机械制造行业基于MCGS的机械手控制系统

机械制造行业基于制系统 指导教师姓名： ……………………1 ……………………4 ………6 6 6 8 82.1.1控制方式的分类 8 82.2.1行程开关 82.2.2压力传感器 9 3.2.1工程的建立 3.2.2变量的分配 3.2.3变量的定义步骤 3.2.4设备与变量连接 3.3.1监控画面的制作 3.3.2运行策略的建立及脚本程序的编写 3.4.1指示灯的动画连接 3.4.2机械手的动画连接 供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和清晰、准确的机械手运行状态，进而为维修和故障诊断提供了多方面的可能性，充分提高了系统的工作效率。Abstractcompletethedataacquisition,real-timeandhistoricaldataprocessing,monitoringinterface,providesamoreintuitive,clear,accurate1绪论manifoldmanifoldpossibilities,andfullyimprovetheworkingefficiencyofthevisibility,themaintainabilityisstrong,highperformance,highreliabilityandother机械手是工业自动化领域中经常遇到的一种控制对象。近年来随着工业自动化的发展机械手逐渐成为一门新兴学科，并得到了较快的发展。机械手广泛地应用与锻压、冲压、锻造、焊接、装配、机加、喷漆、热处理等各个行业。特别是在笨重、高温、有毒、危险、放射性、多粉尘等恶劣的劳动环境中，机械手由于其显著的优点而受到特别重视。总之，机械手是提高劳动生产率，改善劳动条件，减轻工人劳动强度和实现工业生产自动化的一个重要手段。国内外都十分重视它的应用和发展。MCGS是一套用于快速构造和生成计算机监控系统的组态软件，它能够在基于的动作过程进行了动画显示，使机械手的动作过程更加形象化。经成为制造业生产自动化中重要的机电设备。目前，正式投入使用的绝大部分机械手属于第一代机械手，即程序控制机械手。这代机械手基本上采用点位控制系统，没有感觉外界环境信息的感觉器官，主要用于焊接、喷漆和上下料。第二代机械手具有感觉器官，仍然以程序控制为基础，但可以根据外界环境信息对控制程序进行校正。这代机械手通常采用接触传感器一类的简单传感装置和相应的适应性算法。现在，第三代机械手正在第并具有对复杂信息进行准确处理，对自己行为做出自主决策能力的智能化能实现搜索、追踪、辨色识图等多种仿生动作，具有专家知识、语音功能和自学能力等人工智能。目前机械手技术有了新的发展：出现了仿人型机械手、微型机械手和微操作系统(如细小工业管道机械手移动探测系统、微型飞行器等)、机械手化机器、智能机械手(不仅可以进行事先设定的动作，还可按照工作状况相应地进行动作，如回避障碍物的移动，作业顺序的规划，有效的动态学展的军用机械手也将越来越多地装备部队。国外方面：近几年国外工业机械手领域有如下几个发展趋势。机械手拟现实技术在机械手中的作用已从仿真、预演发展到用于过程控制。国内方面：目前在一些机种方面，如喷涂机械手、弧焊机械手、点焊机械手、搬运机械手、装配机械手、特种机械手(水下、爬壁、管道、遥控等机械手)基本掌握了机械手操作机的设计制造技术，解决了控制驱动系统的设计和配置，软件的设计和编制等关键技术，还掌握了自动化喷漆线、弧焊自动线及其周边配套设备的全套自动通信、协调控制技术；在基础元件方面，谐波减速器、机械手焊接电源、焊缝自动跟踪装置也有了突破。从技术方面来说，我国已经具备了独立自主发展中国机械手技术的基础。2.1.1控制方式的分类传统的工业设备自动控制主要由继电器或分立的电子线路来实现，这种控制方式投资相对少一些，目前仅在一些旧式的、简单的工业设备中还有一定市场，但该控制方式却有以下致命缺陷：(1)仅适合于简单的逻辑控制；(2)仅适合特殊的工程项目，而没有通用性；(3)没有改动和优化的可能性。伴随着工业自动化技术的迅速发展，我国工业领域的自动化已经基本实现了从继电器控制到计算机控制的转变，计算机控制方式具有以下两个特点：(1)硬件上至少有一个微处理器；(2)通过软件实现控制思想。本设计中使用的传感器有控制机械手行程位置的行程开关和用于检测大小球的压力传感器。2.2.1行程开关行程开关又称限位开关，可以安装在相对静止的物体(如固定架、等，简称静物)上或者运动的物体(如行车、门等，简称动物)上。当动物接近静物时，开关的连杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的改变去控制电路和机构的动作。行程开关主要用于将机械位移转变成电信号，使电动机的运行状态得行程开关分为直动式、滚动式和微动式三种。直动式行程开关的优点是结构简单，成本低，但容易烧蚀触头；滚动式行程开关克服了直动式行程开关的缺点，但其结构复杂，价格也较高，所以选择微动式行程开关体积小，动作灵敏，适用于小型机构中使用。2.2.2压力传感器力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。在选择压力传感器时应遵循以下几个原则。要进行—个具体的测量工作，首先要考虑采用何种原理的传感器，这需要分析多方面的因素之后才能确定。因为，即使是测量同一物理量，也有多种原理的传感器可供选用，哪一种原理的传感器更为合适，则需要根被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方法，有线或是非接触测量。通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好。因为只有灵敏度高时，与被测量变化对应的输出信号的值才比较大，有利于信号处理。但要注意的是，传感器的灵敏度高，与被测量无关的外界噪声也容易混入，也会被放大系统放大，影响测量精度。因此，要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。传感器的灵敏度是有方向性的。当被测量是单向量，而且对其方向性则要求传感器的交叉灵敏度越小越好。传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许频率范围内保持不失真的测量条件，实际上传感器的响应总有—定延迟，希望延迟时间越短越好。传感器的频率响应高，可测的信号频率范围就宽，而由于受到结构特性的影响，机械系统的惯性较大，因有频率低的传感器可测信号的频率较低。在动态测量中，应根据信号的特点(稳态、瞬态、随机等)响应特性，传感器的线性范围是指输出与输入成正比的范围。以理论上讲，在此范围内，灵敏度保持定值。传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。在选择传感器时，当传感器的种类确定以后首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其当所要求测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看作线性的，这会给测量带来极大的方便。传感器使用一段时间后，其性能保持不变化的能力称为稳定性。影响传感器长期稳定性的因素除传感器本身结构因此，要使传感器具有良好的稳定性，传感器必须要有较强的环境适应能力。在选择传感器之前，应对其使用环境进行调查，并根据具体的使用环境选择合适的传感器，或采取适当的措施，减小环境的影响。传感器的稳定性有定量指标，在超过使用期后，在使用前应重新进行标定，以确定传感器的性能是否发生变化。在某些要求传感器能长期使用而又不能轻易更换或标定的场合，所选用的传感器稳定性要求更严格，要能够经受住长时间的考压机、过程控制、水压监测等。京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套用于快速构造和生成计算台上运行，通过对现场数据的采集处理，以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案，在自动化领域有着广泛的应用。其主要特征和功能大体为：具有简单灵活的可视化操作界面、实时性强、有良好的并行处理性能、有丰富生动的多媒开放式结构、广泛的数据获取和强大的数据处理功能、完善的安全机制、强大的网络功能、多样化的报警功能、支持多种硬件设备、方便控制复杂的运行流程、良好的可维护性和可扩充性、设立对象元件库组态工作简单方便、能实现对工控系统的分布式控制和管理等等[用户的所有组态配置过程都在组态环境中进行，组态环境相当于一套完整的工具软件，它帮助用户设计和构造自己的应用系统。用户组态生成的结果是一个数据库文件，称为组态结果数据库。运行环境是一个独立的运行系统，它按照组态结果数据库中用户指定的方式进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。运行环境本身没有任何意义，必须与数据库一起作为一个整体，才能构成用户引用系统。的关系如图3.1所示。组态环境：组态环境：运行环境：(1)简单灵活的可视化操作界面；(2)实时性强、良好的并行处理性能；(3)丰富、生动的多媒体画面；(4)开放式结构，广泛的数据获取和强大的数据处理功能。元件库，组态工作简单方便，易于实现对工控系统的分布式控制和管理。视窗结构，能够快速构造和生成数据管理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等界面，轻松实现各种工程曲线、报表、数据浏览、远程通讯、远程采集、远程诊断等功能的先进软件。件能支持目前市场上绝大部分硬件，其网络版更使“决胜千里之外”成为可能。据进行多种数值处理)、数据后处理(可通过各种内部函数、运算符、脚本程序对实时采集的数据进行处理)、实时数据处理(提供数据浏览，各种曲线、报表等功能构件，对存盘数据库的数据进行查询、排序、运算等操作)，数据浏览构件可同时以表格和曲线的形式显示存盘数据库中数据，实时曲线可以动态显示当前的数据，并可以设定上下限值和时间的长短，以实时报表、历史报表、单行报表、配方管理、数据库管理、数据库浏览统计、多媒体输出等众多构件。件的众多长处，只要是稍具外语常识，即可以方便组态。3.2.1工程的建立(2)选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。程创建完毕。如图3.3所示。和数据处理中心。数据对象是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也就是定义数据对象的过程。定义数据对象的内容主要包括：指定数据变量的名称、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。3.2.2变量的分配在开始定义之前，我们先对系统进行分析，确定需要的变量。本系统表3.2.1机械手控制系统变量分配表初值00111111动0止位0000量0量03.2.3变量定义的步骤页，如图3.4所示。窗口中列出了系统已有变量“数据对象”的名称。其中一部分为系统内部建立的数据对象。现在要将表中定义的数据对象添加进去。(2)单击工作台右侧“新增对象”按钮，在窗口的数据对象列表中，增加了一个新的数据对象，如图3.5所示。 (7)单击“保存”按钮。3.2.4设备与变量连接(1)在工作台“设备窗口”中双击“设备窗口”图标进入。(2)点击工具条中的“工具箱”图标，打开“设备工具箱”。(4)在可选设备列表中，双击“通用设备”。(6)双击模拟设备图标，将“模拟设备”添加到右侧选定设备列表中。(7)单击确认并保存。到设备组态窗口中，如图3.8所示。(9)双击“设备0-[模拟设备]”，进入模拟设备属性设置窗口，如图4.9。(10)设置内部属性完成之后单击确认，完成内部属性设置。(11)单击保存，完成设备与变量连接。(3)将窗口名称改为：封面窗口；窗口标题改为：封面窗口；窗口位置(5)将窗口名称改为：机械手监控画面；窗口标题改为：机械手监控画中的“设置为启动窗口”选项，将该窗口设置为运行时自动加载的窗口。对“机械手监控画面”进行同样的设置。3.3.1监控画面的制作夹，选中“机械手”元件，按“确定”按钮把“机械手”元件添加手夹紧、放松、上升、下降、左移、右移等动作。运行时，指示灯随机械手动作变化做相应指示。3.3.2运行策略的建立及脚本程序的编写示。略工具箱”中的“脚本程序”将鼠标指针移到策略块图标上，单击鼠标左键，添加脚本程序构件。如图4.16脚本程序如下：3.4.1指示灯的动画连接(1)双击启动指示灯，弹出“单元属性设置”窗口。(2)单击“动画连接”选项卡，进入该页。(4)单击“>”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。单(5)选中“可见度”选项卡，其他项不选。(6)单击“可见度”选项卡进入该页，如图3.18所示。(8)在“当表达式非零时”一栏，选择“对应图符可见”。(9)单击“确认”按钮，退出“可见度”设置页。(10)单击“确认”按钮，退出“单元属性设置”窗口，结束启动指示灯的动画连接。(11)单击“保存”按钮。(12)依次对其他指示灯进行设置，依照步骤(1)~(11)。经过这样的连接，当按下机械手或画面上的启动按钮后，不但相应变量的值会改变，相应指示灯也会出现亮灭的改变。3.4.2机械手的动画连接显示。如果让机械手在画面上动起来，看起来就更真实、生动了。为体现机械手上升、下降、左移、右移、吸球、放松等动作，图中机械手、球、横滑杆等部分需要随动作进行水平移动，球要做垂直移动。型：数值型。态条左侧文字代表当前操作状态，右侧显示被选中对象的(3)估计总垂直移动距离：在上球底边与下球底边之间画一条直线，根据状态条大小指示可知直线长度即总垂直移动距离。(4)在脚本程序的开始处增加“动画控制”语句：(5)在机械手监控画面中选中并双击上球，弹出“属性设置”窗口。(6)在“位置动画连接”一栏中选中“垂直移动”，单击“垂直移动”选项卡，进入该页。(7)按照图3.19所示在“表达式”一栏填入：垂直移动量。在垂直移动连接栏填入各项参数。单击“确认”按钮，存盘。(8)进入运行环境，单击“启动”按钮，观察动作。(1)水平移动总距离的测量：在球初始位置和移动目的地之间画一条直线，记下状态条大小指示，此参数即为总水平移动距离。(2)在数据库中增加一个变量：水平移动量，数值型，初值为0。(3)在脚本程序中增加以下代码：(5)在机械手监控画面中选中并双击上球，弹出“属性设置”窗口。(6)在“位置动画连接”一栏中选中“水平移动”，单击“水选项卡，进入该页。(7)按照图3.20所示在“表达式”一栏填入：水平移动量。在水平移动连接栏填入各项参数。单击“确认”按钮，存盘。(8)进入运行环境，单击“启动”按钮，观察动作。(1)在实时数据库中填加一个变量：工件夹紧标志，初值：0，类型：开关。(2)在脚本程序中加入两条语句：(3)选中上球，在“属性设置”页选择可见度。(5)选中并双击下小球，将其可见度属性设置为与上球相反，即当工件夹紧标志非零时，对应图符不可见。(6)存盘，进入运行环境调试组态工程运行界面。在运行中通过对按钮的操作可检测所编程序的正确与否。参数，实现机械手控制系统的不同工作需求，机械手控制系统具有了很大置来加强对机械手的管理，提供较为直观、清进而为维修和故障诊断提供多方