基于PLC的自動藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計1

1、 基于PLC的自動藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)姓 名 李宗光 學(xué) 號 0934131331 小組成員 李宗光 指導(dǎo)老師 王金鵬 班 級 0934131 專 業(yè) 電子信息工程 電氣與信息工程學(xué)院 2015年12月11日目 錄第一章 緒論11.1 自動藥片裝瓶機(jī)的研究發(fā)展?fàn)顩r11.2 自動藥片裝瓶機(jī)的研究目的及意義1第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計22.1 系統(tǒng)設(shè)計綜述22.1.1 系統(tǒng)設(shè)計要求22.2 系統(tǒng)的設(shè)計方案3第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計43.1 PLC機(jī)型的選擇53.1.1 PLC簡介53.1.2 系統(tǒng)PLC機(jī)型選擇63.2.1帶式皮帶機(jī)63.2.2電磁閥63.3 供蓋封蓋模塊73.4 控制系統(tǒng)方框圖7第四章

2、系統(tǒng)軟件設(shè)計84.1 程序設(shè)計流程圖9參考文獻(xiàn)13第一章 緒論隨著科技的日漸發(fā)展，相應(yīng)PLC的應(yīng)用范圍正被不斷擴(kuò)大，其發(fā)揮主導(dǎo)作用的領(lǐng)域擴(kuò)展著，醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用包含其中，其中具代表性的有自動裝瓶機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展。目前，在藥片自動包裝設(shè)備方面，關(guān)于PLC的自動裝瓶技術(shù)已日顯成熟，并且現(xiàn)在國內(nèi)外均有相關(guān)設(shè)備。本技術(shù)應(yīng)用PLC可以通過其通信協(xié)議直接地控制電機(jī)運行，這樣自動藥片裝瓶機(jī)的運行方式得到了監(jiān)控，而且裝藥時間也可根據(jù)需要得到預(yù)先規(guī)定，從而節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量。很顯然的，此設(shè)計采用FX2N系列PLC實現(xiàn)對藥片自動裝瓶機(jī)的控制，實現(xiàn)對系統(tǒng)的功能控制。1.1 自動藥片裝瓶機(jī)的研究發(fā)展?fàn)顩r

3、國外發(fā)展?fàn)顩r：“藥片文化”還是“飲食文化”從很早以前就困擾著外國公眾，并且當(dāng)我國民眾還處于為實現(xiàn)民族獨立，人民解放奮戰(zhàn)的水深火熱中，他們的這種困擾已經(jīng)開始。美國雜志刊登的一份研究報告曾指出，從1974到1997的23個年頭里，針對死亡率問題，包括美國在內(nèi)的九個西方國家接受調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，因疾病引起的死亡率增長了近乎兩倍。其中飲食結(jié)構(gòu)不合理是發(fā)病率的主要原因。尤其是在二戰(zhàn)后，在崇尚速度和效率的美國，快餐業(yè)迅速崛起。就這樣，餐飲業(yè)給業(yè)主帶來利益并給民眾帶來方便的同時，民眾的健康及壽命受到的消極影響顯而易見。各種疾病產(chǎn)生，危及生存。隨之醫(yī)療產(chǎn)業(yè)崛起，速度更是可想而知。這時隨著PLC等自動化技術(shù)的

4、發(fā)展，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域正不斷擴(kuò)大著，藥片自動裝瓶應(yīng)需產(chǎn)生，發(fā)展迅速。 1.2 自動藥片裝瓶機(jī)的研究目的及意義首先，自動藥片裝瓶與傳統(tǒng)的手工裝瓶相比，其優(yōu)點是可以避免我們直接與藥品接觸，同時也避免了人與藥品直接接觸帶來的對藥品的玷污，使藥品質(zhì)量得到保證的同時，相應(yīng)的保障人體健康。其次，由于傳統(tǒng)的手工裝瓶在生產(chǎn)管理方面比較困難，出現(xiàn)錯誤的狀況在所難免。自動藥片裝瓶機(jī)的設(shè)計使得管理更加強(qiáng)調(diào)流程和自動化。只有這樣經(jīng)營系統(tǒng)才能改善，生產(chǎn)效率才能提高，控制運行才能更加健康可靠。 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)設(shè)計綜述經(jīng)由前節(jié)分析，需要設(shè)計一個能夠自主選擇裝藥數(shù)量的系統(tǒng)，完成對整個系統(tǒng)的裝藥過程。為了

5、實現(xiàn)其裝藥流程，需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行分析，并得出設(shè)計要求。自動裝瓶機(jī)基本可分為4個動作機(jī)構(gòu)：主傳動機(jī)構(gòu)、數(shù)粒機(jī)構(gòu)、自動供瓶機(jī)構(gòu)和自動供蓋封蓋機(jī)構(gòu)。通過以上4個機(jī)構(gòu)的聯(lián)動實現(xiàn)包裝產(chǎn)品傳動、藥丸高速計數(shù)、自動供瓶和自動供蓋封蓋等功能。生產(chǎn)中，主傳動機(jī)構(gòu)作為整個生產(chǎn)過程的運輸鏈，連接所有的動作。供瓶、數(shù)粒、供蓋封蓋這三個生產(chǎn)過程都將在這條主傳動機(jī)構(gòu)上完成。其中供瓶機(jī)構(gòu)為，從料斗中落下的瓶，通過電動震動器以及震動通道，依次進(jìn)入落瓶通道，通道中有三組氣缸聯(lián)動，保證瓶子在設(shè)計時間內(nèi)以正確的方向進(jìn)入主傳動鏈，之后運送到數(shù)粒機(jī)構(gòu)。瓶子到了數(shù)粒機(jī)構(gòu)后，開始數(shù)粒模塊。數(shù)粒圓盤在步進(jìn)電機(jī)帶動下轉(zhuǎn)動所設(shè)計的角度，從料斗

6、中選出生產(chǎn)要求的藥粒粒數(shù)，通過落粒通道落入瓶中。裝有藥粒的藥瓶繼續(xù)被傳動鏈帶至供蓋封蓋機(jī)構(gòu)。蓋子通過料斗和震動器、震動通道依次進(jìn)入等待區(qū)域，鉗蓋用氣缸組將蓋子鉗起，由步進(jìn)電機(jī)帶至藥瓶上方，然后由該氣缸組與壓蓋氣缸組配合完成封蓋動作。2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計要求現(xiàn)有的裝藥機(jī)有電子計數(shù)式與轉(zhuǎn)盤式兩種裝藥方式，而藥品的主要包裝樣式為瓶裝式，轉(zhuǎn)盤式裝藥機(jī)雖然精度高，適用于瓶裝式結(jié)構(gòu)，但其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，不利于大規(guī)模的開發(fā)與使用。而帶式裝藥機(jī)器效率高，速度快，但結(jié)構(gòu)過于簡單，不利于高精度的設(shè)計實現(xiàn)。需要設(shè)計一個控制系統(tǒng)，此控制系統(tǒng)是將規(guī)定數(shù)量的藥片，有序自動地裝入到藥瓶中。實現(xiàn)自動裝瓶的功能，其裝瓶

7、方式為帶式裝瓶，向每個藥瓶裝入規(guī)定數(shù)量的藥片。其藥片裝瓶數(shù)量需要方便設(shè)置，適用于不同的裝藥需求。PLC控制藥片裝瓶機(jī)運行，其中按鈕、開關(guān)，光電傳感器分別接PLC輸入口相應(yīng)位置。電機(jī)、電磁閥、指示燈分別接PLC輸出口相應(yīng)位置。就這樣，通過按藥片數(shù)量選擇按鈕S1、S2或S3，可選擇裝入藥瓶中藥片的數(shù)量，按S1為20片，按S2為30片，按S3為40片。相應(yīng)數(shù)量上的指示燈H的亮暗表示目前藥瓶裝藥數(shù)量。當(dāng)裝藥數(shù)量被選定，接著系統(tǒng)啟停被接通，電動機(jī)M帶動皮帶轉(zhuǎn)動，延時5秒后，皮帶機(jī)將停止運轉(zhuǎn)，這時皮帶上的裝藥瓶到達(dá)指定位置進(jìn)行裝藥。裝有藥片的裝置由電磁閥打開，經(jīng)由光電感應(yīng)傳感器，那么裝入藥瓶的藥片被一一計

8、數(shù)。藥瓶中的藥片數(shù)量達(dá)到預(yù)先規(guī)定值時，電磁閥Y會關(guān)閉，皮帶機(jī)重新開始運行，使藥片裝瓶過程控制順利進(jìn)行。在裝藥過程中，當(dāng)藥片裝入的量需要更改時，這時只有當(dāng)前皮帶機(jī)上的藥瓶中藥片裝滿后，且從下一個藥瓶開始，裝填改變后的藥片數(shù)量。如果在裝藥過程中系統(tǒng)啟停開關(guān)被斷開，則只有當(dāng)前藥瓶中藥片裝滿后，控制系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)才能停止。為了保證裝藥機(jī)運行的準(zhǔn)確性，需要使用PLC的定時功能完成對與傳送帶的配合，密切配合傳送帶的停止與運行。人工控制自動藥片裝瓶機(jī)通用系列plc 設(shè)定裝藥 數(shù)量實現(xiàn)裝藥流程圖2-1系統(tǒng)原理方框圖2.2 系統(tǒng)的設(shè)計方案根據(jù)自動藥片裝瓶機(jī)需要實現(xiàn)的控制要求和功能，首先應(yīng)制定出系統(tǒng)硬件控制的方案。硬

9、件設(shè)計包括PLC的選型依據(jù)及其具體型號選擇，外圍電路器件的選型依據(jù)與具體型號，其中包括按鈕、電機(jī)、電磁閥、光電傳感器、指示燈等，然后是PLC的硬件接線設(shè)計。最后是制定軟件部分的設(shè)計方案，包括PLC各個I/O口的分配、程序設(shè)計思路、流程圖、指令表、梯形圖等。即通過軟硬件結(jié)合的方式，通過按動啟動、停止按鈕等控制命令來驅(qū)動電機(jī)帶動皮帶運動或停止。通過光電傳感器，對裝入瓶中的藥片進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計，如果藥瓶中藥片數(shù)量達(dá)到預(yù)先規(guī)定值，此時電磁閥將停止工作。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1.1 PLC簡介隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)對市場的需求，這就要求控制系統(tǒng)的簡潔性以及方便靈活性的生產(chǎn)設(shè)備自動化。為順應(yīng)這一

10、趨勢，Programmable Logic Controller(可編程控制器)產(chǎn)生，它是以計算機(jī)處理器為核心的自動控制裝置。PLC的各種操作指令是在可編程序的存儲器中進(jìn)行完成，并以A/D形式的輸入輸出方式控制操作系統(tǒng)的順利運行。從上述論述可以看出，PLC是一種通過程序的改變來實現(xiàn)與上位機(jī)聯(lián)合控制工業(yè)控制系統(tǒng)，其除了具有控制作用外，還有可以進(jìn)行與其他上位機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)的功能。PLC主要有CPU（中央處理器）模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。其組成示意圖可由圖3-1所示： 可編程序控制器被控對象控制對象輸出模塊輸入模塊CPU中央處理器編程器圖3-1 PLC控制系統(tǒng)示意圖PLC主要模塊組成下面

11、將分別予以介紹：（1）CPU模塊 CPU模塊主要由微處理器存儲器組成。在控制系統(tǒng)中，此模塊起著重要的作用，它不斷地進(jìn)行著輸入信號的采集，用戶程序的執(zhí)行，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲器用來用戶程序和數(shù)據(jù)的存儲。（2）I/O模塊輸入模塊和輸出模塊是系統(tǒng)外部現(xiàn)場設(shè)備和CPU模塊相互連接的橋梁，也可以稱作為系統(tǒng)的眼、耳、手、腳。（3）編程器編程器是用來生成用戶程序，并且可以用來進(jìn)行程序的編輯、檢查、修改和監(jiān)視用戶程序的執(zhí)行情況。針對程序的寫入我們目前可以通過手持式編程器或者是使用編程軟件兩種方式。手持式編程器對于輸入和編輯梯形圖是不能直接進(jìn)行的，只能輸入和編輯指令表程序，而編程軟件可以通過計算機(jī)直接編輯梯形圖

12、或者指令表程序，并且可以進(jìn)行不同編輯語言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序編譯完成后可直接下載到PLC，也就是程序的寫入過程，也可以將PLC中的程序讀入到計算機(jī)，即所謂的讀過程。（4）電源PLC一般使用的電源為AC 220V 或DC 24V，內(nèi)部的開關(guān)電源為各模塊提供DC 5V、DC正負(fù)12V和DC 24V等電源。小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC 24V電源，驅(qū)動PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶提供。CPU模塊的工作電壓一般是5V，而PLC的輸入/輸出信號電壓較高，例如DC 24V和AC 220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能會損壞CPU模塊中的元器件或使PLC不能正常工作。PLC控制

13、系統(tǒng)設(shè)計的一般步驟：（1）根據(jù)工藝要求，分析研究控制系統(tǒng)。（2）I/O設(shè)備的確定。（3）PLC選型。（4）程序設(shè)計。（5）編寫梯形圖程序，這一步是設(shè)計的核心。（6）程序的檢測調(diào)試。將程序通過計算機(jī)與軟件相結(jié)合寫入到PLC，然后對程序進(jìn)行測試，找到程序的缺陷和故障，進(jìn)而進(jìn)行改進(jìn)和對錯誤進(jìn)行更改。3.1.2 系統(tǒng)PLC機(jī)型選擇機(jī)型選擇標(biāo)準(zhǔn)的基本要求為滿足系統(tǒng)的功能要求，并且應(yīng)最大程度上滿足系統(tǒng)可靠性、維護(hù)使用方便性及性能價格比良好性等優(yōu)點。考慮因素包括以下幾個方面：（1）結(jié)構(gòu)合理根據(jù)工藝過程、環(huán)境條件以及維修量的大小，選用不同結(jié)構(gòu)的PLC。（2）功能強(qiáng)大根據(jù)控制系統(tǒng)開關(guān)量控制及控制速度要求的不同，

14、選用不同檔次的PLC。（3）機(jī)型統(tǒng)一整體式和模塊式是PLC的兩種結(jié)構(gòu)形式。雖然整體式結(jié)構(gòu)的PLC有其特有的優(yōu)點，但通常整體式結(jié)構(gòu)PLC功能有缺陷，因此一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu)，以使得系統(tǒng)功能得到擴(kuò)展。（4） 環(huán)境適應(yīng) 3.2.1帶式皮帶機(jī)皮帶輸送機(jī)也叫帶式輸送機(jī)或膠帶輸送機(jī)，是組成有節(jié)奏的流水作業(yè)線所不可缺少的經(jīng)濟(jì)型物流輸送設(shè)備。皮帶式輸送機(jī)具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、部件標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點。其廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、煤炭等行業(yè)，用來輸送松散物料或成件物品，根據(jù)輸送工藝要求，可單臺輸送，也可多臺組成或與其它輸送設(shè)備組成水平或傾斜的輸送系統(tǒng)，以滿足不同布置型式的作業(yè)線需要，適用于輸送堆積

15、密度小于1.67/噸/立方米，易于掏取的粉狀、粒狀、小塊狀的低磨琢性物料及袋裝物料，如煤、碎石、砂、水泥、化肥、糧食等。被送物料溫度小于60度。其機(jī)長及裝配形式可根據(jù)用戶要求確定，傳動可用電滾筒，也可用帶驅(qū)動架的驅(qū)動裝置。3.2.2電磁閥電磁閥（Electromagnetic valve）是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來控制流體的自動化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來實現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控

16、制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔連接不同的油管，腔中間是活塞，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來開啟或關(guān)閉不同的排油孔，而進(jìn)油孔是常開的，液壓油就會進(jìn)入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油缸的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞桿帶動機(jī)械裝置。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機(jī)械運動。3.3 供蓋封蓋模塊供蓋封蓋模塊中，機(jī)械方案要求兩組氣缸被步進(jìn)電機(jī)帶動，先來到已排序的瓶蓋上方，氣缸動作后鉗起瓶蓋，再由步進(jìn)電機(jī)帶動至裝有瓶子和藥粒的模具上方，氣缸組動作，塞上瓶蓋。由于瓶蓋和瓶子尺寸超小，電機(jī)帶動氣缸組的停止位置精度同樣有很高要求(±0.3mm)。對于實現(xiàn)瓶蓋上方的位置精度，使用限位塊方案。3.4 控制系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)方框圖如圖3-2圖所示圖3-2控制系統(tǒng)方框圖根據(jù)自動裝瓶機(jī)的控制功能要求，設(shè)計該設(shè)備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案。包括主傳動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動、數(shù)粒步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動、數(shù)粒粒數(shù)、供蓋步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動、延時時間等。通過按鈕控制，可進(jìn)行生產(chǎn)開始、生產(chǎn)