【正文】 性。就裝箱機(jī)而言，某種重要組成模塊應(yīng)具有較長(zhǎng)的壽命，而易于損壞的模塊要 方便 更換，對(duì)于一些關(guān)鍵部件和涉及到安全性的模塊在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮設(shè)計(jì)成可維修、便于檢測(cè)的結(jié)構(gòu)。 這些都要通過(guò)機(jī)電一體化控制，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作、自動(dòng)數(shù)據(jù)收集、自動(dòng)檢驗(yàn)以及自動(dòng)診斷來(lái)實(shí)現(xiàn) [1]。裝箱機(jī)還應(yīng)設(shè)有缺瓶報(bào)警停機(jī)、無(wú)瓶不裝箱等安全裝置。該設(shè)備的裝箱速度達(dá)到每分鐘 25 箱，可以連續(xù)包裝不同規(guī)格的玻璃、塑料或金屬容器，它所 適用的包裝方式與容器尺寸范圍 很廣。 Douglas 設(shè)備公司最新推出的 Axiom系列新型裝箱機(jī)通過(guò)采用伺服系統(tǒng)間歇運(yùn)動(dòng)控制紙箱包裝過(guò)程，使生產(chǎn) 的 速度提高 50%，而運(yùn)動(dòng)范圍則縮小 了 30%。包裝制造商不再需要購(gòu)買多色印刷頭、紙箱旋轉(zhuǎn)與定位設(shè)備，這些設(shè)備不但價(jià)格昂貴而且會(huì)影響生產(chǎn)線 的生產(chǎn) 速度。 本論文的主要結(jié) 構(gòu)包括： 四連桿裝箱包裝機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)概要 ； 四連桿裝箱包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和資源配置 ； 四連桿裝箱包裝機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試 ； 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與調(diào)試 。隨著可編程控制器 （ PLC）技術(shù)的發(fā)展，把 PLC 控制技術(shù)應(yīng)用于四連桿包裝機(jī)的控制中，取代原有的控制線路，是四連桿裝箱包裝機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。由于系統(tǒng)在整個(gè)包裝流水線和包裝機(jī)設(shè)備的危險(xiǎn)位置安裝了光電位置檢測(cè)開關(guān)，提高了操作的安全性。在啤酒等瓶裝飲料行業(yè)中，四連桿裝箱包裝機(jī)主要完成瓶裝產(chǎn)品的裝箱、卸箱等工作。根據(jù)四連桿的具體 動(dòng)作和特點(diǎn)，對(duì) PLC 硬件進(jìn)行選型并利用相應(yīng)的軟件進(jìn)行程序設(shè)計(jì)同時(shí)利用組態(tài)軟件使畫面可視， 從而最大限度地滿足被控制對(duì)象和用戶的控制要求，在滿足控制要求的前提下，力求控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，保證控制系統(tǒng)安全可靠，靈活適用。它的 高可靠性、高抗干擾性、 高靈活性適應(yīng)了現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展，在一些復(fù)雜的工藝中 PLC 更加的重要。 從上述定義可以看出， PLC 產(chǎn)品能直接在工業(yè)環(huán)境中應(yīng)用，不需專門的空調(diào)和恒溫，這是它能廣泛應(yīng)用的原因，是它有別于微機(jī)的一個(gè)重要特征。隨著數(shù)字化時(shí)代的到來(lái)，軟件領(lǐng)域不斷的向硬件滲透。從而為系統(tǒng)的連接及改造提供了方便，可以節(jié)約成本提高工作效率。 目前 PLC 發(fā)展方向主要是朝著小型化、廉價(jià)化、標(biāo)準(zhǔn)化 、智能化、高速化、大容量化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，這將使 PLC 功能更強(qiáng)、可靠性更高，適用面更廣 [3]。 PLC 的開關(guān)邏輯和順序控制是 PLC 應(yīng)用最廣泛、最基本的功能，基于 PLC 的這一使用功能和特點(diǎn)，決定將原有繼電器控制系統(tǒng)全部拆除，采用 PLC 控制。四連桿裝箱包裝機(jī)控制系統(tǒng)由 進(jìn)箱進(jìn)瓶、裝箱、出箱 部分組成，工作過(guò)程見流程圖 所示。設(shè) 置 “ 手動(dòng) ” 和 “ 自動(dòng) ” 操作兩個(gè)切換開關(guān)。 系統(tǒng)輸入回路中有光電開光和接近等開關(guān)， PLC 上的 DC24V 電源容量就不足了，各輸入、輸出元件均使用 DC24V 直流穩(wěn)壓電源。 應(yīng)用的繼電器區(qū)域及數(shù)據(jù)區(qū) 根據(jù)資料顯示， 每種 PLC都將內(nèi)部存儲(chǔ)器沿用繼電器的概念而劃分為：內(nèi)部繼電器區(qū) (IR)(包括 I/O繼電器區(qū)及內(nèi)部輔助繼電器區(qū) )、特殊繼電器區(qū) (SR)、暫存繼電器區(qū) (TR)、保持繼電器區(qū) (HR)、輔助記憶繼電器區(qū) (AR)、鏈 接繼電器區(qū) (LR)、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器區(qū) (T/C)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) (DM)。不同形式的數(shù)據(jù)之間可以通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令進(jìn)行轉(zhuǎn)換。暫存繼電器區(qū) (TR)只能進(jìn)行位操作。通道號(hào)為 HR00—HR19，共 20個(gè)通道， 每個(gè)通道 有 16位，即 位地址 HR0000—HR1915，共 320個(gè)點(diǎn)。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū) 用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù) ， 共有 2560 個(gè)字，范圍為 DM0000— DM2047 和 DM6144— DM6655。由于四連桿裝 箱包裝機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)工控機(jī)的運(yùn)行速度、靈敏度、穩(wěn)定性以及 組態(tài)王 軟件等多 方面的要求，故上位機(jī)選用以 Microsoft Windows 2020/XP 中文平臺(tái)作為其操作系統(tǒng)臺(tái)沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 式計(jì)算機(jī)，這樣可以利用 Windows 圖形功能完備、界面一致性好、易學(xué)易用的特點(diǎn)來(lái)輔助四連桿裝箱包裝機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 基于組態(tài)軟件考慮，上位機(jī)采用安裝 Windows XP 操作系統(tǒng)的普通計(jì)算機(jī)，并配以 COM 接口用做與下位機(jī)通信使用。本系統(tǒng)采用價(jià)格適中、可靠性高、維護(hù)方便且抗干擾能力強(qiáng)的可編程控制器歐姆龍 CPM2A型 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)四連桿裝箱包裝機(jī)自動(dòng)控制的要求?；?系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠 考慮 ，控制系統(tǒng)核心部分的 PLC 應(yīng)選用此器件。其中 PPI 方式是非常簡(jiǎn)單方便的通信協(xié)議，只需要一根 RS232C 線進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的傳遞，不需要額外再配置模塊或軟件。 RS232 又稱為 EIA232C 或 RS232C，是最通用的一種串行通訊標(biāo)準(zhǔn)。使用 RS232 轉(zhuǎn)換器可以免掉一個(gè) RS422 串行接口板。這樣電磁閥可以配合不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而且控制的精度和靈活性都能夠保證。 電磁閥實(shí)物圖見圖 所示。由于光電開關(guān) 輸出回路和輸入回路是電隔離的（即電緣絕），所以它可以在許多場(chǎng)合得到應(yīng)用。但是，新型光電開關(guān)則克服了它們的上述缺點(diǎn)，而且體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度快、檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng) [6]。它分為單路輸出和雙路輸出兩種。由于 A、 B兩相相差 90 度，可通過(guò)比較 A 相在前還是 B 相在前，以判別編碼器的正傳與反轉(zhuǎn)，通過(guò)零位脈沖，可獲得編碼器的零位參考位。信號(hào)連接 — 編碼器的脈沖信號(hào)一般連接計(jì)數(shù)器、 PLC、計(jì)算機(jī)， PLC 和計(jì)算機(jī)連接的模塊有低速模塊與高速模塊之分，開關(guān)頻率有低有高 。 A、 A， B、 B， Z、 Z連接，由于帶有對(duì)稱負(fù)信號(hào)的連接，電流對(duì)于電纜貢獻(xiàn)的電磁場(chǎng)為 0，衰減最小，抗干擾最佳，可傳輸較遠(yuǎn)的距離。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 PLC 控制系統(tǒng)的組成 在四連桿裝箱包裝機(jī)設(shè)計(jì)中用到了 PLC 控制系統(tǒng)， PLC 控制系統(tǒng)的組成分為以下兩個(gè)部分： （ 1） PLC 系統(tǒng)：現(xiàn)在 PLC 多采用模塊化的結(jié)構(gòu)（ PLC 的各個(gè)部件獨(dú)立封裝，稱之為模塊），他們均通過(guò)系統(tǒng)總線相互連接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)。 （ 3） PLC 的 外圍設(shè)備： 基本功能 是對(duì)信息和數(shù)據(jù)的處理。并且輸出應(yīng)選用繼電器輸出，電壓應(yīng)在 DC24V、AC220V。具有同步脈沖控制功能，可方便地調(diào)整輸入輸出的脈沖頻率比值，帶 4 點(diǎn)快速響應(yīng)或高速中斷輸入點(diǎn)。歐姆龍 CPM2A PLC 提供的是 RS232 通信口，通過(guò) COM1 和 COM2 與電腦相連。 圖 自動(dòng)控制系統(tǒng)流程圖 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 PLC 控制的四連桿裝箱包裝機(jī)控制系統(tǒng)的工藝流程如下： 當(dāng)開始整機(jī)啟動(dòng) 的時(shí)候 ，輸瓶 、 導(dǎo)瓶 、 出箱電機(jī)開， 系統(tǒng) 進(jìn)箱臂抬起，輸瓶變距打開，此時(shí)瓶和箱同時(shí)通過(guò)傳送帶輸出。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 3 四 連桿裝箱包裝機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試 編程軟件 CXP 軟件 簡(jiǎn)介 CXProgrammer 是日本歐姆龍公司為其生產(chǎn)的可編程控制器而設(shè)計(jì)的編程支持工具軟件。提供強(qiáng)大的文檔特征，在文檔中清楚地表述控制代碼的用法和操作，文檔能存貯在 PLC 內(nèi)部。 用 CXProgrammer 減少應(yīng)用開發(fā)測(cè)試時(shí)間并增強(qiáng)機(jī)器的性能，應(yīng)用于 SYSMC CS，CJ， C 和 CVM1/CV 系列 PLC 的梯形圖編程軟件， NEW 以 NEW 標(biāo)志的新特征被CXProgrammer 版本 或更高版本所支持。 指令 簡(jiǎn)單 明了，不用過(guò) 多涉及計(jì)算機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)， 即使對(duì)計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)掌握不夠好，學(xué)習(xí)起梯形圖語(yǔ)言也不會(huì)有太大的障礙。安裝時(shí)首先要選擇安裝語(yǔ)言；然后是輸入許可證號(hào)碼，利用許可證號(hào)碼才可以使用 CXP 的所有功能，不輸入許可證號(hào)碼也能夠完成安裝，但得到的是 CXP 的“部分功能”版本，它也能正常工作，但僅支持 CPM1, CPM2* 和 SRM1 PLC；最后在選擇是否 安裝 CXSERVER 時(shí)，應(yīng)選擇“是”。 I/O 對(duì)照表如下。 并達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，具體分析見下。當(dāng)通道內(nèi)容不是 BCD 碼或間接 DM 不存在時(shí)， ER 標(biāo)志位置 “1”。 四連桿裝箱機(jī)包裝控制 源程序分析 本程序采用日本歐姆龍公司的 CXProgrammer 編程軟件 編寫，梯形圖，其運(yùn)用簡(jiǎn)單快捷，方便，易懂。進(jìn)瓶與進(jìn)箱同步進(jìn)行，其定位器可用同一線圈表示。 梯形圖程序如圖 所示。 四連桿裝箱包裝機(jī)完整程序梯形圖見附錄 A。 InTouch 軟件適合于部署在獨(dú)立機(jī)械中、在分布式的服務(wù)器 / 客戶機(jī)體系結(jié)構(gòu)中、在利用 FactorySuite 工業(yè)應(yīng)用服務(wù)器的應(yīng)用中，也可以作為使用終端業(yè)務(wù)的瘦客戶機(jī)應(yīng)用。 MCGS 能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控 制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能 [11]。WinCC，這一運(yùn)行于 Microsoft Windows 2020 和 XP 下的 Windows 控制中心，已發(fā)展成沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 23 為歐洲市場(chǎng)中的領(lǐng)導(dǎo)者，乃至業(yè)界遵循的標(biāo)準(zhǔn)。 EcHmi從 HMI 入手，從 2020 年的 版開始，到目前的 版，歷經(jīng) 6 年時(shí)間， 經(jīng) 過(guò)不斷的 實(shí)驗(yàn)、 應(yīng)用、改進(jìn)，逐漸完善為一個(gè)全功能的工控組 態(tài)軟件，和國(guó)內(nèi)外的同類軟件相比有著獨(dú)有的特點(diǎn)，比如動(dòng)態(tài)模板，子圖同步更新。 CSMaker 和 CSViewer 是各自獨(dú)立的 32 位應(yīng)用程序，均可單獨(dú)使用；兩者又相互依存，在開發(fā)系統(tǒng) CSMaker 中設(shè)計(jì)開發(fā)的應(yīng)用程序必須在 CSViewer 運(yùn)行環(huán)境中才能運(yùn)行 [11]。組態(tài)王 提供了豐富的簡(jiǎn)捷、易用的配置界面，提供大量的圖形元素和圖庫(kù)精靈，同時(shí)也為用戶創(chuàng)建圖庫(kù)精靈提供簡(jiǎn)單易用的接口：該款產(chǎn)品的歷史曲線、溫控曲線以及配方功能進(jìn)行了大幅度提沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 升與改進(jìn)，軟件的功能性和可控性有了很大的提高?？梢詫?duì)動(dòng)畫的一部分進(jìn)行保存，以便以后進(jìn)行分析或打印 提供硬件加密及軟授權(quán)兩種授權(quán)方式。在開發(fā)過(guò)程中根據(jù)工程瀏覽器提供的“設(shè)備配置向?qū)А币徊讲酵瓿蛇B接過(guò)程實(shí)現(xiàn)組態(tài)王和 PLC 的鏈接。運(yùn)行系統(tǒng)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的 數(shù)據(jù)同輸入的數(shù)據(jù)以及工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，再將數(shù)據(jù) 返 回 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)， 與此 同時(shí)更新變量數(shù)據(jù) 庫(kù)中變量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。而本系統(tǒng)所用到的內(nèi)存型變量是內(nèi)存離散變量。 由于 PLC 輸出有限，按照設(shè)計(jì)要求 ,為了達(dá)到四連桿裝箱包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的，通過(guò)編寫程序來(lái)實(shí)現(xiàn)部分動(dòng)作過(guò)程。起始位在一個(gè)字符中占1 位，該位必須為 0，表示一個(gè)字符的開始。奇偶校驗(yàn)用于有限差錯(cuò)的檢驗(yàn)。波特率是指單位時(shí)間傳送二進(jìn) 制數(shù)的位數(shù)，本控制系統(tǒng)采用 9600。 圖 四連桿裝箱包裝機(jī) 控制系統(tǒng)中的 串行設(shè)置 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 29 系統(tǒng)的運(yùn)行 ， 四連桿處于靜止?fàn)睿甘緹籼幱陉P(guān)閉狀態(tài)，傳送帶靜止 。 圖 兩傳送帶同時(shí)工作 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 31 ，當(dāng)瓶與箱到達(dá)所定的方位是，同時(shí)停下，等待進(jìn)箱臂向箱子放瓶。 圖 抓瓶 圖 進(jìn)箱臂向箱子放瓶 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 33 ，包裝完 成，繼續(xù)下一流程。 本設(shè)計(jì)具有運(yùn)行安全可靠、人機(jī)界面好、操作簡(jiǎn)便快捷、系統(tǒng)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)?？刂瓶煽啃源蟠筇岣?，減輕了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。 而組態(tài)監(jiān)控軟件是在 自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開發(fā)環(huán)境，能以靈活多樣的組態(tài)方式提供良好的用戶開發(fā)界面和簡(jiǎn)捷的使用方法，其 強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理和圖形表現(xiàn)的能力 可以非常容易地實(shí)現(xiàn)和完成實(shí)時(shí)監(jiān)控的各項(xiàng)功能 。她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識(shí)、對(duì)本學(xué)科敏銳的洞察力以及對(duì)同學(xué)們熱情的指導(dǎo)鼓勵(lì)，都給我留下了難忘的印象，必將使我終生受益。所以我感到更充實(shí)，我是在諸多老師和同學(xué)的幫助下順利完成了本次設(shè)計(jì)，所以更要感謝在我作設(shè)計(jì)的這個(gè)時(shí)期給我?guī)椭乃腥?。而且又豐富了自 己的知識(shí)面，開闊了自己的視野，為將來(lái)能更好的投入到自己的工作中打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。amp。 if(\\本站點(diǎn) \變量 10) {\\本站點(diǎn) \開關(guān) 1=1。} \\本站點(diǎn) \變量 2=\\本站點(diǎn) \變量 3+\\本站點(diǎn) \變量 2。\\本站點(diǎn) \開關(guān) 4==1) { \\本站點(diǎn) \變量 =\\本站點(diǎn) \變量 +20。 } if(\\本站點(diǎn) \變量 160) {\\本站點(diǎn) \變量 =0。} if(\\本站點(diǎn) \開關(guān) 5==1) {\\本站點(diǎn) \開關(guān) 6=1。\\本站點(diǎn) \開關(guān) 4=0。} 。\\本站點(diǎn) \變量 1=0。\\本站點(diǎn) \開關(guān) 1=0。\\本站點(diǎn) \變量 3=1。 \\本站點(diǎn) \變量 1=\\本站點(diǎn) \變量 1+20。} if(\\本站點(diǎn) \開關(guān) 5==1amp。} if(\\本站點(diǎn) \變量 1160) { \\本站點(diǎn) \變量 1=0。 \\本站點(diǎn) \變量 4=\\本站點(diǎn) \變量 4+20。所以我要對(duì)那些在我設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)和朋友們致以我最真誠(chéng)的謝意！謝謝你們！ 最后，感謝自動(dòng)化專業(yè)各位老師在我學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)我的