機(jī)械制造行業(yè)基于MCGS的機(jī)械手控制系統(tǒng)

機(jī)械制造行業(yè)基于制系統(tǒng) 指導(dǎo)教師姓名： ……………………1 ……………………4 ………6 6 6 8 82.1.1控制方式的分類 8 82.2.1行程開關(guān) 82.2.2壓力傳感器 9 3.2.1工程的建立 3.2.2變量的分配 3.2.3變量的定義步驟 3.2.4設(shè)備與變量連接 3.3.1監(jiān)控畫面的制作 3.3.2運(yùn)行策略的建立及腳本程序的編寫 3.4.1指示燈的動畫連接 3.4.2機(jī)械手的動畫連接 供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和清晰、準(zhǔn)確的機(jī)械手運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而為維修和故障診斷提供了多方面的可能性，充分提高了系統(tǒng)的工作效率。Abstractcompletethedataacquisition,real-timeandhistoricaldataprocessing,monitoringinterface,providesamoreintuitive,clear,accurate1緒論manifoldmanifoldpossibilities,andfullyimprovetheworkingefficiencyofthevisibility,themaintainabilityisstrong,highperformance,highreliabilityandother機(jī)械手是工業(yè)自動化領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對象。近年來隨著工業(yè)自動化的發(fā)展機(jī)械手逐漸成為一門新興學(xué)科，并得到了較快的發(fā)展。機(jī)械手廣泛地應(yīng)用與鍛壓、沖壓、鍛造、焊接、裝配、機(jī)加、噴漆、熱處理等各個(gè)行業(yè)。特別是在笨重、高溫、有毒、危險(xiǎn)、放射性、多粉塵等惡劣的勞動環(huán)境中，機(jī)械手由于其顯著的優(yōu)點(diǎn)而受到特別重視?？傊?，機(jī)械手是提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件，減輕工人勞動強(qiáng)度和實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動化的一個(gè)重要手段。國內(nèi)外都十分重視它的應(yīng)用和發(fā)展。MCGS是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于的動作過程進(jìn)行了動畫顯示，使機(jī)械手的動作過程更加形象化。經(jīng)成為制造業(yè)生產(chǎn)自動化中重要的機(jī)電設(shè)備。目前，正式投入使用的絕大部分機(jī)械手屬于第一代機(jī)械手，即程序控制機(jī)械手。這代機(jī)械手基本上采用點(diǎn)位控制系統(tǒng)，沒有感覺外界環(huán)境信息的感覺器官，主要用于焊接、噴漆和上下料。第二代機(jī)械手具有感覺器官，仍然以程序控制為基礎(chǔ)，但可以根據(jù)外界環(huán)境信息對控制程序進(jìn)行校正。這代機(jī)械手通常采用接觸傳感器一類的簡單傳感裝置和相應(yīng)的適應(yīng)性算法?，F(xiàn)在，第三代機(jī)械手正在第并具有對復(fù)雜信息進(jìn)行準(zhǔn)確處理，對自己行為做出自主決策能力的智能化能實(shí)現(xiàn)搜索、追蹤、辨色識圖等多種仿生動作，具有專家知識、語音功能和自學(xué)能力等人工智能。目前機(jī)械手技術(shù)有了新的發(fā)展：出現(xiàn)了仿人型機(jī)械手、微型機(jī)械手和微操作系統(tǒng)(如細(xì)小工業(yè)管道機(jī)械手移動探測系統(tǒng)、微型飛行器等)、機(jī)械手化機(jī)器、智能機(jī)械手(不僅可以進(jìn)行事先設(shè)定的動作，還可按照工作狀況相應(yīng)地進(jìn)行動作，如回避障礙物的移動，作業(yè)順序的規(guī)劃，有效的動態(tài)學(xué)展的軍用機(jī)械手也將越來越多地裝備部隊(duì)。國外方面：近幾年國外工業(yè)機(jī)械手領(lǐng)域有如下幾個(gè)發(fā)展趨勢。機(jī)械手?jǐn)M現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械手中的作用已從仿真、預(yù)演發(fā)展到用于過程控制。國內(nèi)方面：目前在一些機(jī)種方面，如噴涂機(jī)械手、弧焊機(jī)械手、點(diǎn)焊機(jī)械手、搬運(yùn)機(jī)械手、裝配機(jī)械手、特種機(jī)械手(水下、爬壁、管道、遙控等機(jī)械手)基本掌握了機(jī)械手操作機(jī)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，解決了控制驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和配置，軟件的設(shè)計(jì)和編制等關(guān)鍵技術(shù)，還掌握了自動化噴漆線、弧焊自動線及其周邊配套設(shè)備的全套自動通信、協(xié)調(diào)控制技術(shù)；在基礎(chǔ)元件方面，諧波減速器、機(jī)械手焊接電源、焊縫自動跟蹤裝置也有了突破。從技術(shù)方面來說，我國已經(jīng)具備了獨(dú)立自主發(fā)展中國機(jī)械手技術(shù)的基礎(chǔ)。2.1.1控制方式的分類傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)備自動控制主要由繼電器或分立的電子線路來實(shí)現(xiàn)，這種控制方式投資相對少一些，目前僅在一些舊式的、簡單的工業(yè)設(shè)備中還有一定市場，但該控制方式卻有以下致命缺陷：(1)僅適合于簡單的邏輯控制；(2)僅適合特殊的工程項(xiàng)目，而沒有通用性；(3)沒有改動和優(yōu)化的可能性。伴隨著工業(yè)自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，我國工業(yè)領(lǐng)域的自動化已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了從繼電器控制到計(jì)算機(jī)控制的轉(zhuǎn)變，計(jì)算機(jī)控制方式具有以下兩個(gè)特點(diǎn)：(1)硬件上至少有一個(gè)微處理器；(2)通過軟件實(shí)現(xiàn)控制思想。本設(shè)計(jì)中使用的傳感器有控制機(jī)械手行程位置的行程開關(guān)和用于檢測大小球的壓力傳感器。2.2.1行程開關(guān)行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，可以安裝在相對靜止的物體(如固定架、等，簡稱靜物)上或者運(yùn)動的物體(如行車、門等，簡稱動物)上。當(dāng)動物接近靜物時(shí)，開關(guān)的連桿驅(qū)動開關(guān)的接點(diǎn)引起閉合的接點(diǎn)分?jǐn)嗷蛘邤嚅_的接點(diǎn)閉合。由開關(guān)接點(diǎn)開、合狀態(tài)的改變?nèi)タ刂齐娐泛蜋C(jī)構(gòu)的動作。行程開關(guān)主要用于將機(jī)械位移轉(zhuǎn)變成電信號，使電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)得行程開關(guān)分為直動式、滾動式和微動式三種。直動式行程開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但容易燒蝕觸頭；滾動式行程開關(guān)克服了直動式行程開關(guān)的缺點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格也較高，所以選擇微動式行程開關(guān)體積小，動作靈敏，適用于小型機(jī)構(gòu)中使用。2.2.2壓力傳感器力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。在選擇壓力傳感器時(shí)應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則。要進(jìn)行—個(gè)具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因?yàn)椋词故菧y量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量。通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)橹挥徐`敏度高時(shí)，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對其方向性則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有—定延遲，希望延遲時(shí)間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點(diǎn)(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，傳感器的線性范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時(shí)，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其當(dāng)所要求測量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進(jìn)行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴(yán)格，要能夠經(jīng)受住長時(shí)間的考壓機(jī)、過程控制、水壓監(jiān)測等。京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司研發(fā)的一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算臺上運(yùn)行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在自動化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其主要特征和功能大體為：具有簡單靈活的可視化操作界面、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、有良好的并行處理性能、有豐富生動的多媒開放式結(jié)構(gòu)、廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能、完善的安全機(jī)制、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能、多樣化的報(bào)警功能、支持多種硬件設(shè)備、方便控制復(fù)雜的運(yùn)行流程、良好的可維護(hù)性和可擴(kuò)充性、設(shè)立對象元件庫組態(tài)工作簡單方便、能實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理等等[用戶的所有組態(tài)配置過程都在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，它幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶組態(tài)生成的結(jié)果是一個(gè)數(shù)據(jù)庫文件，稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫。運(yùn)行環(huán)境是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行系統(tǒng)，它按照組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫中用戶指定的方式進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。運(yùn)行環(huán)境本身沒有任何意義，必須與數(shù)據(jù)庫一起作為一個(gè)整體，才能構(gòu)成用戶引用系統(tǒng)。的關(guān)系如圖3.1所示。組態(tài)環(huán)境：組態(tài)環(huán)境：運(yùn)行環(huán)境：(1)簡單靈活的可視化操作界面；(2)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、良好的并行處理性能；(3)豐富、生動的多媒體畫面；(4)開放式結(jié)構(gòu)，廣泛的數(shù)據(jù)獲取和強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。元件庫，組態(tài)工作簡單方便，易于實(shí)現(xiàn)對工控系統(tǒng)的分布式控制和管理。視窗結(jié)構(gòu)，能夠快速構(gòu)造和生成數(shù)據(jù)管理、報(bào)警處理、流程控制、動畫顯示、報(bào)表輸出等界面，輕松實(shí)現(xiàn)各種工程曲線、報(bào)表、數(shù)據(jù)瀏覽、遠(yuǎn)程通訊、遠(yuǎn)程采集、遠(yuǎn)程診斷等功能的先進(jìn)軟件。件能支持目前市場上絕大部分硬件，其網(wǎng)絡(luò)版更使“決勝千里之外”成為可能。據(jù)進(jìn)行多種數(shù)值處理)、數(shù)據(jù)后處理(可通過各種內(nèi)部函數(shù)、運(yùn)算符、腳本程序?qū)?shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理(提供數(shù)據(jù)瀏覽，各種曲線、報(bào)表等功能構(gòu)件，對存盤數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、排序、運(yùn)算等操作)，數(shù)據(jù)瀏覽構(gòu)件可同時(shí)以表格和曲線的形式顯示存盤數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)曲線可以動態(tài)顯示當(dāng)前的數(shù)據(jù)，并可以設(shè)定上下限值和時(shí)間的長短，以實(shí)時(shí)報(bào)表、歷史報(bào)表、單行報(bào)表、配方管理、數(shù)據(jù)庫管理、數(shù)據(jù)庫瀏覽統(tǒng)計(jì)、多媒體輸出等眾多構(gòu)件。件的眾多長處，只要是稍具外語常識，即可以方便組態(tài)。3.2.1工程的建立(2)選擇文件菜單中的“工程另存為”菜單項(xiàng)，彈出文件保存窗口。程創(chuàng)建完畢。如圖3.3所示。和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)對象是構(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)庫的過程也就是定義數(shù)據(jù)對象的過程。定義數(shù)據(jù)對象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱、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。3.2.2變量的分配在開始定義之前，我們先對系統(tǒng)進(jìn)行分析，確定需要的變量。本系統(tǒng)表3.2.1機(jī)械手控制系統(tǒng)變量分配表初值00111111動0止位0000量0量03.2.3變量定義的步驟頁，如圖3.4所示。窗口中列出了系統(tǒng)已有變量“數(shù)據(jù)對象”的名稱。其中一部分為系統(tǒng)內(nèi)部建立的數(shù)據(jù)對象?，F(xiàn)在要將表中定義的數(shù)據(jù)對象添加進(jìn)去。(2)單擊工作臺右側(cè)“新增對象”按鈕，在窗口的數(shù)據(jù)對象列表中，增加了一個(gè)新的數(shù)據(jù)對象，如圖3.5所示。 (7)單擊“保存”按鈕。3.2.4設(shè)備與變量連接(1)在工作臺“設(shè)備窗口”中雙擊“設(shè)備窗口”圖標(biāo)進(jìn)入。(2)點(diǎn)擊工具條中的“工具箱”圖標(biāo)，打開“設(shè)備工具箱”。(4)在可選設(shè)備列表中，雙擊“通用設(shè)備”。(6)雙擊模擬設(shè)備圖標(biāo)，將“模擬設(shè)備”添加到右側(cè)選定設(shè)備列表中。(7)單擊確認(rèn)并保存。到設(shè)備組態(tài)窗口中，如圖3.8所示。(9)雙擊“設(shè)備0-[模擬設(shè)備]”，進(jìn)入模擬設(shè)備屬性設(shè)置窗口，如圖4.9。(10)設(shè)置內(nèi)部屬性完成之后單擊確認(rèn)，完成內(nèi)部屬性設(shè)置。(11)單擊保存，完成設(shè)備與變量連接。(3)將窗口名稱改為：封面窗口；窗口標(biāo)題改為：封面窗口；窗口位置(5)將窗口名稱改為：機(jī)械手監(jiān)控畫面；窗口標(biāo)題改為：機(jī)械手監(jiān)控畫中的“設(shè)置為啟動窗口”選項(xiàng)，將該窗口設(shè)置為運(yùn)行時(shí)自動加載的窗口。對“機(jī)械手監(jiān)控畫面”進(jìn)行同樣的設(shè)置。3.3.1監(jiān)控畫面的制作夾，選中“機(jī)械手”元件，按“確定”按鈕把“機(jī)械手”元件添加手夾緊、放松、上升、下降、左移、右移等動作。運(yùn)行時(shí)，指示燈隨機(jī)械手動作變化做相應(yīng)指示。3.3.2運(yùn)行策略的建立及腳本程序的編寫示。略工具箱”中的“腳本程序”將鼠標(biāo)指針移到策略塊圖標(biāo)上，單擊鼠標(biāo)左鍵，添加腳本程序構(gòu)件。如圖4.16腳本程序如下：3.4.1指示燈的動畫連接(1)雙擊啟動指示燈，彈出“單元屬性設(shè)置”窗口。(2)單擊“動畫連接”選項(xiàng)卡，進(jìn)入該頁。(4)單擊“>”按鈕，彈出“動畫組態(tài)屬性設(shè)置”窗口。單(5)選中“可見度”選項(xiàng)卡，其他項(xiàng)不選。(6)單擊“可見度”選項(xiàng)卡進(jìn)入該頁，如圖3.18所示。(8)在“當(dāng)表達(dá)式非零時(shí)”一欄，選擇“對應(yīng)圖符可見”。(9)單擊“確認(rèn)”按鈕，退出“可見度”設(shè)置頁。(10)單擊“確認(rèn)”按鈕，退出“單元屬性設(shè)置”窗口，結(jié)束啟動指示燈的動畫連接。(11)單擊“保存”按鈕。(12)依次對其他指示燈進(jìn)行設(shè)置，依照步驟(1)~(11)。經(jīng)過這樣的連接，當(dāng)按下機(jī)械手或畫面上的啟動按鈕后，不但相應(yīng)變量的值會改變，相應(yīng)指示燈也會出現(xiàn)亮滅的改變。3.4.2機(jī)械手的動畫連接顯示。如果讓機(jī)械手在畫面上動起來，看起來就更真實(shí)、生動了。為體現(xiàn)機(jī)械手上升、下降、左移、右移、吸球、放松等動作，圖中機(jī)械手、球、橫滑桿等部分需要隨動作進(jìn)行水平移動，球要做垂直移動。型：數(shù)值型。態(tài)條左側(cè)文字代表當(dāng)前操作狀態(tài)，右側(cè)顯示被選中對象的(3)估計(jì)總垂直移動距離：在上球底邊與下球底邊之間畫一條直線，根據(jù)狀態(tài)條大小指示可知直線長度即總垂直移動距離。(4)在腳本程序的開始處增加“動畫控制”語句：(5)在機(jī)械手監(jiān)控畫面中選中并雙擊上球，彈出“屬性設(shè)置”窗口。(6)在“位置動畫連接”一欄中選中“垂直移動”，單擊“垂直移動”選項(xiàng)卡，進(jìn)入該頁。(7)按照圖3.19所示在“表達(dá)式”一欄填入：垂直移動量。在垂直移動連接欄填入各項(xiàng)參數(shù)。單擊“確認(rèn)”按鈕，存盤。(8)進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，單擊“啟動”按鈕，觀察動作。(1)水平移動總距離的測量：在球初始位置和移動目的地之間畫一條直線，記下狀態(tài)條大小指示，此參數(shù)即為總水平移動距離。(2)在數(shù)據(jù)庫中增加一個(gè)變量：水平移動量，數(shù)值型，初值為0。(3)在腳本程序中增加以下代碼：(5)在機(jī)械手監(jiān)控畫面中選中并雙擊上球，彈出“屬性設(shè)置”窗口。(6)在“位置動畫連接”一欄中選中“水平移動”，單擊“水選項(xiàng)卡，進(jìn)入該頁。(7)按照圖3.20所示在“表達(dá)式”一欄填入：水平移動量。在水平移動連接欄填入各項(xiàng)參數(shù)。單擊“確認(rèn)”按鈕，存盤。(8)進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境，單擊“啟動”按鈕，觀察動作。(1)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中填加一個(gè)變量：工件夾緊標(biāo)志，初值：0，類型：開關(guān)。(2)在腳本程序中加入兩條語句：(3)選中上球，在“屬性設(shè)置”頁選擇可見度。(5)選中并雙擊下小球，將其可見度屬性設(shè)置為與上球相反，即當(dāng)工件夾緊標(biāo)志非零時(shí)，對應(yīng)圖符不可見。(6)存盤，進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境調(diào)試組態(tài)工程運(yùn)行界面。在運(yùn)行中通過對按鈕的操作可檢測所編程序的正確與否。參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手控制系統(tǒng)的不同工作需求，機(jī)械手控制系統(tǒng)具有了很大置來加強(qiáng)對機(jī)械手的管理，提供較為直觀、清進(jìn)而為維修和故障診斷提供多方