基于MCGS的机械手系统控制毕业设计

目录摘要…………………31 前言……………32 MCGS组态软件概述……………42.1 MCGS组态软件的基本特点和功能……………42.2 MCGS的分类和发展…………52.3MCGS的编程语言……………6

2.4MCGS的数据结构……………72.5MCGS的作用…………………7

3MCGS组态设计…………………8

3.1建立画面……………………8

3.1.1建立画面的方法………8

3.1.2定义组态变量…………9

3.1.3变量类型………………9

3.1.4开关型变量的建立……………………10

3.1.5数值型变量的建立……………………10

3.1.6动画设计……………11

3.2脚本程序设计与调试………12

3.2.1脚本程序设计………12

3.2.2调试…………………16

3.3MCGS手动控制设计…………16

3.3.1MCGS工程的建立和变量的定义………16

3.3.2变量定义的步骤………18

3.3.3动画的制作及链接……………………19

3.3.4调试…………………224 机械手的验证…………………234.1机械手手动画面的验证………23

4.1.1手动画面的进入………23

4.1.2夹紧效果……………24

4.1.3上移效果……………24

4.1.4右移效果……………25

4.1.5下移效果……………25

4.1.6放松效果……………264.2机械手自动画面的验证……………………264.2.1机械手自动监控画面…………………264.2.2机械手自动控制移动画面……………274.3PLC的验证………………27

4.3.1定时器………………274.3.2指示灯显示…………274.4验证结果…………………28

5结论…………29

6参考文献……………………307致谢…………31摘要：MCGS是一种用于快速构造和生成嵌入式计算机监控系统的组态软件，它的组态环境能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，运行环境则是在实时多任务嵌入式操作系统WindowsCE中运行。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，机械手控制系统具体的实现是利用PLC控制，通过PLC控制，使得机械手能够按照一定的模式动作，经过调试，最终可以可靠运行。MCGS全中文组态软件的应用，使得用PLC控制的机械手界面更友好，可操作性更强。关键词：机械手；PLC；MCGS；控制

1前言机械手能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，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。当今社会，科学技术飞速发展，人类活动给世界带来了巨大的改变。在科技进步的同时，以各种控制器控制的不同类型的机械手以其突出的性能越来越多的被人们所应用。机械手在不同的作业场合，尤其是在特殊的环境背景下，为人类活动的顺利快速进行带来了极大的方便和益处，尤为明显的是在工业及军事领域内。工业中大量的生产活动，存在着很多不便于人类操纵的环节，特别是在工作环境较危险的情况下，如果使用具有远程控制功能的机械手，则可以增加系统的安全性，大大的节约损耗，提高效率。可见，在自动化、工业化进程中，在特殊背景环境中使用机械手已成为一种必然的趋势。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科学，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、反射性、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。2．MCGS组态软件概述2．1MCGS组态软件的基本特点和功能

MCGS组态软件具有以下基本特点和功能：（1）全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统。（2）庞大的标准图形库、完备的绘图工具、22种不同形式的渐进色填充功能以及丰富的多媒体支持，能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的丰富多样、精美的工程画面。（3）MCGS组态软件不仅增添了在运行环境下支持图形的旋转功能，而且在组态环境下也可以对图形进行任意角度的旋转，能轻松完成难度较大的图形组态工作。（4）全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。（5）通用性强，支持目前绝大多数硬件设备，每个用户根据工程实际情况，利用通用组态软件提供的底层设备（PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等）的I/ODriver、开放式的数据库和画面制作工具，就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程，不受行业限制。

（6）封装性好（易学易用），MCGS工控组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来，对于用户，不需掌握太多的编程语言技术（甚至不需要编程技术），简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。（7）强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。（8）方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。（9）完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，MCGS还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。2.2MCGS的分类和发展

MCGS组态软件包括三个版本，分别是网络版、通用版、嵌入版。

MCGS网络版先进的C/S（k客户端/服务器）结构，客户端只需要使用标准的IE浏览器就可以实现对服务器的浏览和控制·良好性价比：整个网络系统只需一套网络版软件（包括通用版所有功能），客户端不需装MCGS的任何软件，即可完成整个网络监控系统MCGS网络版服务器不要安装其他任何辅助软件，客户操作起来得心应手MCGS嵌入版、通用版、网络版可以无缝连接，节省大量的开发和调试时间，MCGS网络版支持局域网、广域网、企业专线和Modem拨号等多种连接方式，方便的实现企业的范围和距离的扩充。MCGS通用版是北京昆仑通态数十位软件开发精英，历时整整一年时间，辛勤耕耘的结晶，MCGS通用版无论在界面的友好性、内部功能的强大性、系统的可扩充性、用户的使用性以及设计理念上都有一个质的飞跃，是国内组态软件行业划时代的产品，必将带领国内的组态软件上一个新的台阶。

MCGS嵌入版是在MCGS通用版的基础上开发的，专门应用于嵌入式计算机监控系统的组态软件，MCGS嵌入版包括组态环境和运行环境两部分，它的组态环境能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行，运行环境则是在实时多任务嵌入式操作系统WindowsCE中运行。适应于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等综合性能有严格要求的专用计算机系统。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。此外MCGS嵌入版还带有一个模拟运行环境，用于对组态后的工程进行模拟测试，方便用户对组态过程的调试。2.3MCGS的编程语言MCGS全中文组态软件，采用C++语言编制，核心为组态结构。构架合理、连接灵活，结构层次清晰，方便用户的定制开发。它是基于WIN95/98/NT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。MCGS组态软件采用Basic的脚本语言编程，具有强大的图形化流程策略组态工具，使编程工作降到最少，令用户爱不释手。MCGS全中文组态软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。

2.4MCGS的数据结构MCGS数据库管理功能强大，分为数据前处理(可以对设备采集进来的数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)，同时可以挂接外部数据库，实现ODBC接口和OLE实时调用，可以和SOL、Server、Oracle、Access等数据库相连，提供多种数据转换方式，每种方法都可以独立使用或组合使用。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，以便于用户查询，同时提供EXCEL报表和MCGS自由报表。2.5MCGS的作用MCGS全中文组态软件是真正的32位程序，支持多任务、多线程，提供近百种绘图工具和基本图符。使用ActiveDLL把设备驱动挂接在系统之中，支持数据采集板、智能模块、智能仪表、PLC、变频器、网络设备，它支持ActiveX控件，包括温控曲线、实时曲线、计划曲线、历史曲线、XY曲线、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。MCGS全中文组态软件可完整实现ODBC接口，可与SQLServer、Oraver、Oracle、Access等主要数据库相连，可实现各种复杂的报表，并以不同方式增加、删除数据库中的记录，支持CAN、PROFIBUS、HART、LONWORKS等多种现场总线。它还具有强大的网络功能，支持TCP/IP、MODEM、485/422/232等多种网络数据传输方案，提供4级安全保密机制。工程组态软件MCGS的最大优点是组态方便，它融会了中外工控组态软件的众多长处，只要是稍具外语常识，即可以方便组态。

3．MCGS组态设计

3.1建立画面

3.1.1建立画面的方法

建立画面的方法有两种：图库法、绘图法。

1.图库法

利用“插入元件”工具选择“其他”元件库中的“管道95”和“管道96”如图1.1所示。

图1.1图库法

2.绘图法

单击绘图工具箱中的“矩形”工具按钮，拖动鼠标光标，在图中适当位置拖出一个大小合适的矩形框图，右键点击框图，在“填充效果”中选择蓝色如图1.2.所示。

图1.2绘图法

3.1.2定义组态变量

机械手设计系统变量的类型主要分为两种变量：开关型、数值型。

3.1.3变量类型

数据库变量的确定如表2所示。

表2数据库变量

3.1.4开关型变量的建立

（1）“对象初值”改为：0；“对象类型”选择：开关型；单击“确定”。如图1.3所示。

（2）按照此步骤，根据上面列表，设置其他数据对象。

（3）单击“保存”按钮。

图1.3开关元素建立

3.1.5数值型变量的建立

（1）“对象初值”改为：0；“对象类型”选择：数值型；单击“确定”。如图1.4所示。

（2）按照此步骤，根据上面列表，设置其他数据对象。

（3）单击“保存”按钮。

图1.4数值型变量建立

3.1.6动画设计

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。(3)单击“组合图符”，出现“？”、“>”按钮。(4)单击“>”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。单击“属性设置”选项卡，进入该页，如图1.5所示。

图1.5动画组态属性设置

(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1.6所示。

图1.6动画组态属性可见度设置

(7)在“表达式”一栏，单击“？”按钮，弹出当前用户定义的所有数据对象列表，双击“启动按钮”。(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，依照步骤建立其他变量。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。

3.2脚本程序设计与调试

3.2.1脚本程序设计

在“实时数据库”中增加一个新变量“垂直移动量”，初值：0，类型：数值型。单击“查看”菜单，选择“状态条”，在屏幕下方出现状态条。状态条左侧文字代表当前操作状态，右侧显示被选中对象的坐标和大小。估计总垂直移动距离：在上工件底边与下工件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，垂直移动距离为104。如图1.7所示。

图1.7动画组态属性垂直设置

在脚本程序的开始处增加“动画控制”语句：IF下移=0THEN垂直移动量=垂直移动量+1ENDIFIF上升=0THEN垂直移动量=垂直移动量-1ENDIF变化率=1个相素/每次，即每执行一次脚本程序，垂直移动量加1或减1，当然变化率也可以选大些或小些。

1、计算垂直移动一次脚本程序执行次数：次数=下移时间（上升时间）/循环策略执行间隔=5s/200ms=25次。(1)计算：垂直移动量的最大值=循环次数*变化率=25*1=25。(2)在机械手监控画面中选中并双击上工件，弹出“属性设置”窗口。(3)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。(4)按照图1.7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。(5)进入运行环境，单击“启动”按钮，观察动作。

2、水平移动动画连接(1)水平移动总距离的测量：在工件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。移动距离为180。

(2)在数据库中增加一个变量：水平移动量，数值型，初值为0。

图1.8动画组态属性水平设置

(3)脚本程序中增加以下代码：IF前伸＝0THEN水平移动量=水平移动量+1ENDIFIF后缩＝0THEN水平移动量=水平移动量-1ENDIF

(1)脚本程序执行次数＝后缩时间（前伸时间）／循环策略执行时间=10s/200s=50次。

(1)计算：水平移动量的最大值=循环次数*变化率=50*1=50，即当水平移动量＝50时，水平移动距离为180。(2)如图1.8所示对右滑杆、机械手、上工件、气夹分别进行水平动画连接。参数设置的意思是：当水平移动量=0时，向右移动距离为0；当水平移动量＝50时，向右移动距离为180。(3)进入运行环境调试。

3、工件移动动画的实现：

(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：IF夹紧=1THEN工件夹紧标志=1‘处于夹紧状态

ENDIFIF放松=1THEN工件夹紧标志=10‘处于放松状态ENDIF3动画组态属性工作加紧设置(1)选中下工件，在“属性设置”页中选择可见度。(2)进入“可见度”页，在表达式一栏填入：工件夹紧标志；当表达式非零时，选择：对应图符不可见。意思是：当工件夹紧标志＝1时，下工件不可见；当工件夹紧标志＝0时，下工件可见。如图1.9所示。(3)选中并双击上工件，将其可见度属性设置为与下工件相反，即当工件夹紧标志非零时，对应图符可见。如图1.9.1所示。

图1.9动画组态属性工作加紧设置

图1.9.1动画组态属性工作加紧设置

(4)依照步骤以上步骤对机械手进行设置(5)存盘，进入运行环境调试。(6)删去画面中不需要的图符。

3.2.2调试

保存所有组态设置，然后关闭组态监控程序。将PLC程序下传到PLC装置中并让其运行，切换到离线状态，然后启动MCGS，进入组态工程运行界面。在运行中通过对按钮的操作可检测所编程序的正确与否。经过运行测试，该组态监控软件可对机械手控制系统的动作过程进行有效监控，PLC程序达到了控制要求。

3.3MCGS手动控制设计

3.3.1MCGS工程的建立和变量的定义

(1)首先双击桌面MCGS组态环境图标，进入组态环境，屏幕中间窗口为工作台。(2)单击文件菜单中“新建工程”选项，自动生成新建工程，默认的工程名为：“新建工程0.MCG”。(3)选择文件菜单中的“工程另存为”菜单项，弹出文件保存窗口。(4)在文件名一栏内输入“机械手控制系统”，点击“保存”按钮，工程创建完毕。如图1.11所示。

图1.11工程建立

在MCGS中，变量也叫数据对象。实时数据库是MCGS工程的数据交换和数据处理中心。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。

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。本系统至少需要16个变量，见表3。

表3变量分配表

3.3.2变量定义的步骤

(1)单击工作台中的“实时数据库”选项卡，进入“实时数据库”窗口页，如图1.12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。(3)选中该数据对象，按“对象属性”按钮，或双击选中对象，则打开“数据对象属性设置”窗口。

图1.12实时数据库窗

3.3.3动画的制作与链接

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。(3)单击“组合图符”，出现“？”、“>”按钮。(4)单击“>”按钮，弹出“动画组态属性设置”窗口。单击“属性设置”选项卡，进入该页。(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。(7)在“表达式”一栏，单击“？”按钮，弹出当前用户定义的所有数据对象列表，双击“启动按钮”。(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。

1、垂直移动动画连接：(1)在“实时数据库”中增加一个新变量“垂直移动量”，初值：0，类型：数值型。(2)单击“查看”菜单，选择“状态条”，在屏幕下方出现状态条。状态条左侧文字代表当前操作状态，右侧显示被选中对象的坐标和大小。(3)估计总垂直移动距离：在上工件底边与下工件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，垂直移动距离为104。(4)在脚本程序的开始处增加“动画控制”语句：IF下移=0THEN垂直移动量=垂直移动量+1ENDIFIF上升=0THEN垂直移动量=垂直移动量-1ENDIF变化率=1个相素/每次，即每执行一次脚本程序，垂直移动量加1或减1，当然变化率也可以选大些或小些。计算垂直移动一次脚本程序执行次数：次数=下移时间（上升时间）/循环策略执行间隔=5s/200ms=25次。(1)计算：垂直移动量的最大值=循环次数*变化率=25*1=25。(2)在机械手监控画面中选中并双击上工件，弹出“属性设置”窗口。(3)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。(4)按照图1.13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。(5)进入运行环境，单击“启动”按钮，观察动作。

图1.13动画属垂直性设

2、水平移动动画连接：(1)水平移动总距离的测量：在工件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。移动距离为180.在数据库中增加一个变量：水平移动量，数值型，初值为0。(2)脚本程序中增加以下代码：IF前伸＝0THEN水平移动量=水平移动量+1ENDIFIF后缩＝0THEN水平移动量=水平移动量-1ENDIF

(1)脚本程序执行次数＝后缩时间（前伸时间）／循环策略执行时间=10s/200s=50次。(2)计算：水平移动量的最大值=循环次数*变化率=50*1=50，即当水平移动量＝50时，水平移动距离为180。(3)如图1.9.1所示对右滑杆、机械手、上工件、气夹分别进行水平动画连接。

参数设置的意思是：当水平移动量=0时，向右移动距离为0；当水平移动量＝50时，向右移动距离为180。(4)进入运行环境调试。4、工件移动动画的实现：(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：IF夹紧=1THEN工件夹紧标志=1‘处于夹紧状态ENDIFIF放松=1THEN工件夹紧标志=10‘处于放松状态ENDIF

(1)选中下工件，在“属性设置”页中选择可见度。(2)进入“可见度”页，在表达式一栏填入：工件夹紧标志；当表达式非零时，选择：对应图符不可见。意思是：当工件夹紧标志＝1时，下工件不可见；当工件夹紧标志＝0时，下工件可见。如图1.14所示。(1)选中并双击上工件，将其可见度属性设置为与下工件相反，即当工件夹紧标志非零时，对应图符1.14所示。

图1.14动画属性设置(2)存盘，进入运行环境调试。(3)删去画面中不需要的图符。

3.3.4调试

存所有组态设置，然后关闭组态监控程序。将PLC程序下传到PLC装置中并让其运行，切换到离线状态，然后启动MCGS，进入组态工程运行界面。在运行中通过对按钮的操作可检测所编程序的正确与否。经过运行测试，该组态监控软件可对机械手控制系统的动作过程进行有效监控，PLC程序达到了控制要求。如图1.15所示。

图1.15手动画面调试图

4.机械手的验证

4.1机械手手动画面的验证

4.1.1手动画面的进入

在工作台的用户窗口点击“机械手手动控制系统”进入系统。进入结果如图2.1所示。

图2.1手动控制系统总体图

4.1.2夹紧效果

当机械手下移停止后，点击“夹紧”按钮，机械手将工件夹紧，效果如图2.2所示。

图2.2夹紧效果图

4.1.3上移效果

当机械手抓紧工件后，点击“上移”按钮，机械手向上移动，效果如图2.3所示。

图2.3上移效果图

4.1.4右移效果

当机械手上移停止后，点击“右移”按钮，机械手向右移动，效果如图2.4所示。

图2.4右移效果图

4.1.5下移效果

在手动控制系统中，点击“下移”按钮，机械手开始向下移动。当移至工件上时，机械手自动停止。效果如图2.5所示。

图2.5下移效果图

4.1.6放松效果

当机械手下移停止后，点击“放松”按钮，机械手放松，工件放至又工作台上，效果如图2.6所示。

图2.6放松效果图

4.2机械手自动画面的验证

4.2.1机械手自动监控画面

如图2.7所示

图2.7自动画面控制图

4.2.2机械手自动控制移动画面

机械手自动控制移动画面同机械手手动控制画面一致

4.3PLC的验证

PLC的验证分为：定时器、指示灯显示的功能验证。

4.3.1定时器

本设计运用了定时器的定时功能。用定时器产生一个秒发生量，中间变量M0.0与定时器形成互锁。按下启动I0.0，定时器开始工作。实验验证如图2.8所示

4.3.2指示灯显示

图2.8定时器

根据系统设计的方案与要求当启动按钮=1时，60<垂直<90偏量机械手开始下移动，下移指示灯亮；当其最