1、无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）1无 锡 职 业 技 术 学 院毕 业 实 践 任 务 书课题名称 基于 MCGS的机械手控制系统设计 指导老师 徐颖秦 职称 高级工程师 专业名称 电气工程与自动化 班级 生产自动化 20831 学生姓名 资亚云 学号 2040083147 课题需要完成的任务：机械手臂是目前在机械技术领域中应用最广泛的自动化机械装置，尽管其形态各异，但都有一个共同特点，就是能够接受指令，精确地定位到空间上的某一点进行作业。本课题的主要研究目标是基于 MCGS组态软件的机械手控制系统设计。主要任务如下：1. 机械手 MCGS 自动控制系统的控制要求。2. 控制方案的确定，
2、PLC 型号的选择，输入/输出的定义。3. 绘制原理图，完成软件编程。课题计划:11 年 2 月 27 日-11 年 3 月 5 日 了解工艺过程和控制要求。11 年 3 月 6 日-11 年 3 月 30 日 完成计划。11 年 4 月 1 日-11 年 4 月 15 日 完成毕业论文。计划答辩时间：2011 年 4 月 16 日-20 日自动控制技术系 （部、分院）2011 年 01 月 19 日无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）2无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）3外文翻译Configuration softwareConfiguration software, also cal
3、led configuration monitoring software system software. Translation from English SCADA, namely Supervisory Control and Data Acquisition (Data Acquisition and monitoring Control). It is to point to some data acquisition and process control of special software. They are at the automatic control system
4、monitoring layer level of software platform and development environment, use flexible configuration mode, to provideusers with rapid build industrial automatic control system monitoring function, general level of software tools. Configuration software application field is very wide, can be applied t
5、o power system, water supply system, petroleum, chemical field data acquisition and monitoring control and process controletc. In power System and electrified railway on dynamic System (also called far, Remote Terminal Unit RTU System).Configuration software in China is a conventional concepts, and
6、no clear definition, it can be understood as “configuration type monitoring software“. “Configuration (Configure)“ is the meaning of “Configure“, “set“, “Settings“ meaning such as, refers to the user through similar “building blocks“ simple ways to complete your needs the software function, without
7、the need to write computer program, and also is the so-called “configuration“. It is sometimes called “second development“, configuration software is referred to as “second development platform“. “Monitoring (Supervisory Control)“, namely “monitoring and Control“, it is to point to through computer
8、signals of automation equipment or process monitoring, Control and management Configuration software is a professional. A configuration software can only suitable for some areas of application. Configuration concept first appeared in industrial computer control. Such as distributed control system (D
9、CS) configuration, PLC (programmable controller) ladder diagram configuration. The man-machine interface generation software called industrial control configuration software. In other industries have configuration concepts such as AutoCAD, PhotoShop, etc. The difference is, industrial control format
10、ion in the configuration result is used in real-time monitoring. Outwardly, configuration tool to run the program is to execute their specific tasks. Industrial control configuration software also provides programming method, are generally built-in compilation system that provides such BASIC languag
11、e, some support VB, now some configuration software even support c # high-level language. Configuration software are mostly support various mainstream g-kong equipment and standard communication protocol, and usually should provide 无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）4distributed data management and network function
12、. Corresponding to the original HMI (man-machine Interface software, Human Machine with), the concept of configuration software or a user can quickly to establish their own HMI software tools or development environment. The configuration software before the emergence of the field of industrial autom
13、ation users through manual or entrust a third party to write HMI application, long development time, low efficiency, poor reliability, Or purchase of special industrial control system, usually is a closed system, the choice is small, often cannot meet the demand, it is difficult to with the outside
14、world to upgrade and data interaction by adding features serious limitations. Configuration software user can use the emergence of configuration software functions, to construct a set of the most suitable application system. With its rapid development, the real-time database, real-time control, SCAD
15、A, communications and networking, open data interface, for I/O devices widespread support has become its main content control configuration software will continue to be with new contents.Foreign configuration software: 1, Wonderware InTouch: (the world wide company) is Invensys PLC “production manag
16、ement“ of a operation units, is a leading global provider of industrial automation software. The Wonderware InTouch software is the earliest entering into China configuration software. In the late 1980s and early 1990s, based on the Windows3.1 InTouch software made us, and refreshing InTouch provide
17、d a lot of library. However, the early InTouch software adopts DDE way and the driver communication, performance is poorer, the latest InTouch7.0 edition has completely based on 32-bit Windows platforms, and provides the OPC support. 2, WinCC: Siemens automation and drives group (A (3) generality, e
18、ach user according to engineering practice, use general configuration software provides the bottom of the equipment (PLC, intelligent instruments, intelligent module, boards, inverter, etc.) I/O is, open database and picture production tools, can finish an animation effects, real-time data processin
19、g, the history data and curve coexist, with multimedia capability and network function of engineering, not affected by trade 无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）6restrictions.Monitor configuration software is increasingly becoming the automation hardware vendor for the key The whole of automation systems, software p
20、roportion gradually enhance, although configuration software just one part, but because of the penetration ability, extensible, in recent years whittled away many special software market. Therefore, monitoring configuration software has high industrial correlativeness degree is the automation system
21、s into high-end application, expand the market share important bridge. In this thought are driven by Siemens WinCC achieve great success in the market. At present, the international famous industrial automation manufacturers such as Rockwell, GE Fanuc, of Honeywell, Siemens, ABB, schneider, the inve
22、nsys etc are developed their own configuration software. Monitor configuration software in DCS operating station software proportion is increasing day by day After FOXBORO after Euro therm (Europe), etc PCS7 Delta V, DCS system in use generic control configuration software as operation station. At t
23、he same time, domestic DCS manufacturer also began to try to use the monitoring configuration software as operation station. In universities and research institutes, more and more people begin to engage in monitoring configuration software related technical research From domestic automation industry
24、 academic periodicals run, the configuration software and its is closely related to the new technology as the core research shows ascendant trend, many researchers exist is configuration software technology development and innovation important active factors, also can certain accumulate many technic
25、al achievements. Whether technological achievements or researchers will follow the pyramids, the law of from foundation to high-end formed transfer. These researchers and their research for monitoring configuration software vendors to develop new products, and provided the beneficial experience for
26、reference, and develops their ideas. Linux based monitoring configuration software and related technology is rapidly developing, many manufacturers are launched mature commodities, the pattern of configuration software industry will have a far-reaching impact. 无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）7组态软件组态软件，又称组态监控软件系统
27、软件。译自英文 SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition(数据采集与监视控制)。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、积水系统、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远动系统(RTU System,Remote Terminal Unit)。组 态 软 件 在国内是一个约定俗成的概念，并没有明确的定义，它可
28、以理解为“组态式监控软件” 。 “组态(Configure)”的含义是“配置” 、 “设定” 、 “设置”等意思，是指用户通过类似“搭积木”的简单方式来完成自己所需要的软件功能，而不需要编写计算机程序，也就是所谓的“组态” 。它有时候也称为“二次开发” ，组态软件就称为“二次开发平台” 。 “监控（Supervisory Control） ”，即“监视和控制” ，是指通过计算机信号对自动化设备或过程进行监视、控制和管理。组态软件是有专业性的。一种组态软件只能适合某种领域的应用。组态的概念最早出现在工业计算机控制中。如 DCS(集散控制系统)组态，PLC（可编程控制器）梯形图组态。人机界面生成软
29、件就叫工控组态软件。在其他行业也有组态的概念，如 AutoCAD，PhotoShop 等。不同之处在于，工业控制中形成的组态结果是用在实时监控的。从表面上看，组态工具的运行程序就是执行自己特定的任务。工控组态软件也提供了编程手段，一般都是内置编译系统，提供类 BAISC语言，有的支持 VB，现在有的组态软件甚至支持 C#高级语言。组态软件大都支持各种主流工控设备和标准通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的 HMI（人机接口软件，Human Machine Interface）的概念，组态软件还是一个使用户能快速建立自己的 HMI的软件工具或开发环境。在组态软件出现之前，
30、工控领域的用户通过手工或委托第三方编写 HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现使用户可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对 I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容监控组态软件将会不断被赋予新的内容。国 外 组 态 软 件 ： 1、 InTouch：Wonderware（万维公司） 是 Invensys plc“生产管理”部的一个运营单位，是全球工业自动化
31、软件的领先供应商。 无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）8Wonderware 的 InTouch 软件是最早进入我国的组态软件。在80年代末、90年代初，基于 Windows3.1的 InTouch 软件曾让我们耳目一新，并且 InTouch 提供了丰富的图库。但是，早期的 InTouch 软件采用方式与驱动程序通信，性能较差，最新的 InTouch7.0版已经完全基于32位的 Windows 平台，并且提供了OPC 支持。2、WinCC:西门子自动化和驱动集团 (A&D)是世界上最大的西门子集团,集团西门子工业领域的重要组成部分。西门子的 WinCC 和一套完整的配置发展环境、西门子提供
32、类 C 语言,包括调试脚本环境。WinCC 嵌 OPC 的支持,并且可以用来进行分布式系统配置。但 WinCC 结构比较复杂,用户最好在西门子培训以掌握 WinCC 应用。国内品牌的组态软件 1。ShiJiXing: 通过北京世纪长秋天科技有限公司。发展。自 1999 年以来产品销售。2 . 3d 力控制:通过北京三维力控制技术有限公司开发核心软件产品,成立于 1992 年第三。组态王组态王:通过北京和控制技术发展有限公司的发展,公司成立于 1997 年,目前在国内起到一定的软件市场地位。4。Realinfo:通过紫金桥紫金桥软件技术有限公司发展,该公司是由大庆石化厂投资。5。MCGS:北京昆
33、仑通状态自动机软件技术有限公司。主要是市场发展,搭配五金销售。6。还有 Controx(开放内容),易于控制 ,等组 态 软 件 特 点 随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。在开发传统的工业控制软件时，当工业被控对象一旦有变动，就必须修改其控制系统的源程序，导致其开发周期长；已开发成功的工 控 软 件 又由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低，导致它的价格非常昂贵；在修改工控软件的源程序时，倘若原来的编程人员因工作变动而离去时，则必须同其他
34、人员或新手进行源程序的修改，因而更是相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的的任意组态，完成最终的自动化控制工程。组态（Configuration）为模块化任意组合。通用组态软件主要特点：（1）延续性和可扩充性。用通用组态软件开发的应 用 程 序 ，当现场（包括硬件设备或系统结构）或用户需求发生改变时，不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级；（2）封装性（易学易用） ，通用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
35、技术（甚至不需要编程技术） ，就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能；（3）通用性，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/O Driver、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、无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）9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。 监 控 组 态 软 件 日 益 成 为 自 动 化 硬 件 厂 商 争 夺 的 重 点 整个自动化系统中，软件所占比重逐渐提高，虽然组态软件只是其中一部分，但因其渗透能力强、扩展性强，近年来蚕食了很多专用
36、软件的市场。因此，监控组态软件具有很高的产业关联度，是自动化系统进入高端应用、扩大市场占有率的重要桥梁。在这种思路的驱使下，西门子的 WinCC在市场上取得巨大成功。目前，国际知名的工业自动化厂商如 Rockwell、GE Fanuc、Honeywell、西门子、ABB、施耐德、英维思等均开发了自己的组态软件。监控组态软件在 DCS 操 作 站 软件中所占比重日益提高 。继 FOXBORO之后，Euro therm(欧陆)、 Delta V、PCS7等 DCS 系统 纷纷使用通用监控组态软件作为操作站。同时，国内的 DCS厂家也开始尝试使用监控组态软件作为操作站。在大学和科研机构，越来越多的人
37、开始从事监控组态软件的相关技术研究 。从国内自动化行业学术期刊来看，以组态软件及与其密切相关的新技术为核心的研究课题呈上升趋势，众多研究人员的存在，是组态软件技 术 发 展 及创新的重要活跃因素，也一定能够积累很多技术成果。无论是技术成果还是研究人员，都会遵循金字塔的规律，由基础向高端形成过渡。这些研究人员和他们的研究成果为监控组态软件厂商开发新产品提供了有益的经验借鉴，并开拓他们的思路。基于 Linux 的监控组态软件及相关技术正在迅速发展之中，很多厂商都相继推出成熟的商品，对组态软件业的格局将产生深远的影响。无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）10毕业实践调研报告随着计算机软硬件技术、信
38、息技术与制造业工业技术的高速发展和企业信息化进程的推进，工业自动化系统变得越来越复杂，对自动化系统的要求也越来越高。在大型复杂系统中，如大型工业生产过程、计算机集成制造系统、工业流程对象控制系统等，具有多种形式的复杂性，在整体结构上表现为非线性、不确定性、无穷维、分布式及多层次等。由于复杂系统结构复杂、变量众多、信息交错，按什么原则将大系统科学合理地分解为相对小的子系统，而子系统之间又如何协调，才能保证系统的优化运行和控制，这些都是急待解决的热点问题，也是控制工程界热切关注的焦点。 随着技术的进步，工业自动化软件技术正在向智能化、网络化和集成化方向飞速发展，复杂大系统在网络环境下运行、在网上实
39、现复杂系统的优化控制与管理已经不是遥遥无期，而是指日可待。在本次设计中对坐标舞台的控制就是采用一种新型工业自动化控制器装置可编程控制器（即 PLC）来设计完成的。PLC 是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术、通信技术融为一体的新型工业自动控制装置。它把计算机的编程灵活、动能齐全、应用面广等优点与继电器系统的控制简单、使用方便、抗干扰能力强、价格便宜等优点结合起来，而其本身有具有体积小、重量轻、耗电省等特点，在工业生产过程控制中的应用越来越广泛。 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
40、。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。该设计是利用 PLC控制和 MCGS组态软件实现机械手对物体的搬运过程。通过按钮来进行对机械手的控制，不仅有自动控制简单方便，而且还有手动控制以满足条件的需要。并且通过组态软件，可以模拟机械手的控制过程，更直观的观察机械手的各个控制过程。无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）11MCGS 的机械手控制系统设计摘要：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
41、 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，MCGS，PLC，控制无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）12毕业设计说明书目录1前言 - 122 MCGS
42、组态软件和 PLC概述 -1321 MCGS组态软件的基本特点 - 1322 MCGS组态软件的功能介绍 - 1323 MCGS 的分类和发展-1424 PLC 特点及功能概述-143 机械手及控制要求-1831 机械手简介 -1832 机械手的组成 -2033 机械手的控制要求-214机械手的软件系统设计-2241 基于 MCGS的软件设计及分析-2242 PLC 的选型及指令介绍-2643 PLC 的 I/O信号及软件设计-275 结束语-29无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）131 前 言MCGS组态软件分为三款，分别是 MCGS通用版，MCGS 网络版，MCGS 嵌入版。MCGS是
43、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 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。mcgsTpc有五款，分别是TPC7062K，TPC1062K，TPC1063E，TPC1063H，TPC1262H，TPC1561H。TPC7062k，是一套以嵌入式低功耗 CPU为核心（主频 400MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产品设计采用了 7英寸高亮度 TFT液晶显示屏（分辨率800480） ，四线电阻式触摸屏（分辨率 10241024）
44、 。TPC1062K，是一套以嵌入式低功耗 CPU为核心（主频 400MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏。该产品设计采用了 10.2英寸高亮度 TFT液晶显示屏（分辨率 800480） ，四线电阻式触摸屏（分辨率 10241024） 。 TPC1063E，是一套以嵌入式低功耗 CPU为核心（主频 400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。该产品设计采用了 10.4英寸高亮度 TFT液晶显示屏（分辨率 640480） ，四线电阻式触摸屏（分辨率 10241024） 。TPC1063H，是一套以嵌入式低功耗 CPU为核心（主频 400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。该产品设计采用了 10.4英
45、寸高亮度 TFT液晶显示屏（分辨率 640480） ，四线电阻式触摸屏（分辨率 10241024） 。TPC1262H，是一套以嵌入式低功耗 CPU为核心（主频 400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。该产品设计采用了 12.1英寸高亮度 TFT液晶显示屏（分辨率 800600） ，四线电阻式触摸屏（分辨率 10241024） ，以及具有良好的电磁屏蔽性，美观坚固的铝合金结构。TPC1561H，是一套以嵌入式低功耗 CPU为核心（主频 400MHz）的高性能嵌入式一体化工控机。该产品设计采用了 15英寸高亮度 TFT液晶显示屏（分辨率 1024768） ，八线电阻式触摸屏（分辨率 10241
46、024） ，以及具有良好的电磁屏蔽性，美观坚固的铝合金结构。组态软件控制技术是一门专业课，它涉及到自动化专业的多门专业基础课：自控原理、检测技术、电力电子技术、电机拖动、电气控制、交直流调速系统、可编程逻辑控制器等。通过这些专业课程的学习，在此次毕业设计中，又使这些课程得到了复习、巩固。掌握所学知识并解决实际问题的方法和技能。无锡职业技术学院毕业设计说明书（论文）142 MCGS 组态软件和 PLC 概述 MCGS1组态软件是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的，用于快速生成上位机监控系统的组态软件系统。MCGS 提供解决实际问题的完整方案和开发平台，能够完成现
47、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及监控等功能，并支持国内外众多数据采集与输出设备。PLC2（Programmable Logic Controller） ，即可编程逻辑控制器，是一种数字逻辑运算操作的电子控制器，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，具有存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。2.1 MCGS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
48、，符合中国人的使用习惯和要求，真正的 32位程序，可运行于 Microsoft Windows95/98/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，
