基于MCGS的机械手控制系统

长沙航空职业技术学院毕业设计(论文)1长沙航空职业技术学院（2012届）毕业设计（论文）基于MCGS的机械手控制系统学院、系：航空电子电气工程系专业：生产过程自动化技术学生姓名：龙裕明班级：自动化0902学号27指导教师姓名：阳宇辉职称讲师2012年5月长沙航空职业技术学院毕业设计(论文)2目录封面…………………………………………………………………1摘要…………………………………………………………………41绪论………………………………………………………………61.1课题研究的目的及意义……………………………………61.2国内外机械手研究状况……………………………………62机械手控制方式的选择和可编程序控制器介绍………………82.1机械手控制方式的选择……………………………………82.1.1控制方式的分类………………………………………82.2传感器………………………………………………………82.2.1行程开关………………………………………………82.2.2压力传感器……………………………………………93MCGS在机械手控制中的作用…………………………………113.1MCGS的概述………………………………………………113.1.1MCGS的简介…………………………………………113.1.2MCGS的构成…………………………………………113.1.3MCGS主要特性和功能………………………………123.1.4MCGS的编程语言……………………………………133.1.5MCGS的数据结构……………………………………133.1.6MCGS的作用…………………………………………143.2工程的建立与变量的定义…………………………………14长沙航空职业技术学院毕业设计(论文)33.2.1工程的建立……………………………………………143.2.2变量的分配……………………………………………153.2.3变量的定义步骤………………………………………173.2.4设备与变量连接………………………………………193.3工程画面的建立……………………………………………223.3.1监控画面的制作………………………………………243.3.2运行策略的建立及脚本程序的编写…………………263.4动画的连接…………………………………………………313.4.1指示灯的动画连接……………………………………313.4.2机械手的动画连接……………………………………333.5组态运行……………………………………………………37结论…………………………………………………………………38致谢…………………………………………………………………39参考文献……………………………………………………………40附录A系统流程图…………………………………………………41附录B硬件接线图…………………………………………………42长沙航空职业技术学院毕业设计(论文)4摘要MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem)是一套Windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS为用户提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、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。MCGS在机械手控制系统中的应用。利用组态软件MCGS设计了机械手模型控制系统监控界面，提供了较为直观、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。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点。关键词：MCGS机械手长沙航空职业技术学院毕业设计(论文)5AbstractMCGS(MonitorandControlGeneratedSystem)isasetofWindowsplatform,usedforrapidconstructionandgenerationofPCcontrolsystemconfigurationsoftwaresystem.MCGSprovidesuserswithsolvingthepracticalproblemsinthecompleteplananddevelopmentplatform,cancompletethedataacquisition,real-timeandhistoricaldataprocessing,alarmandsecuritymechanism,processcontrol,animationdisplay,trendcurveandreportoutputandenterprisemonitoringnetworkandotherfunctions.MCGSinmanipulatorcontrolsystemapplication.UsingtheconfigurationsoftwareMCGSdesignofthemanipulatormodelcontrolsystemmonitoringinterface,providesamoreintuitive,clear,accuratemanipulatoroperationstate,andfortherepairandfaultdiagnosisforthemanifoldpossibilities,andfullyimprovetheworkingefficiencyofthesystem.MCGShastheadvantagesofsimpleoperation,goodvisibility,themaintainabilityisstrong,highperformance,highreliabilityandotherprominentfeatures.Keywords:MCGS;Manipulator;长沙航空职业技术学院毕业设计(论文)61绪论1.1课题研究的目的及意义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Microsoft的各种32位Windows平台上运行，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，在自动化领域中有着广泛的应用。本设计通过MCGS组态软件对机械手进行监控，将机械手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。1.2国内外机械手研究概况机械手自二十世纪六十年代初问世以来，经过40多年的发展，现在已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一、第二代机械手的基础上蓬勃发展起来，它是能感知外界环境与对象物，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机械手。它能识别景物，具有触觉、视觉、力觉、听觉、味觉等多种感觉，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。长沙航空职业技术学院毕业设计(论文)7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，有效的动态学习等)。机械手的应用领域正在向非制造业和服务业方向扩展，并且蓬勃发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。机械手性能不断提高，而单机价格不断下降；机械结构向模块化、可重构化发展；控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展；传感器作用日益重要；虚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。长沙航空职业技术学院毕业设计(论文)82机械手控制方式的选择和可编程序控制器简介2.1机械手控制方式的选择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。目前，工业自动化领域比较典型的控制方式有：(1)可编程序逻辑控制器(PLC)；(2)工业控制计算机(IPC)；(3)集散控制系统(DCS)。2.2传感器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、门框等，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以改变，从而控制机械动作或用作程序控制。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长沙航空职业技术学院毕业设计(论文)9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。本设计选用LX19-K行程开关。LX19系列行程开关，适用于交流50Hz，电压至380V，直流电压至220V，约定发热电流至5A的控制电路中，动作行程1.5~3.5mm，作控制运动机构的行程和变换其运动方向或速度之用。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。1、根据测量对象与测量环境确定传感器类型要进行—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，则需要根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑以下一些具体问题：量程的大小；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。2、灵敏度选择通常，在传感器的线性范围内，希望传感器的灵敏度