組態(tài)課程設(shè)計(jì)--機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 組態(tài)王軟件的簡介</p><p>　　本系統(tǒng)采集控制軟件選用中國本土軟件廠商北京亞控科技發(fā)展有限公司生 產(chǎn)的，國內(nèi)最早的商用組態(tài)軟件“組態(tài)王” 。截止到 2009 年底， “組態(tài)王”已在 國內(nèi)裝機(jī)量有 10 萬套，成功地應(yīng)用于我國工業(yè)領(lǐng)域的各行各業(yè)，例如石油、化 工、電力、冶金、造紙、橡

2、膠、環(huán)保、機(jī)械制造等等，在中國使用的監(jiān)控軟件中， 組態(tài)王擁有國內(nèi)最多的用戶。</p><p>　　1.2 組態(tài)王軟件的典型組件</p><p>　　(1)圖形界面開發(fā)程序　　是自動(dòng)化工程設(shè)計(jì)工程師為實(shí)施其控制方案，在圖形編輯工具的支持下進(jìn)行圖形系統(tǒng)生成工作所依賴的開發(fā)環(huán)境。通過建立一系列用戶數(shù)據(jù)文件，生成最終的圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng),供圖形運(yùn)行環(huán)境運(yùn)行時(shí)使用。</p><p

3、>　　(2)圖形界面運(yùn)行程序　　在系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下，圖形目標(biāo)應(yīng)用系統(tǒng)被圖形界面運(yùn)行程序裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)存并投入實(shí)時(shí)運(yùn)行。(3)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)程序　　有的組態(tài)軟件只在圖形開發(fā)環(huán)境中增加了簡單的數(shù)據(jù)管理功能，因而不具備完整的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。目前比較先進(jìn)的組態(tài)軟件（如力控等）都有獨(dú)立的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫組件，以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，增強(qiáng)處理能力。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組態(tài)程序是建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的組態(tài)工具，可以定義實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)連接、數(shù)據(jù)

4、類型及相關(guān)的各種參數(shù)。(4)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行程序　　在系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境下，目標(biāo)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用系統(tǒng)被實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行程序裝入計(jì)算機(jī)內(nèi)存并執(zhí)行預(yù)定的各種數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理任務(wù)。歷史數(shù)據(jù)的查詢、檢索、報(bào)警的管理都是在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)運(yùn)行程序中完成的。(5)I/O驅(qū)動(dòng)程序　　是組態(tài)軟件中必不可少的組成部分，用于和I/O設(shè)備通訊，互相交換數(shù)據(jù)，DDE和OPC Client是兩個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)I/O驅(qū)動(dòng)程序，用來和支持DDE標(biāo)準(zhǔn)和OPC標(biāo)準(zhǔn)的

5、I/O設(shè)備通訊。多數(shù)組態(tài)軟件的DDE驅(qū)動(dòng)程序被整合在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或圖形系統(tǒng)中，而OPC Client則多數(shù)單獨(dú)存在。</p><p>　　1.3 組態(tài)王軟件的特點(diǎn) </p><p>　　(1)豐富的I/O。</p><p>　　將組態(tài)王和驅(qū)動(dòng)程序整合在一起，通用性強(qiáng)，含有多種I／O驅(qū)動(dòng)程序，能與較多的PLC通信，并且通信可靠。</p><p&g

6、t;　　(2)報(bào)警和事件系統(tǒng)。</p><p>　　組態(tài)王報(bào)警系統(tǒng)具有方便、靈活、可靠、易于擴(kuò)展的特點(diǎn)。組態(tài)王分布式報(bào)警管理提供多種報(bào)警管理功能。包括：基于事件的報(bào)警、報(bào)警分組管理、報(bào)警優(yōu)先級、報(bào)警過濾、新增死區(qū)和延時(shí)概念等功能，以及通過網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程報(bào)警管理。組態(tài)王還可以記錄應(yīng)用程序事件和操作員操作信息。報(bào)警和事件具有多種輸出方式：文件、數(shù)據(jù)庫、打印機(jī)和報(bào)警窗，并且可以利用控件等工具輕松瀏覽和打印報(bào)警數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容。

7、</p><p><b>　　(3)安全系統(tǒng)。</b></p><p>　　組態(tài)王采用分級和分區(qū)保護(hù)的雙重保護(hù)策略，對新增用戶組和安全區(qū)管理、999個(gè)不同級別的權(quán)限和64個(gè)安全區(qū)形成雙重保護(hù)，另外組態(tài)王能記錄程序運(yùn)行中操作員的所有操作。</p><p>　　第2章 機(jī)械手系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 機(jī)械手的簡

8、介</p><p>　　機(jī)械手現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用于各行各業(yè)中，無論是在工地，港口還是各種各樣的生產(chǎn)過程中，都涉及到機(jī)械手的操作。它是一種能模仿人手和臂的某些動(dòng)作功能，用以按固定程序抓取、搬運(yùn)物件或操作工具的自動(dòng)操作裝置。機(jī)械手是最早出現(xiàn)的工業(yè)機(jī)器人，也是最早出現(xiàn)的現(xiàn)代機(jī)器人，它可代替人的繁重勞動(dòng)以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的機(jī)械化和自動(dòng)化，能在有害環(huán)境下操作以保護(hù)人身安全，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、冶金、電子、輕工和原子能等部門。<

9、/p><p>　　2.2 機(jī)械手的組成</p><p>　　機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)械手的自由

10、度 。為了抓取空間中任意位置和方位的物體，需有6個(gè)自由度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度。控制系統(tǒng)是通過對機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。</p><p>　　2.3 機(jī)械手的工作

11、原理</p><p>　　機(jī)械手主要由手部、運(yùn)動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，使手部完成各種轉(zhuǎn)動(dòng)（擺動(dòng)）、移動(dòng)或復(fù)合運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作，改變被抓持物件的位置和姿勢。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的升降、伸縮、旋轉(zhuǎn)等獨(dú)立運(yùn)動(dòng)方式，稱為機(jī)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(gè)自由

12、度。自由度是機(jī) 械手設(shè)計(jì)的關(guān) 鍵參數(shù)。自由 度越多，機(jī)械手的靈活性越大，通用性越廣，其結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。一般專用機(jī)械手有2～3個(gè)自由度?？刂葡到y(tǒng)是通過對機(jī)械手每個(gè)自由度的電機(jī)的控制，來完成特定動(dòng)作。同時(shí)接收傳感器反饋的信息，形成穩(wěn)定的閉環(huán)控制?？刂葡到y(tǒng)的核心通常是由單片機(jī)或dsp等微控制芯片構(gòu)成，通過對其編程實(shí)現(xiàn)所要功能。</p><p>　　機(jī)械手的種類，按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式機(jī)械手；按適用

13、范圍可分為專用機(jī)械手和通用機(jī)械手兩種；按運(yùn)動(dòng)軌跡控制方式可分為點(diǎn)位控制和連續(xù)軌跡控制機(jī)械手等。</p><p>　　機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，如在自動(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件，在加工中心中更換刀具等，一般沒有獨(dú)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(xiǎn)物品的主從式操作手也常稱為機(jī)械手。機(jī)械手在鍛造工業(yè)中的應(yīng)用能進(jìn)一步發(fā)展鍛造設(shè)備的生產(chǎn)能力，改善熱、累等勞動(dòng)條件。&l

14、t;/p><p>　　第3章 課程設(shè)計(jì)的分析</p><p>　　3.1 機(jī)械手的工作過程</p><p>　　按下開始按鈕裝置開始工作，機(jī)械手首先做下降運(yùn)動(dòng)，待下降到位后，機(jī)械手張開手指抓取物品(抓緊物品時(shí)間由定時(shí)器確定)；然后機(jī)械手上升到最上端(由上限位開關(guān)確定)，再向右運(yùn)動(dòng)；到達(dá)右端后，機(jī)械手開始下降，下降到位后機(jī)械手松開，放下物品；再將機(jī)械手上升，如此循環(huán)提取

15、物品。機(jī)械手工作過程流程如下所示：</p><p>　　原始位→下降→夾緊→上升→右移</p><p>　　↑ ↓</p><p>　　左移← 上升 ← 放松 ←下降</p><p>　　3.2 建立組態(tài)工程</p><p>　　運(yùn)行組態(tài)環(huán)境，在“組態(tài)王”工程管理器(Pr

16、oj—Manager)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(gè)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(gè)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(shí)將被作為當(dāng)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(gè)字節(jié)，工程描述長度應(yīng)小于40個(gè)字節(jié)。單擊“完成”完成工程的新建。</p><p>　　3.3 定義

17、數(shù)據(jù)變量</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(biāo)”，彈出”變量屬性”對話框，創(chuàng)建機(jī)械手各個(gè)變量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)變量是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫的基本單元，建立實(shí)時(shí)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(shí)間范圍和保存期限等。數(shù)據(jù)對象有I／O開關(guān)型

18、、I／O數(shù)值型、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(jì)中的數(shù)據(jù)變量：時(shí)間（內(nèi)存整數(shù)）、垂直移動(dòng)（內(nèi)存整數(shù)）、水平移動(dòng)（內(nèi)存整數(shù)）、物體水平移動(dòng)（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(dòng)（內(nèi)存離散）、傳送帶（內(nèi)存離散）。</p><p&

19、gt;　　變量的設(shè)置如圖3-1所示：</p><p>　　圖3-1：變量的設(shè)置</p><p>　　3.4 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)</p><p>　　在組態(tài)王平臺(tái)上建立“機(jī)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(gè)元件，調(diào)用系統(tǒng)控件制作控制按鈕，利用文字標(biāo)簽對相應(yīng)元件進(jìn)行注釋。最后生成的整體效果圖如圖3-2所示：</p>

20、<p>　　圖3-2：生成的整體效果圖</p><p><b>　　3.5 動(dòng)畫連接</b></p><p>　　由圖形對象搭建而成的圖像界面是靜止不動(dòng)的，需要對這些圖像對象進(jìn)行動(dòng)畫設(shè)計(jì)。真實(shí)的描述外界對象的狀態(tài)變化。具體定義如下：</p><p>　　圖3-3：機(jī)械手的定義</p><p>　　圖3-4：

21、物體的定義</p><p>　　圖3-5：傳送帶的定義</p><p>　　圖3-6：指示燈的定義</p><p>　　3.6 控制系統(tǒng)程序編程及流程圖</p><p><b>　　控制系統(tǒng)程序如下：</b></p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\啟動(dòng)==1)</p><p&g

22、t;　　{\\本站點(diǎn)\時(shí)間=\\本站點(diǎn)\時(shí)間+1;</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間<=5)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)+10;\\本站點(diǎn)\向下燈亮=1;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間>5 &&\\本站點(diǎn)\時(shí)間<=10)</p><p>　　{\

23、\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)-10;\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)1=\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)1+10;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\向下燈亮=0;\\本站點(diǎn)\向上燈亮=1;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間>10 &&\\本站點(diǎn)\時(shí)間<=50)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)+10;\\本

24、站點(diǎn)\水平移動(dòng)1=\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)1+10;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)2=\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)2+10;\\本站點(diǎn)\向上燈亮=0;\\本站點(diǎn)\向右燈亮=1;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間>50 &&\\本站點(diǎn)\時(shí)間<=55)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)+10;\\本

25、站點(diǎn)\垂直移動(dòng)1=\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)1-10;\\本站點(diǎn)\向右燈亮=0;\\本站點(diǎn)\向下燈亮=1;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間>55 &&\\本站點(diǎn)\時(shí)間<=60)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)-10;\\本站點(diǎn)\向下燈亮=0;\\本站點(diǎn)\向上燈亮=1;}</p><p>　　if(

26、\\本站點(diǎn)\時(shí)間>60)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)1=\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)1+10 ;\\本站點(diǎn)\旋轉(zhuǎn)=\\本站點(diǎn)\旋轉(zhuǎn)+3;\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)=\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)-10;\\本站點(diǎn)\向上燈亮=0;\\本站點(diǎn)\向左燈亮=1;}</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\時(shí)間>100)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)1=0;\

27、\本站點(diǎn)\時(shí)間=0;\\本站點(diǎn)\向左燈亮=0;}}</p><p>　　else{\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)=0;\\本站點(diǎn)\垂直移動(dòng)1=0;\\本站點(diǎn)\啟動(dòng)=0;\\本站點(diǎn)\時(shí)間=0;\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)=0;\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)1=0;\\本站點(diǎn)\向上燈亮=0;\\本站點(diǎn)\向下燈亮=0;\\本站點(diǎn)\向左燈亮=0;\\本站點(diǎn)\向右燈亮=0;\\本站點(diǎn)\水平移動(dòng)2=0;} </p><p>&l

28、t;b>　　流程圖如下：</b></p><p>　　3.7 系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試</p><p>　　機(jī)械手控制系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)、關(guān)聯(lián)變量和程序編制完成后，就程序進(jìn)行調(diào)試，最后完成的系統(tǒng)運(yùn)行效果圖如圖3-7、3-8所示：</p><p>　　圖3-7：系統(tǒng)運(yùn)行效果圖</p><p>　　圖3-8：系統(tǒng)運(yùn)行效果圖</p>

29、<p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)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(diǎn)、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(jìn)一步掌握了解機(jī)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(shí)踐動(dòng)手能力與合作精神。</p><p>　　設(shè)計(jì)主要任務(wù)：了解機(jī)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

30、監(jiān)控系統(tǒng)圖形界面、建立實(shí)時(shí)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(jī)械手以及物品的控制和監(jiān)視。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)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)文獻(xiàn)資料、獨(dú)立設(shè)計(jì)基于組態(tài)軟件的機(jī)械手的控制方案、根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的要求，進(jìn)行簡單的畫面設(shè)計(jì)與編輯，簡單控制程序的編寫，設(shè)定動(dòng)畫連接等功能、進(jìn)行程序的運(yùn)行，調(diào)試與改進(jìn)。</p><p>

31、　　本次課程設(shè)計(jì)使我們加深了對組態(tài)軟件的了解，熟悉組態(tài)軟件對機(jī)械手控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、畫面的設(shè)計(jì)、參數(shù)變量的設(shè)定、程序的編制，運(yùn)行，調(diào)試與改進(jìn)、機(jī)械手控制系統(tǒng)的動(dòng)畫連接。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)是我們班每個(gè)人都親自參加的一次組態(tài)王應(yīng)用練習(xí)設(shè)計(jì)，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(gè)學(xué)習(xí)調(diào)試運(yùn)行的過程中我也遇到很多問題經(jīng)過老師和同學(xué)的幫助最終解決了這些問題，成功地調(diào)試出結(jié)果，完

32、成了本次課程設(shè)計(jì)，達(dá)到了預(yù)期的效果和目標(biāo)。但這使我更加深刻地體會(huì)到對于這門課程還有多東西沒有完全掌握也認(rèn)識到這門課程的重要性,，使我受益匪淺。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是在孟凡姿老師的精心指導(dǎo)下完成的，在此，作為一名學(xué)生，我要對各位老師的諄諄教誨致以最誠懇的謝意，感謝老師在百忙之中為我們做細(xì)心的指導(dǎo)，細(xì)心的幫助我們解決

33、問題。從做設(shè)計(jì)以來，我不僅在專業(yè)知識上有了很大進(jìn)步，而且也開闊了我的視野，明白了更多的知識。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]賈貴禮.組態(tài)軟件控制技術(shù)主編[M].北京理工大學(xué)出版社.2007</p><p>　　[2]組態(tài)6.0使用手冊.[j].北京亞控科技發(fā)展有限公司.2008</p>&

34、lt;p>　　[3]王曉根.工業(yè)控制組態(tài)軟件仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用[M].南通職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)出版.2001</p><p>　　[4]袁秀英.組態(tài)控制技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社.2003</p><p>　　[5]馬國華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用清華大學(xué)出版社[M].2001</p><p>　　[6]Wonderware Corporation.In Touch 7.0