运用组态王软件操作机械手

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摘要
在当今社会，科学技术发展迅猛，而组态软件在工控自动化领域发展中也得到很快的提高。

由于工业自动化水平的迅速提高，计算机的广泛运用，人们对工业自动化的要求也越来越高。

而组态软件又有延续性和可扩充性，易学易用性和通用性，使得组态软件得到长足的发展。

本设计是运用组态王软件来完成机械手的模拟操作，不仅能够对机械手进行监控，而且能够进行模拟控制。

我们通过模拟机械手画图，做变量，编写程序，来实现机械手的模拟操作。

其中运用动画的效果去模拟机械手的运作，降低了学习的难度，而且可以很大程度上吸收经验，掌握知识。

【关键词】组态王模拟控制机械手
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Abstract
In today's society, the rapid development of science and technology, and configuration software in the field of industrial automation has also been improved. Soon With the industrial automation level of increasing quickly, the computer is widely used, the people to the requirements of industrial automation more and more is also high. And the configuration software and continuity and scalability, easy to use and versatility, make configuration software get considerable development.
This design is to use kingview to complete the simulation of the manipulator, can not only was subjected to operate, and be able to monitor simulate control. We through the simulation manipulator drawing, do variables, program, to realize the simulation of the manipulator operation. The application of animation to simulate the effect of the manipulator operation, and to reduce the learning difficulties, but also can largely absorbing experience, master knowledge.
【Key Words】Configuration king simulation control manipulator
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目录
摘要 (1)
Abstract (2)
第一章引言 (4)
1.1组态软件的架构划分 (4)
1.2其中必备的典型组建 (5)
1.3组态王软件的特点 (6)
第二章机械手的概述 (7)
2.1机械手简介 (7)
2.2机械手的组成 (7)
2.3机械手的分类 (8)
第三章机械手的总体设计 (9)
3.1课程设计目的 (9)
3.2主要任务 (9)
3.3课程设计的主要内容 (9)
第四章机械手的设计过程 (10)
4.1数据变量的建立 (10)
4.2系统程序的编制 (11)
4.3动画连接 (12)
4.4机械手的运行 (14)
结论 (15)
致谢 (16)
参考文献 (17)
第一章引言
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在当今社会，随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，在工控自动化领域中，人们对自动化的要求越来越高，组态软件的发展也是非常迅速的。

组态软件，又称为组态监控软件系统软件。

它是指一些数据采集与过程控制的专用软件。

它们处在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。

组态软件的应用领域很广，可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域。

在电力系统以及电气化铁道上又称运动系统。

对于组态软件，它的结构划分有多种标准，这里是以使用软件的工作阶段和软件体系的成员构成两种标准讨论其体系结构：
1.1 组态软件的结构划分
(1)以使用软件的工作阶段划分
也可以说是按照系统结构划分，从总体上讲，组态软件是由两大部分构成的，系统开发环境：是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在组态软件的支持下进行应用程序的系统生成工作所必须依赖的工作环境。

通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统,供系统运行环境运行时使用。

系统开发环境由若干个组态程序组成，如图形界面组态程序、实时数据库组态程序等。

系统运行环境：在系统运行环境下，目标应用程序被装入计算机内存并投入实时运行。

系统运行环境由若干个运行程序组成，如图形界面运行程序、实时数据库运行程序等。

组态软件支持在线组态技术，即在不退出系统运行环境的情况下可以直接进入组态环境并修改组态，使修改后的组态直接生效。

自动化工程设计工程师最先接触的一定是系统开发环境，通过一定工作量的系统组态和调试，最终将目标应用程序在系统运行环境投入实时运行，完成一个工程项目。

(2)按照成员构成划分
组态软件因为其功能强大，而每个功能相对来说又具有一定的独立性，因此其组成形式是一个集成软件平台，由若干程序组件构成。

1.2 其中必备的典型组件
(1)应用程序管理器
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应用程序管理器是提供应用程序的搜索、备份、解压缩、建立新应用等功能的专用管理工具。

在自动化工程设计工程师应用组态软件进行工程设计时，经常会遇到下面一些烦恼：经常要进行组态数据的备份；经常需要引用以往成功应用项目中的部分组态成果（如画面）；经常需要迅速了解计算机中保存了哪些应用项目。

虽然这些要求可以用手工方式实现，但效率低下，极易出错。

有了应用程序管理器的支持，这些操作将变得非常简单。

(2)图形界面开发程序
是自动化工程设计工程师为实施其控制方案，在图形编辑工具的支持下进行图形系统生成工作所依赖的开发环境。

通过建立一系列用户数据文件，生成最终的图形目标应用系统,供图形运行环境运行时使用。

(3)图形界面运行程序
在系统运行环境下，图形目标应用系统被图形界面运行程序装入计算机内存并投入实时运行。

(4)实时数据库系统组态程序
有的组态软件只在图形开发环境中增加了简单的数据管理功能，因而不具备完整的实时数据库系统。

目前比较先进的组态软件（如力控等）都有独立的实时数据库组件，以提高系统的实时性，增强处理能力。

实时数据库系统组态程序是建立实时数据库的组态工具，可以定义实时数据库的结构、数据来源、数据连接、数据类型及相关的各种参数。

(5)实时数据库系统运行程序
在系统运行环境下，目标实时数据库及其应用系统被实时数据库系统运行程序装入计算机内存并执行预定的各种数据计算、数据处理任务。

历史数据的查询、检索、报警的管理都是在实时数据库系统运行程序中完成的。

(6)I/O驱动程序
是组态软件中必不可少的组成部分，用于和I/O设备通讯，互相交换数据，DDE 和OPC Client是两个通用的标准I/O驱动程序，用来和支持DDE标准和OPC标准的I/O设备通讯。

多数组态软件的DDE驱动程序被整合在实时数据库系统或图形系统中，而OPC Client则多数单独存在。

1.3 组态王软件的特点
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将组态王和驱动程序整合在一起，通用性强，含有多种I／O驱动程序，能与较多的PLC通信，并且通信可靠。

(2)报警和事件系统。

组态王报警系统具有方便、灵活、可靠、易于扩展的特点。

组态王分布式报警管理提供多种报警管理功能。

包括：基于事件的报警、报警分组管理、报警优先级、报警过滤、新增死区和延时概念等功能，以及通过网络的远程报警管理。

组态王还可以记录应用程序事件和操作员操作信息。

报警和事件具有多种输出方式：文件、数据库、打印机和报警窗，并且可以利用控件等工具轻松浏览和打印报警数据库的内容。

(3)安全系统。

组态王采用分级和分区保护的双重保护策略，对新增用户组和安全区管理、999个不同级别的权限和64个安全区形成双重保护，另外组态王能记录程序运行中操作员的所有操作。

第二章机械手的概述
2.1 机械手简介
机械手现在已经应用于各行各业中，无论是在工地，港口还是各种各样的生产过
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程中，都涉及到机械手的操作。

它是一种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。

2.2 机械手的组成
机械手主要由手部、运动机构和控制系统三大部分组成。

手部是用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。

运动机构，使手部完成各种转动（摆动）、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。

运动机构的升降、伸缩、旋转等独立运动方式，称为机械手的自由度。

为了抓取空间中任意位置和方位的物体，需有6个自由度。

自由度是机械手设计的关键参数。

自由度越多，机械
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一般专用机械手有2～3个自由度。

控制系统是通过对机械手每个自由度的电机的控制，来完成特定动作。

同时接收传感器反馈的信息，形成稳定的闭环控制。

控制系统的核心通常是由单片机或dsp等微控制芯片构成，通过对其编程实现所要功能。

2.3 机械手的分类
在现有的各行各业中，机械手的种类繁多，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式机械手；按适用范围可分为专用机械手和通用机械手两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制机械手等。

机械手通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。

有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也常称为机械手。

机械手在锻造工业中的应用能进一步发展锻造设备的生产能力，改善热、累等劳动条件。

机械手首先是从美国开始研制的。

1958年美国联合控制公司研制出第一台机械手。

第三章机械手的总体设计
3.1 课程设计目的
1.熟悉并熟练掌握组态王软件的功能和特点；
2.掌握组态王软件的系统构成；
3.通过组态王软件的使用，进一步掌握了解机械手的工作原理；
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4.培养自主查找资料，收索信息的能力；
5.培养实践动手能力与合作精神。

3.2 主要任务
1.了解机械手的控制要求。

2.确定系统的控制方案。

3.利用组态软件编制监控系统图形画面。

4.件事实时数据库，画面的图形对象与数据库的数据变量之间的关系。

5.编制程序实现对机械手以及物品的控制和监视。

6.对本次课程设计进行总结，撰写课程设计报告。

3.3 课程设计的主要内容
1.熟悉所用组态软件的操作。

2.查看有关参考书籍，查阅相关文献资料，独立设计基于组态软件的机械手的控制方案。

3.根据实际系统的要求，进行简单的画面设计与编辑，简单控制程序的编写，设定动画连接等功能。

4.进行程序的运行，调试与改进。

第四章机械手的设计过程
4.1数据变量的建立
数据变量是构成实时数据库的基本单元，建立实时数据库的过程也即定义数据变
量的过程。

定义数据变量的内容主要包括：指定数据变量名称、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。

数据对象有I／O开关型、I／O数值型、I／O字符型、内存开关型等8种类型。

不
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同类型的数据对象，属性不同，用途也不同。

4-1 建立工程
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┊ 4-2 数据词典的定义
4.2 系统程序的编制 通过定义的数据词典，编制机械手运行的程序，系统的部分程序如图4-2
4-2 系统的部分程序
4.3 动画连接
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由图形对象搭制而成的图形界面是静止不动的，需要对这些图形对象进行动画设计，真实地描述外界对象的状态变化，达到过程实时监控的目的。

组态王实现图形动画设计的主要方法是将用户窗口中的图形对象与实时数据库中的数据对象建立相关性连接，并设置相应的动画属性。

动画效果右移，上移，下移，左移如图4-3所示
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4-3 动画效果图4.4 机械手的运行
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通过以上的数据词典的定义，程序的编制以及的动画的连接，可以实现机械手的正常运行。

如图4-4所示
原始位→下降→上升→右移
↑↓
←左移←上升←下降
4-4 机械手运行图
结论
本设计实现了设计要求，通过组态王软件来实现机械手的运作。

在本次的设计的过程中，通过定义数据词典，机械手的程序编制以及机械手的动画连接，完整的实现了机械手正常运行的目的，并且在设计当中结合自己的思路和自己所想象的动画设计，来完成设计运行的结果。

本设计在通过多次检测和调试。

使得机械手的运行在自己设计的理解范围内。

在这次的设计过程中，我们也出现很多错误，比如程序编写的错误，动画设计的不合理等等，但是通过努力的改正，还是实现了最终目的，以后我们还要继续努力和改进，加强自己的动手能力。

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致谢
在本次设计的整个过程中，得到了指导老师和同学们的巨大帮助，借此机会向他们表示诚挚的感谢。

虽然这次设计过程中我有许多不懂的东西，但是得到老师和同学的认真帮助和细心讲解但，我们还是学到很多实际的东西，实践能力有所加强。

感谢在百忙之中对我的论文进行评审并提出宝贵意见的老师！
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参考文献
[1]贾贵礼《组态软件控制技术主编》北京理工大学出版社.2007
[2]组态6.0使用手册.北京亚控科技发展有限公司.2008
[3]王晓根《工业控制组态软件仿真系统中的应用》南通职业大学学报出版.2001
[4]袁秀英《组态控制技术》电子工业出版社.2003
[5]马国华《监控组态软件及其应用清华大学出版社》.2001。