基于PLC的自動藥片裝瓶機控制系統(tǒng)的設計[1]

1、 基于PLC的自動藥片裝瓶機控制系統(tǒng)姓 名 李宗光 學 號 0934131331 小組成員 李宗光 指導老師 王金鵬 班 級 0934131 專 業(yè) 電子信息工程 電氣與信息工程學院 2015年12月11日0目 錄第一章 緒論11.1 自動藥片裝瓶機的研究發(fā)展狀況11.2 自動藥片裝瓶機的研究目的及意義1第二章 系統(tǒng)總體方案設計22.1 系統(tǒng)設計綜述22.1.1 系統(tǒng)設計要求22.2 系統(tǒng)的設計方案3第三章 系統(tǒng)硬件設計43.1 PLC機型的選擇53.1.1 PLC簡介53.1.2 系統(tǒng)PLC機型選擇63.2.1帶式皮帶機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)軟件設計84.1 程序設計流程圖9參考文獻13IIII第一章 緒論隨著科技的日漸發(fā)展，相應PLC的應用范圍正被不斷擴大，其發(fā)揮主導作用的領域擴展著，醫(yī)藥行業(yè)的應用包含其中，其中具代表性的有自動裝瓶機的應用及發(fā)展。目前，在藥片自動包裝設備方面，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)設備。本技術(shù)應用PLC可以通過其通信協(xié)議直接地控制電機運行，這樣自動藥片裝瓶機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，此設計采用FX2N系列PLC實現(xiàn)對藥片自動裝瓶機的控制，實現(xiàn)對系統(tǒng)的功能控制。1.1 自動藥片裝瓶機的研

3、究發(fā)展狀況國外發(fā)展狀況：“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

4、動化技術(shù)的發(fā)展，PLC的應用領域正不斷擴大著，藥片自動裝瓶應需產(chǎn)生，發(fā)展迅速。 1.2 自動藥片裝瓶機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。自動藥片裝瓶機的設計使得管理更加強調(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)總體方案設計2.1 系統(tǒng)設計綜述經(jīng)由前節(jié)分析，需要設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

5、過程。為了實現(xiàn)其裝藥流程，需要對整個系統(tǒng)進行分析，并得出設計要求。自動裝瓶機基本可分為4個動作機構(gòu)：主傳動機構(gòu)、數(shù)粒機構(gòu)、自動供瓶機構(gòu)和自動供蓋封蓋機構(gòu)。通過以上4個機構(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構(gòu)上完成。其中供瓶機構(gòu)為，從料斗中落下的瓶，通過電動震動器以及震動通道，依次進入落瓶通道，通道中有三組氣缸聯(lián)動，保證瓶子在設計時間內(nèi)以正確的方向進入主傳動鏈，之后運送到數(shù)粒機構(gòu)。瓶子到了數(shù)粒機構(gòu)后，開始數(shù)粒模塊。數(shù)粒圓盤在步進電機帶動下轉(zhuǎn)動所設計的角

6、度，從料斗中選出生產(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構(gòu)。蓋子通過料斗和震動器、震動通道依次進入等待區(qū)域，鉗蓋用氣缸組將蓋子鉗起，由步進電機帶至藥瓶上方，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)設計要求現(xiàn)有的裝藥機有電子計數(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)盤式裝藥機雖然精度高，適用于瓶裝式結(jié)構(gòu)，但其機械結(jié)構(gòu)復雜，造價昂貴，不利于大規(guī)模的開發(fā)與使用。而帶式裝藥機器效率高，速度快，但結(jié)構(gòu)過于簡單，不利于高精度的設計實現(xiàn)。需要設計一個控制系統(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

7、能，其裝瓶方式為帶式裝瓶，向每個藥瓶裝入規(guī)定數(shù)量的藥片。其藥片裝瓶數(shù)量需要方便設置，適用于不同的裝藥需求。PLC控制藥片裝瓶機運行，其中按鈕、開關(guān)，光電傳感器分別接PLC輸入口相應位置。電機、電磁閥、指示燈分別接PLC輸出口相應位置。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。相應數(shù)量上的指示燈H的亮暗表示目前藥瓶裝藥數(shù)量。當裝藥數(shù)量被選定，接著系統(tǒng)啟停被接通，電動機M帶動皮帶轉(zhuǎn)動，延時5秒后，皮帶機將停止運轉(zhuǎn)，這時皮帶上的裝藥瓶到達指定位置進行裝藥。裝有藥片的裝置由電磁閥打開，經(jīng)由光電感應傳感器，那么裝入藥瓶的藥

8、片被一一計數(shù)。藥瓶中的藥片數(shù)量達到預先規(guī)定值時，電磁閥Y會關(guān)閉，皮帶機重新開始運行，使藥片裝瓶過程控制順利進行。在裝藥過程中，當藥片裝入的量需要更改時，這時只有當前皮帶機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。為了保證裝藥機運行的準確性，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通用系列plc 設定裝藥 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)的設計方案根據(jù)自動藥片裝瓶機需要實現(xiàn)的控制要求和功能，首先應制定出系統(tǒng)硬件控制

9、的方案。硬件設計包括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、電磁閥、光電傳感器、指示燈等，然后是PLC的硬件接線設計。最后是制定軟件部分的設計方案，包括PLC各個I/O口的分配、程序設計思路、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行數(shù)量統(tǒng)計，如果藥瓶中藥片數(shù)量達到預先規(guī)定值，此時電磁閥將停止工作。第3章 系統(tǒng)硬件設計3.1.1 PLC簡介隨著科學技術(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)設備自動化。

10、為順應這一趨勢，Programmable Logic Controller(可編程控制器)產(chǎn)生，它是以計算機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，還有可以進行與其他上位機進行通信聯(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

11、塊組成下面將分別予以介紹：（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直接

12、編輯梯形圖或者指令表程序，并且可以進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，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。

13、PLC控制系統(tǒng)設計的一般步驟：（1）根據(jù)工藝要求，分析研究控制系統(tǒng)。（2）I/O設備的確定。（3）PLC選型。（4）程序設計。（5）編寫梯形圖程序，這一步是設計的核心。（6）程序的檢測調(diào)試。將程序通過計算機與軟件相結(jié)合寫入到PLC，然后對程序進行測試，找到程序的缺陷和故障，進而進行改進和對錯誤進行更改。3.1.2 系統(tǒng)PLC機型選擇機型選擇標準的基本要求為滿足系統(tǒng)的功能要求，并且應最大程度上滿足系統(tǒng)可靠性、維護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）功能強大根據(jù)控制系統(tǒng)開關(guān)量控制及控制速度要

14、求的不同，選用不同檔次的PLC。（3）機型統(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)功能得到擴展。（4） 環(huán)境適應 3.2.1帶式皮帶機皮帶輸送機也叫帶式輸送機或膠帶輸送機，是組成有節(jié)奏的流水作業(yè)線所不可缺少的經(jīng)濟型物流輸送設備。皮帶式輸送機具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、部件標準化等優(yōu)點。其廣泛應用于礦山、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

15、于輸送堆積密度小于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)設備，是用來控制流體的自動化基礎元件，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

16、閥、方向控制閥、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，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油缸的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞桿帶動機械裝置。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機械運動。3.3 供蓋封蓋模塊供蓋封蓋模塊中，機械方案要求兩組氣缸被步進電機帶動，先來到已排序的瓶蓋上方，氣缸動作后鉗起瓶蓋，再由步進電機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)自動裝瓶機的控制功能要求，設計該設備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案。包括主傳動步進電機轉(zhuǎn)動、數(shù)粒步進電機轉(zhuǎn)動、數(shù)粒粒數(shù)、供蓋步進電機轉(zhuǎn)動、延時時間等。通過按鈕控制，可進行生產(chǎn)開始、生產(chǎn)停止、