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1、沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文）题 目： 基于PLC的四连杆装箱包装机控制系统 设计系 别： 信息与控制学院 专 业： 自动化 学生姓名： 程恩来 指导教师： 魏静敏 年 月 日III摘 要在本设计中，介绍了如何用可编程序控制器和组态王软件来实现四连杆装箱包装机的自动控制系统，并实现对其可视画面的监控。设计初期，大量的研究并查阅了国内外对于包装机的背景与前景的资料。根据四连杆装箱包装机控制系统的实际操作过程，对此采用此系统的目的及意义做相关介绍、另外对工作过程及系统硬件选型做了进一步分析。根据其控制系统的具体控制要求，明确了对系统器件选用及控制系统原理图设计。针对系统的软件设计，编写了
2、PLC的控制程序，进而使其实现了对四连杆装箱包装机的系统控制，并进一步完成自动和手动运行控制及相互之间的切换。针对实时监控系统的设计，完成了上位机与PLC的连接以及组态王主控制画面的制作。本设计通过软硬件的配合与调试，成功的实现了利用PLC控制四连杆装箱包装机系统，从而达到工业设计的要求实现工业设计的自动化。关键词：可编程控制器；包装机；组态软件；自动控制目 录前 言1 四连杆装箱包装机自动控制系统概要31.1 设计目的和意义31.2 设计思想31.3 可编程控制器的背景及应用42 四连杆装箱包装机控制系统的设计方案和硬件配置52.1 四连杆装箱包装机控制系统的设计要求52.1.1 总体设计5
3、2.1.2 硬件设计要求52.2 四连杆装箱包装机自动控制系统中的硬件配置62.2.1 应用的继电器区域及数据区62.2.2 器件的选择72.2.3 PLC控制系统的组成122.2.4 PLC系统硬件的配置132.3 四连杆装箱包装机自动控制系统流程图143 四连杆装箱包装机自动控制系统软件设计和调试163.1 编程软件163.1.1 CX-Programmer 简介163.1.2 安装CX-Programmer编程软件. 17 3.1.3 程序的下载、安装和调试173.2 系统资源配置173.2.1 输入部分173.2.2 输出部分173.3 系统程序的具体分析183.3.1 四连杆装箱包装
4、机控制过程中的指令介绍193.3.2 四连杆装箱包装机控制源程序分析194 监控系统的设计与调试224.1 组态软件的概述及选择224.2 监控画面的设计254.2.1 组态王与PLC的连接254.2.2 变量的定义264.2.3 应用程序命令语言274.2.4 串行通信协议的选择设定284.2.5 系统的运行29结 论 34致 谢35参考文献36附录A 四连杆装箱包装机控制系统PLC梯形图37附录B 四连杆装箱包装机控制系统的组态王应用程序命令40沈阳理工大学应用技术学院学士学位论文前 言随着科学技术的进步和微电子技术的迅速发展，可编程序控制技术已广泛应用于自动化控制领域。可编程序控制器（P
5、LC）是一种基于数字计算机技术、专为在工业环境应用而设计的电子控制装置。它采用可编程序的存储器，用来存储用户指令，通过数字或模拟的输入/输出，完成一系列逻辑、顺序、定时、计数、运算等确定的功能，来控制各种类型的机电一体化设备和生产过程。PLC以其高可靠性、操作简便、通用性强、体积少、结构紧凑，安装维修方便等特点，已经形成了一种控制趋势。而我国目前大部分装箱技术都会运用PLC可编程控制器。专家指出，在开发装箱机产品中一定要充分体现出高效、高精、智能化、标准化、模块化、弹性化且具有多种切换功能、可拆卸以及节能、环保的设计理念。在引进、消化和吸收的基础上，我们开发出具有自主知识产权的国产品牌1。调查
6、显示，模块化设计是未来包装机械设计的方向。模块化设计就是在一定范围内，在对不同功能或相同功能下的不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，换用一个或几个单元，即可应对包装产品的变化，进而满足了不同产品装箱的需求。另外在设计中还要体现零件的可拆卸性。良好的可拆卸性可以使装箱机便于维护，所用易损件要便于回收和可再生利用，从而达到方便用户、节省成本和保护环境的目的。 均衡寿命设计是近年来提出的科学、环保设计理念。它要求在设计中尽量使每个零部件都具有相同或相似的使用寿命。就装箱机而言，某种重要组成模块应具有较长的寿命，而易于损坏的
7、模块要方便更换，对于一些关键部件和涉及到安全性的模块在设计时应考虑设计成可维修、便于检测的结构。人机工程设计在现代化的装箱机设计当中中也占有很大位置。人机工程设计的目的是为减少装箱机使用中人的差错，发挥人和机械各自的特点以提高装箱机整体的可靠性。利用人机工程学原理设计装箱机的人机系统，既要适于人的使用习惯，又要便于识别操作，保证安全问题和不易出错的防误操作设计等。这些都要通过机电一体化控制，利用计算机实现自动操作、自动数据收集、自动检验以及自动诊断来实现1。智能化、多功能是现代化全自动装箱机的特点。智能化全自动装箱机采用高速分配装置，适用于各种容器，如塑料扁瓶、圆瓶、不规则形瓶，等各种大小玻璃
8、圆瓶、椭圆形瓶，方形罐及纸罐等，同时也要适用于带隔板的包装箱。一般都是由瓶夹（内置橡胶，以防损伤瓶体）夹住瓶体（每组数量为一箱或者两箱），放入打开的纸箱或者塑料箱中，当抓头抬起时，将纸箱推出，送至封箱机。装箱机还应设有缺瓶报警停机、无瓶不装箱等安全装置。整体上要体现如下的特点：根据装箱要求，能自动实现产品整理排列；设计简洁，结构紧凑；适用范围广，能够用于多种产品装箱；适合与包装流水线配套使用，移动方便； 电脑程控，操作简单，动作稳定； 瓶类、盒类、袋类、桶类等各种包装形式经过调整可以通用1。近年来，国外一些厂商通过对技术的不断改进，使装箱机性能更好地适应了自动化、多功能及高效率的要求。SWF公
9、司推出的DP320装箱机，具有高速、适应性广、用户界面友好等特点。该设备的装箱速度达到每分钟25箱，可以连续包装不同规格的玻璃、塑料或金属容器，它所适用的包装方式与容器尺寸范围很广。DP320具有一系列的独特性能，包括垂直纸箱输送、PLC控制、安全保护自锁、拥堵自动截至传感器等。并且还配有规格更换辅助装置、NEMA 12电控系统，下游还设有一个光电控制器以实现自动启动或停机。该机器采用纸箱带式输送，配备低压气动装置和塑料带以实现平稳输送2。Douglas设备公司最新推出的Axiom系列新型装箱机通过采用伺服系统间歇运动控制纸箱包装过程，使生产的速度提高50%，而运动范围则缩小了30%。Axio
10、m系列采用第三代伺服设计，通过动态增强位置重复精度以及简化失误检测与恢复，使生产效率大幅提升。该设备的不锈钢网板以及零部件数减少了50%，可有效减少设备维护和配件更换等所需时间。这种新型设备具有良好的适应性，当装箱完成的时候，相关的图案、文字就同时出现在纸箱的各个部分，如顶部、侧面、角部或端部。包装制造商不再需要购买多色印刷头、纸箱旋转与定位设备，这些设备不但价格昂贵而且会影响生产线的生产速度。该机可实现纸箱双侧打码以及在包装与封箱两端加注运输标志，即采用一个印刷头就能够完成纸箱的双侧印刷，或采用两个印刷头完成四面印刷。如果纸箱干净、平整，可以获得最佳的印刷清晰度。印刷控制系统可以安装于纸箱控
11、制板旁边，易于纸箱规格更换或印刷数据切换2。本论文的主要结构包括：四连杆装箱包装机自动控制系统概要；四连杆装箱包装机控制系统的设计方案和资源配置；四连杆装箱包装机自动控制系统的软件设计和调试；监控系统的设计与调试。41沈阳理工大学应用技术学院学士学位论文1 四连杆装箱包装机自动控制系统概要1.1 设计目的和意义目前，老型号的四连杆包装机的电气装置大多采用继电器的控制方式。这种控制方式连线复杂、继电器使用数量多，造成电气控制部分可靠性差、故障率高，日常维护量大。同时，设备缺少操作的安全保障措施，容易发生事故。随着可编程控制器（PLC）技术的发展，把PLC控制技术应用于四连杆包装机的控制中，取代原
12、有的控制线路，是四连杆装箱包装机控制系统发展的必然趋势。经PLC改造后的四连杆装箱包装机电气控制系统，外观上：物理接线量大大减少，控制柜体积缩小，柜内的原器件排列有序。运行效果上：经设备运行证明，自动化程度大大优于原系统控制效果。控制可靠性大大提高，减轻了现场操作人员的劳动强度。由于系统在整个包装流水线和包装机设备的危险位置安装了光电位置检测开关，提高了操作的安全性。总体上提高了企业的经济效益。1.2 设计思想本设计利用PLC控制的四连杆，是根据当今技术的发展以及自动控制在工业中的广泛应用，特别是四连杆动作的灵活性和它所从事工作的复杂程度而设计的。四连杆装箱包装机是一种一次可以装四箱（可以是纸
13、箱）既4*24瓶或者三箱 3*24瓶的连续装箱的包装机械设备。在啤酒等瓶装饮料行业中，四连杆装箱包装机主要完成瓶装产品的装箱、卸箱等工作。由于具有性能优良等特点，在包装行业中使用非常普及。对于四连杆装箱包装机中电气部分的控制，是包装机使用安全、可靠性的重要保证。系统的控制要从PLC硬件、软件、和实时监控系统三方面进行设计。根据四连杆的具体动作和特点，对PLC硬件进行选型并利用相应的软件进行程序设计同时利用组态软件使画面可视，从而最大限度地满足被控制对象和用户的控制要求，在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单，保证控制系统安全可靠，灵活适用。1.3 可编程控制器的背景及应用随着科学技术的发展，
14、PLC广泛应用在机械制造、化工、冶金、交通、电子、电力、纺织、印刷、建筑、轻工机械、包装机械等众多的工业领域中。它适应高新技术的潮流，并与计算机辅助设计与加工、机器人一起被称为当代工业自动化的三大支柱。与其它编程器和传统的继电器相比较，它可以使接线大为简化，不但安装十分方便，而且保证了可靠性，减少了维修量，提高了工效。它的高可靠性、高抗干扰性、高灵活性适应了现代社会的发展，在一些复杂的工艺中PLC更加的重要。本系统用到了可编程控制器，可编程控制器（Programable Logical Controller,简称PLC）是一种专为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子系统。它采用一种可编程
15、序的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、记数和算术运算等操作的指令、通过数字式或模拟式的输入输出来控制各种类型的机械设备或生产过程。可编程序控制器及其有关设备的设计原则是它应易于与工业控制系统联成一个整体和具有扩充功能。从上述定义可以看出，PLC产品能直接在工业环境中应用，不需专门的空调和恒温，这是它能广泛应用的原因，是它有别于微机的一个重要特征。PLC技术是一种以计算机技术为基础的新型工业控制装置。近几年来，PLC技术在各种工业过程控制、生产线自动控制及各类机电一体化设备控制中得到广泛应用，成为工业控制领域的一项十分重要的应用技术。目前PLC已广泛应用于石油、化工、冶金、轻工、
16、机械、电力等各行各业，实现逻辑、步进、数字、机器人、模拟量等的自动控制。随着数字化时代的到来，软件领域不断的向硬件渗透。不断的用软件来代替硬件，从而实现智能控制和生产自动化。PLC就是计算机技术向继电器等硬件领域渗透的产物。用软件来代替硬件，用软件程序代替硬件继电器。从而为系统的连接及改造提供了方便，可以节约成本提高工作效率。PLC可以说是专门为工业严酷的环境设计的小型计算机。PLC已成为工业控制领域中占主导地位的基础自动化设备。PLC技术已成为工业自动化三大技术（PLC技术、机器人、计算机辅助设计和分析）支柱之一。目前PLC发展方向主要是朝着小型化、廉价化、标准化、智能化、高速化、大容量化、
17、网络化方向发展，这将使PLC功能更强、可靠性更高，适用面更广3。2 四连杆装箱包装机控制系统的设计方案和资源配置2.1 四连杆装箱包装机控制系统的设计要求2.1.1 总体设计根据四连杆装箱包装机控制系统的工艺要求，工作特点，环境等条件，选择合理的设计方案。据资料显示，电气系统输出控制在电气控制部分的改造中，分析了包装机的工作过程和控制特点；对包装机的控制基本上都是光电开关、接近开关、电磁阀、电机等这类的开关量输入、输出设备。控制过程以连续的逻辑量控制为主的操作方式。PLC的开关逻辑和顺序控制是PLC应用最广泛、最基本的功能，基于PLC的这一使用功能和特点，决定将原有继电器控制系统全部拆除，采用
18、PLC控制。针对该用户厂家其他自动化设备使用的基本都是日本Omron公司的PLC，因为在本系统中输入一共有8个，考虑到留有1520的余量即8（115）9.2取整数10 ，所以共需要10个输入点。输出共有12个，考虑到留有1520的余量即12（115）13.8 取整数14，所以共需要14个输出点。所以选择Omron公司的PLC，型号为CPM2A作为系统控制器，其点数为30点就能足以满足本系统的控制要求。四连杆装箱包装机控制系统由进箱进瓶、装箱、出箱部分组成，工作过程见流程图2.1所示。图2.1 工作过程流程图2.1.2 硬件设计要求要求四连杆装箱包装机的电机可以进行点动、正转和反转，以带动夹瓶装
19、置做往复运动装箱。瓶电机和两个箱电机分别用作传输瓶和传输箱。七个电磁阀和与之对应的气缸，分别控制“夹头” “定位器”，“出箱臂”及“进箱臂”“箱导向”。设置“手动”和“自动”操作两个切换开关。在包装机的操作前台和设备后台、侧面加装3只光电检测开关，在操作人员误入设备危险区域时，系统紧急停车，保证安全。在传送带上安装Omron的E6A2旋转编码器，用于测量传送带的速度。当传送带电机异常停车时，停止包装机工作。系统输入回路中有光电开光和接近等开关，PLC上的DC24V电源容量就不足了，各输入、输出元件均使用DC24V直流稳压电源。为了使PLC系统安全可靠运行，采取了多种防护措施，如和系统中的强电设
20、备分开接地，接地线的截面积应大于2平方毫米。PLC输入和输出的感性负载都并联续流二极管等如图2.2所示，以消除输入触点在断开时，感性负载因储能作用而产生电弧，于电源电压数倍甚至于数十倍的反电势对系统产生的干扰。图2.2 输出电路图2.2 四连杆装箱包装机自动控制系统中的硬件配置本控制系统中的硬件配置涉及到PLC、上位机、下位机以及光电开关等硬件与器件的选择，下面对其进行详细介绍。2.2.1 应用的继电器区域及数据区根据资料显示，每种PLC都将内部存储器沿用继电器的概念而划分为：内部继电器区(IR)(包括I/O继电器区及内部辅助继电器区)、特殊继电器区(SR)、暂存继电器区(TR)、保持继电器区
21、(HR)、辅助记忆继电器区(AR)、链接继电器区(LR)、定时器/计数器区(T/C)、数据存储区(DM)。在本设计中只针对采取其中的应用部分加以介绍。1、数据存储区域结构根据所使用的指令不同,我们可以使用的数制形式有二进制数，十进制数和十六进制数。十进制数使用BCD码存储，十六进制数据使用二进制形式存储，所以一个二进制字能够表示为1个4位十进制数(BCD码)或4位十六进制。不同形式的数据之间可以通过数据转换指令进行转换。字地址也就是通道号，用24位数字表示，每个字又由16个二进制位组成，位序号为0015，如20006，其中200为通道号，06为该通道的位地址。内部继电器区(IR)、辅助记忆继电
22、器区(AR)、特殊继电器区(SR)、保持继电器区(HR)、链接继电器区(LR)既可以进行位操作，也可以进行字操作。数据存储区(DM)只能以字为单位使用。暂存继电器区(TR)只能进行位操作。2、暂存继电器区用于暂存复杂梯形图中分支点的ON/OFF状态，同一编号的暂存继电器在同一程序段内不能重复使用，仅在语句表编程时使用。本文只在对状态的位运算时使用。3、保持继电器区具有断电保持功能。通道号为HR00HR19，共20个通道，每个通道有16位，即位地址HR0000HR1915，共320个点。4、链接继电器区链接继电区共有编号LR00LR15的16个通道，共256位。用于交换数据，主要用于上位机和组态
23、王的连接。5、定时器/计数器区共有256个定时器和计数器,其标号为000255。6、数据存储区用于存储数据，共有2560个字，范围为DM0000DM2047和DM6144DM6655。DM区只能以字单位使用,并具有断点保持功能3。2.2.2 器件的选择（1）上位机本设计采用计算机作为上位机，完成状态显示、打印输出、及向PLC发送分类控制信号等功能，从而实现对控制系统的实时监控。同时，计算机还是图象处理中心。由于四连杆装箱包装机控制系统对工控机的运行速度、灵敏度、稳定性以及组态王软件等多方面的要求，故上位机选用以Microsoft Windows 2003/XP中文平台作为其操作系统台式计算机，
24、这样可以利用Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点来辅助四连杆装箱包装机自动控制系统的设计。它比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性，并且可以利用计算机丰富的软件资源进行二次开发。这样能直观的监控现场，在此计算机上可完成组态软件的设计和开发、PLC程序的设计和开发、并且还可以通过计算机串口来完成上位机与PLC的CPU单元之间的通信任务。由于组态王要求：CPU要在P4 1G以上或相当型号；内存最少128M；显示器要求是VGA、SVGA或支持桌面操作系统的任何图形适配器，要求至少显示256色；操作系统Win2000（sp4）/Win XP（sp2）简体中文版。基于组态软件
25、考虑，上位机采用安装Windows XP操作系统的普通计算机，并配以COM接口用做与下位机通信使用。将组态王和CX-Programmer编程软件安装于上位机，在以后组态画面的设计和PLC控制部分的编程操作时使用4。（2）下位机 采用PLC作为下位机，用来完成状态判别、输出控制等工作。它直接控制电磁阀、继电器，从而实现对各执行元件的控制。本系统采用价格适中、可靠性高、维护方便且抗干扰能力强的可编程控制器欧姆龙CPM2A型PLC来实现四连杆装箱包装机自动控制的要求。欧姆龙PLC是由电源、中央处理器和I/O元件组成的严密高速的程序控制器，配有丰富的指令系统，易于用户编程，具有丰富的特殊模块和通信能力
26、，可以满足生产自动化的多级要求。由于机械控制不断需要更先进的功能和处理速度，本系统采用CPM2A就是这样一种功能完善的紧凑型PLC，它拥有大程序容量及存储单位。另外CPU单元带RS-232C接口，具有PPI、MPI等通信协议可实现程序传送，数据通信等功能。基于系统工作稳定可靠考虑，控制系统核心部分的PLC应选用此器件。由于工作过程的复杂的复杂性，故PLC选用日本欧姆龙公司C系列的小型机CPM2A型PLC 30点输入/输出，配有CX-Programmer软件用于控制部分编程时使用4。（3）通信方式CPM2A CPU支持多样的通信协议：点到点（Point-to-Point）接口（PPI）、多点接口
27、（Multi-Point）（MPI）。这些都基于系统内通信结构模型，都是异步、基于字符的协议。其中PPI方式是非常简单方便的通信协议，只需要一根RS-232C线进行数据信号的传递，不需要额外再配置模块或软件。因此，本系统选择PPI方式，简单且能满足通信要求。CPM2A型PLC上配有RS-232C的通信接口，因此在不增加任何硬件的情况下，可以很方便地将PLC和计算机互联。上位机与下位机之间通过RS-232连接构成HOST LINK协议进行通信。RS-232又称为EIA-232C或RS-232C，是最通用的一种串行通讯标准。它是一种点到点的通信方式，只能连接两个通信设备。19200波特率时，最大距
28、离为75米；9600波特率时，最大距离为900米。计算机的串口即为标准的RS-232接口。使用RS-232转换器可以免掉一个RS-422串行接口板。系统结构如图2.4所示。 图2.4 系统结构图（4）电磁阀电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀主要是用电磁效应进行控制，主要控制方式由继电器控制。这样电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而且控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同
29、的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动5。本控制系统中电磁阀用于驱动四连杆的伸缩运动，在四连杆部分起到液压驱动的作用。电磁阀实物图见图2.5所示。图2.5 电磁阀（5）光电开关光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测，工业中经常用它来记数机械臂运动的次数。光电开关是传感器大家族中的成员
30、，它把发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化以达到探测的目的。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。接触式行程开关存在响应速度低、精度差、接触检测容易损坏被检测物及寿命短等缺点，而晶体管接近开
31、关的作用距离短，不能直接检测非金属材料。但是，新型光电开关则克服了它们的上述缺点，而且体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强 6。在本控制系统中，光电开关用于传输进瓶和进箱的信号，即当输送的瓶子和纸箱达到指定位置后，进箱与进瓶停止，并将光信号转换为电信号输入系统，大大减少了箱与瓶的位置误差。光电开关见图2.6所示。图2.6 光电开关（6）旋转编码器旋转编码器是用来测量转速的装置，光电式旋转编码器通过光电转换，可将输出轴的角位移、角速度等机械量转换成相应的电脉冲以数字量输出（ERP）。它分为单路输出和双路输出两种。技术参数主要有每转脉冲数（几十个到几千个
32、都有），和供电电压等。单路输出是指旋转编码器的输出是一组脉冲，而双路输出的旋转编码器输出两组A/B相位差90度的脉冲，通过这两组脉冲不仅可以测量转速，还可以判断旋转的方向。旋转编码器由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，获得四组正弦波信号组成A、B、C、D，每个正弦波相差90度相位差（相对于一个周波为360度），将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正传与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。编码器码盘的材料有玻璃、金属、
33、塑料，玻璃码盘是在玻璃上沉积很薄的刻线，其热稳定性好，精度高，金属码盘直接以通和不通刻线，不易碎，但由于金属有一定的厚度，精度就有限制，其热稳定性就要比玻璃的差一个数量级，塑料码盘是经济型的，其成本低，但精度、热稳定性、寿命均要差一些。分辨率编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度510000线。编码器的信号输出有正弦波（电流或电压）,方波（TTL、HTL）,集电极开路（PNP、NPN）,推拉式多种形式，其中TTL为长线差分驱动（对称A，A-；B，B-；Z，Z-）,HTL也称推拉式、推挽式输出，编码器的信号接收设备接口应与编码器对应。信
34、号连接编码器的脉冲信号一般连接计数器、PLC、计算机，PLC和计算机连接的模块有低速模块与高速模块之分，开关频率有低有高。如单相联接，用于单方向计数，单方向测速。A、B两相联接，用于正反向计数、判断正反向和测速。A、B、Z三相联接，用于带参考位修正的位置测量。A、A-，B、B-，Z、Z-连接，由于带有对称负信号的连接，电流对于电缆贡献的电磁场为0，衰减最小，抗干扰最佳，可传输较远的距离。对于TTL的带有对称负信号输出的编码器，信号传输距离可达150米。旋转编码器由精密器件构成，故当受到较大的冲击时，可能会损坏内部功能，使用上应充分注意7。在本控制系统中，旋转编码器用于测量传送带运转速度，确保了
35、进箱和进瓶的同步进行，为生产的安全加上了一把护心锁。2.2.3 PLC控制系统的组成在四连杆装箱包装机设计中用到了PLC控制系统，PLC控制系统的组成分为以下两个部分：（1）PLC系统：现在PLC多采用模块化的结构（PLC的各个部件独立封装，称之为模块），他们均通过系统总线相互连接起来构成一个系统。在这个系统中最核心的模块是主控模块（也称CPU模块），它能使整个机器有条不紊地协调工作，以实现对现场各个设备的控制。（2）I/O电路：PLC的基本功能就是控制，它的主要功能是采集被控对象的各种信号。也就是说它包括输入和输出两部分电路：输入电路就是被控对象进行检测、采集、转换和输入，这里主要用安装在控
36、制台的按钮、开关向PLC送控制指令；输出电路的功能就是接受PLC输出的控制信号，对被控对象执行控制任务。（3）PLC的外围设备：基本功能是对信息和数据的处理。这里用组态软件来设计一个实时监控系统。2.2.4 PLC系统硬件的配置在进行主控模块的选择之前，首先应对被控对象和生产过程的生产工艺及PLC的工作环境有足够的了解，明确控制要求，确定控制输入、输出点数和性质等然后才能针对具体的实际情况选择PLC的主控模块。本系统的设计需要8个输入点和12个输出点，以及内部继电器HR通道等PLC资源。并且输出应选用继电器输出，电压应在DC24V、AC220V。根据上述要求，决定选用欧姆龙公司生产的CPM2A
37、型号PLC设计系统。四连杆装箱包装机自动控制系统的PLC外部接线图如图2.7所示。图2.7 控制系统硬件接线图本系统采用的日本OMRON公司研制的CPM2A PLC，其特点是价格低廉但具有较高的性能，高达20kHz的高速计数器能方便地测量高速运动的加工件。具有同步脉冲控制功能，可方便地调整输入输出的脉冲频率比值，带4点快速响应或高速中断输入点。可方便地与OMRON的可编程序终端（PT）相连接，为机器操作提供一个可视化界面。该公司生产的PLC存储器种类为RAM型，安装的方式有直接插入的集成块、存储器板、IC卡等，这里采用的是集成块安装方式。它们主要用于存放系统程序、用户程序和工作状态数据。欧姆龙
38、CPM2A PLC提供的是RS-232通信口，通过COM1和COM2与电脑相连。并在主控模块中通常配有锂电池，用于在掉电时，保存用户程序和数据。在CPM2A型号PLC表面安装有LED指示器，用以指示PLC电源（POWER）、运行（RUN）、编程（PROG）、出错（ERROR）、警告（ALARM）、通信（COM）等工作状态8。2.3 四连杆装箱包装机自动控制系统流程图四连杆装箱包装机自动控制设计的流程图如图2.8所示。图2.8 自动控制系统流程图PLC控制的四连杆装箱包装机控制系统的工艺流程如下： 当开始整机启动的时候，输瓶、导瓶、出箱电机开，系统进箱臂抬起，输瓶变距打开，此时瓶和箱同时通过传送
39、带输出。 瓶定位器打开，等待进瓶完成 主机继续运行，输瓶电机停止运行，夹头夹紧，瓶定位器关闭，导瓶电机开瓶变距，箱到位，此时是利用四连杆将瓶传输放到箱子中。 进箱电机停止运行，进箱臂落下，出箱电机开。等到整箱装满后，电机停止运行，准备出箱。3 四连杆装箱包装机自动控制系统软件设计和调试3.1 编程软件3.1.1 CX-P软件简介CX-Programmer是日本欧姆龙公司为其生产的可编程控制器而设计的编程支持工具软件。该软件为用户提供了程序的输入、编辑、检查、调试监控和数据管理手段，不仅适用于助记符语言，而且也适用于梯形图语言9。CX-Programmer为所有类型的OMRON PLC控制器一从
40、微型PLC到双机处理器系统，提供了一个通用的PLC软件平台。它允许在不同的PLC类型之间方便地转换和再利用PLC代码，并全面地再利用老一代PLC编程软件所创建的控制程序。提供强大的文档特征，在文档中清楚地表述控制代码的用法和操作，文档能存贮在PLC内部。还有一个先进的“项目比较”功能，允许详细地比较PLC项目和PC项目。 特点：容易与其它OMRON软件产品集成，这就允许分享Tag注释，从而减少错误，减少开发时间并提高使用的方便性。维护特征允许通过单击方便地查询触点和线圈，因此能快速确认机器或线路中断的原因，同时，监控，显示和调试功能也减少了工程时间和实施成本。 用CX-Programmer减少
41、应用开发测试时间并增强机器的性能，应用于SYSMC CS，CJ，C和CVM1/CV系列PLC的梯形图编程软件， NEW以NEW标志的新特征被CX-Programmer版本4.0或更高版本所支持。先进的数据跟踪和时间表监控减少了维护和故障诊断及排除的时间。这也能用于精调机器性能，或减少和优化机器的循环时间 。欧姆龙CPM2A型号PLC采用的是梯形图编程语言，这种语言能很简单、很容易掌握、也很直观的看到程序的执行的结果。指令简单明了，不用过多涉及计算机的原理和结构，即使对计算机原理与结构掌握不够好，学习起梯形图语言也不会有太大的障碍。梯形图主要是以逻辑的顺序控制来编程的，也就是以内部继电器的接通顺
42、序，以及一些特殊的指令，如时间继电器TIM、记数继电器CNT、保持器KEEP置位SET等配合使用，来实现本设计自动控制的目的9。3.1.2 安装CX-P编程软件系统要求：运行CX-P编程软件的计算机系统要求如表3.1所示。表3.1 系统要求CPU内存硬盘操作系统计算机Pentium以上的微处理器、主频90 兆赫以上16MB以上40MB以上Windows 95以上，或Windows NT 4.0 Service Pack 3以上IBMPC及兼容机软件安装:将CX-P安装光盘放入CD-ROM中，在CX-P子目录下双击安装程序Setup，启动安装过程，并按照屏幕提示依次进行。安装时首先要选择安装语言
43、；然后是输入许可证号码，利用许可证号码才可以使用CX-P的所有功能，不输入许可证号码也能够完成安装，但得到的是CX-P的“部分功能”版本，它也能正常工作，但仅支持CPM1, CPM2* 和SRM1 PLC；最后在选择是否安装CX-SERVER时，应选择“是”。 3.1.2 CX-P软件程序的下载、安装及调试确保将各个输入/输出端子和实际控制系统中的按钮、开关、外部设备正确连接，完成硬件的安装。四连杆装箱包装机控制程序是由CPM2-CPU21-E支持的指令完成的，正常工作时程序存放在存储卡中，若要修改程序，先将PLC设定在STOP状态下，上位机同PLC采用标准的RS-232串口通信，运行CX-P
44、rogrammer编程软件，打开四连杆装箱包装机控制程序，即可在线调试。3.2 系统资源配置 按照原有电气控制系统输入信号及输出信号做为PLC的I/O点，原来由继电器硬件完成的逻辑控制功能由PLC软件梯形图替代完成。I/O对照表如下。3.2.1 输入部分本控制系统的输入有8个输入点，具体的输入分配如表3.2所示。表3.2 输入地址分配输入地址对应的外部设备00001上电总开关00002进瓶完毕00003进箱完毕00004装箱完毕00005出箱完毕00006放箱机械臂至上00007放箱机械臂至下00008断电停止3.2.2 输出部分本控制系统的有12个输出出点，具体的输出分配如表3.3所示。表3
45、.3 输出地址分配输出地址对应的外部设备01000瓶定位器01001进瓶电机01002进箱定位器01003进箱电机01004四连杆装箱电机01005出箱电机010060100701100011010110201103进箱机械臂上进箱机械臂下放瓶定位器下放瓶定位器上放瓶夹头夹紧放瓶夹头松开3.3 系统程序的具体分析针对系统的各个部分的功能，编写不同的程序使四连杆装箱包装机完成相应的任务。并达到预期的目标，具体分析见下。3.3.1 四连杆装箱包装机控制过程中的指令介绍计数器指令，如图3.1所示。 格式： LD 计数输入 符号：C LD 复位输入 CNT NCNT NSV SV 符号： C R图3.1 计数器N是计数器的编号，其取值范围：000N255。SV是计数器设定值，必须是00009999之间的BCD码（十进制数），其取值区域：SR、HR、IR、AR、LR、DM。当通道内容不是BCD码或间接DM不存在时，ER标志位置“1”。CNT指令是预置计数器，实现减数操作功能。当计数输入端（C）信号从OFF变为ON时，计数当前值PV减1；当PV减为0000时，计数器为ON；当计数复位端（R）为ON时，计数器为OFF，且PV值返回到SV值。当计数输入（C）和复位输入（R）同时为ON时，复位输入优先