能实现人机的交流，以达到对机械手的控制.

3.2机械手的组态画面设计

3.2.1建立组态工程

运行组态环境，在“组态王”工程管理器（Proj—Manager）选择选单“文件＼新建工程”或单击“新建”按钮.在工程路径文本框中输入一个有效的工程路径，或单击“浏览⋯”按钮后在弹出的路径选择对话框中选择一个有效的路径.在工程名称文本框中输入工程的名称，该工程名称同时将被作为当前工程的路径名称.在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字.工程名称长度应小于32个字节，工程描述长度应小于40个字节.单击“完成”完成工程的新建.

3.2.2定义数据变量

数据库是”组态王”软件的核心部分，在工程管理器中，选择”数据库＼数据词典”，双击”新建图标”，弹出”变量属性”对话框，创建机械手各个变量数据，数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也即定义数据变量的过程.定义数据变量的内容主要包括：

指定数据变量名称、类型、初始值和数值范围，确定与数据变量存盘相关的参数，如存盘的周期、存盘的时间范围和保存期限等.数据对象有I／O开关型、I／O数值型、I／O字符型、内存开关型等8种类型.不同类型的数据对象，属性不同，用途也不同.

设计中的数据变量：

开关（内存整数）、时间（内存整数）、垂直移动（内存整数）、水平移动（内存整数）、夹起（内存离散）、物块（内存整数）、物块水平（内存整数）、传送带（内存整数）、上（内存离散）、下（内存离散）、左（内存离散）、右（内存离散）、电机（内存离散）.

变量的设置如图3-1

图3-1变量设置

在基本属性页中输入变量名为“开关”，变量类型设置为“内存离散”，再点击确定按钮即完成第一个变量的定义.同理，还需要定义“上行下行”、“左行右行”、

“物块的上行下行”，变量类型为“内存实数”等等.

所有变量如图3-2

图3-2变量设置

3.2.3系统界面设计

在组态王平台上建立“机械手控制系统”窗口并设置好窗口属性.通过绘图工具箱中的工具，绘制出组建系统所需的各个元件，调用系统控件制作控制按钮，利用文字标签对相应元件进行注释.

最后生成的整体效果图如图3-3所示：

图3-3整体效果图

3.2.4机械手的工作过程

按下开始按钮装置开始工作，机械手首先做下降运动，待下降到位后，机械手张开手指抓取物品（抓紧物品时间由定时器确定）；

然后机械手上升到最上端（由上限位开关确定），再向右运动；

到达右端后，机械手开始下降，下降到位后机械手松开，放下物品；

再将机械手上升，如此循环提取物品.机械手工作过程流程如图3-4所示：

图3-4机械手工作过程流程图

3.2.5控制系统程序的编程

单击“变量【域】”按钮,弹出变量选择对话框，选择\\本站点\开关变量，再按“确定”按钮，自动输入“命令语言编辑器”区，在变量后输入“=1”即可，同理实现“停止”变量的等等.如图3-5

图3-5应用程序命令语言

3.2.6动画连接

由图形对象搭制而成的图形界面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的.组态王实现图形动画设计的主要方法是将用户窗1：

3中的图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性.

机械手水平移动与垂直移动的参数如下图3-6所示.

图3-6机械手水平移动与垂直移动的参数

夹子加紧与放松的参数如下图3-7所示.

图3-7夹子加紧与放松的参数

传送带旋转移动的参数如下图3-8所示.

图3-8传送带旋转移动的参数

开关按钮的参数如下图3-9所示.

图3-9开关按钮的参数

夹起指示灯的参数如下图3-10所示.

图3-10夹起指示灯的参数

3.2.7系统的运行于调试

机械手控制系统的界面设计、关联变量和程序编制完成后，就程序进行调试，最后完成的系统运行效果图如下图3-11、3-12

图3-11系统运行效果图

图3-12系统运行效果图

总结

课程设计主要内容：

熟悉所用组态软件的操作、查看有关参考书籍、查阅相关文献资料、独立设计基于组态软件的机械手的控制方案、根据实际系统的要求，进行简单的画面设计与编辑，简单控制程序的编写，设定动画连接等功能、进行程序的运行，调试与改进.

设计主要任务：

了解机械手的控制要求、确定系统的控制方案、利用组态软件编制监控系统图形界面、建立实时数据库、画面的图形对象与数据库的数据变量之间的关系、编制程序实现对机械手以及物品的控制和监视.

本次课程设计使我们加深了对组态软件的了解，熟悉组态软件对机械手控制系统的设计、画面的设计、参数变量的设定、程序的编制，运行，调试与改进、机械手控制系统的动画连接.

本次课程设计的主要目的是:

熟悉并熟练掌握组态王软件的功能和特点、掌握组态软件的系统构成、通过组态王软件的使用，进一步掌握了解机械手的工作原理、培养自主查找资料，搜索信息的能力、培养实践动手能力与合作精神.

致谢

本课程设计是在孟凡姿老师的精心指导下完成的.从做设计以来，我不仅在专业上有了很大进步，而且开阔了我的视野，明白了更多的知识.在此，我要向孟凡姿老师表示深深的敬意和衷心的感谢！

孟老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；

孟老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；

这次设计的每个实验细节和每个结果，都离不开老师您的细心指导.

此外，我在学习期间还得到许多同学、朋友的帮助，在此表示衷心的感谢！

在这一周里有许多让我感动的事和让我感激的人.但由于时间的仓促和主客观条件的限制我们只是做出的演示，尽管有些不太完美的地方，但我们已经很努力了.

最后祝愿老师们工作顺利，身体健康！

祝愿同学们在新的学年取得新的好成绩，一切顺利！

参考文献

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机械工业出版社，2004.198—210．[2]北京亚控科技有限公司．组态王电子参考手册EZ]．2003．[3]吴明亮，蔡夕忠．可编程控制器实训教程[M]．北京：

化学工业出版社，2005.44—51．[4]WonderwareCorporation．InTouch7．0Advanced，TrainingManual[z]．1998．[5]常斗南．可编程控制其原理、应用、实验[M]．北京：

机械工业出版社，1998.l1O一132．[6]刘彬，杜金翔．关于建立PLC立体教学实验新体系的探讨[J]．实验技术与管理，2005，22（8）.

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