基于PLC的自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[1]

1、 基于PLC的自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)姓 名 李宗光 學(xué) 號(hào) 0934131331 小組成員 李宗光 指導(dǎo)老師 王金鵬 班 級(jí) 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0目 錄第一章 緒論11.1 自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的研究發(fā)展?fàn)顩r11.2 自動(dòng)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(jì)22.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述22.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求22.2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案3第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)43.1 PLC機(jī)型的選擇53.1.1 PLC簡(jiǎn)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(jì)84.1 程序設(shè)計(jì)流程圖9參考文獻(xiàn)13IIII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(dòng)裝瓶機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展。目前，在藥片自動(dòng)包裝設(shè)備方面，關(guān)于PLC的自動(dòng)裝瓶技術(shù)已日顯成熟，并且現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外均有相關(guān)設(shè)備。本技術(shù)應(yīng)用PLC可以通過(guò)其通信協(xié)議直接地控制電機(jī)運(yùn)行，這樣自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的運(yùn)行方式得到了監(jiān)控，而且裝藥時(shí)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(jì)采用FX2N系列PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)藥片自動(dòng)裝瓶機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的功能控制。1.1 自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的研

3、究發(fā)展?fàn)顩r國(guó)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(guó)公眾，并且當(dāng)我國(guó)民眾還處于為實(shí)現(xiàn)民族獨(dú)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(kāi)始。美國(guó)雜志刊登的一份研究報(bào)告曾指出，從1974到1997的23個(gè)年頭里，針對(duì)死亡率問(wèn)題，包括美國(guó)在內(nèi)的九個(gè)西方國(guó)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(zhǎng)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(guó)，快餐業(yè)迅速崛起。就這樣，餐飲業(yè)給業(yè)主帶來(lái)利益并給民眾帶來(lái)方便的同時(shí)，民眾的健康及壽命受到的消極影響顯而易見(jiàn)。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(shí)隨著PLC等自

4、動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域正不斷擴(kuò)大著，藥片自動(dòng)裝瓶應(yīng)需產(chǎn)生，發(fā)展迅速。 1.2 自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的研究目的及意義首先，自動(dòng)藥片裝瓶與傳統(tǒng)的手工裝瓶相比，其優(yōu)點(diǎn)是可以避免我們直接與藥品接觸，同時(shí)也避免了人與藥品直接接觸帶來(lái)的對(duì)藥品的玷污，使藥品質(zhì)量得到保證的同時(shí)，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(cuò)誤的狀況在所難免。自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的設(shè)計(jì)使得管理更加強(qiáng)調(diào)流程和自動(dòng)化。只有這樣經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)才能改善，生產(chǎn)效率才能提高，控制運(yùn)行才能更加健康可靠。 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述經(jīng)由前節(jié)分析，需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠自主選擇裝藥數(shù)量的系統(tǒng)，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的裝藥

5、過(guò)程。為了實(shí)現(xiàn)其裝藥流程，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，并得出設(shè)計(jì)要求。自動(dòng)裝瓶機(jī)基本可分為4個(gè)動(dòng)作機(jī)構(gòu)：主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、數(shù)粒機(jī)構(gòu)、自動(dòng)供瓶機(jī)構(gòu)和自動(dòng)供蓋封蓋機(jī)構(gòu)。通過(guò)以上4個(gè)機(jī)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)包裝產(chǎn)品傳動(dòng)、藥丸高速計(jì)數(shù)、自動(dòng)供瓶和自動(dòng)供蓋封蓋等功能。生產(chǎn)中，主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)作為整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的運(yùn)輸鏈，連接所有的動(dòng)作。供瓶、數(shù)粒、供蓋封蓋這三個(gè)生產(chǎn)過(guò)程都將在這條主傳動(dòng)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(guò)電動(dòng)震動(dòng)器以及震動(dòng)通道，依次進(jìn)入落瓶通道，通道中有三組氣缸聯(lián)動(dòng)，保證瓶子在設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)以正確的方向進(jìn)入主傳動(dòng)鏈，之后運(yùn)送到數(shù)粒機(jī)構(gòu)。瓶子到了數(shù)粒機(jī)構(gòu)后，開(kāi)始數(shù)粒模塊。數(shù)粒圓盤(pán)在步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)所設(shè)計(jì)的角

6、度，從料斗中選出生產(chǎn)要求的藥粒粒數(shù)，通過(guò)落粒通道落入瓶中。裝有藥粒的藥瓶繼續(xù)被傳動(dòng)鏈帶至供蓋封蓋機(jī)構(gòu)。蓋子通過(guò)料斗和震動(dòng)器、震動(dòng)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(dòng)作。2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求現(xiàn)有的裝藥機(jī)有電子計(jì)數(shù)式與轉(zhuǎn)盤(pán)式兩種裝藥方式，而藥品的主要包裝樣式為瓶裝式，轉(zhuǎn)盤(pán)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(jià)昂貴，不利于大規(guī)模的開(kāi)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(guò)于簡(jiǎn)單，不利于高精度的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。需要設(shè)計(jì)一個(gè)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(dòng)地裝入到藥瓶中。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝瓶的功

7、能，其裝瓶方式為帶式裝瓶，向每個(gè)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(yùn)行，其中按鈕、開(kāi)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(guò)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(dòng)機(jī)M帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)5秒后，皮帶機(jī)將停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)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(kāi)，經(jīng)由光電感應(yīng)傳感器，那么裝入藥瓶的藥

8、片被一一計(jì)數(shù)。藥瓶中的藥片數(shù)量達(dá)到預(yù)先規(guī)定值時(shí)，電磁閥Y會(huì)關(guān)閉，皮帶機(jī)重新開(kāi)始運(yùn)行，使藥片裝瓶過(guò)程控制順利進(jìn)行。在裝藥過(guò)程中，當(dāng)藥片裝入的量需要更改時(shí)，這時(shí)只有當(dāng)前皮帶機(jī)上的藥瓶中藥片裝滿后，且從下一個(gè)藥瓶開(kāi)始，裝填改變后的藥片數(shù)量。如果在裝藥過(guò)程中系統(tǒng)啟停開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，則只有當(dāng)前藥瓶中藥片裝滿后，控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)才能停止。為了保證裝藥機(jī)運(yùn)行的準(zhǔn)確性，需要使用PLC的定時(shí)功能完成對(duì)與傳送帶的配合，密切配合傳送帶的停止與運(yùn)行。人工控制自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)通用系列plc 設(shè)定裝藥 數(shù)量實(shí)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(jì)方案根據(jù)自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)需要實(shí)現(xiàn)的控制要求和功能，首先應(yīng)制定出系統(tǒng)硬件控制

9、的方案。硬件設(shè)計(jì)包括PLC的選型依據(jù)及其具體型號(hào)選擇，外圍電路器件的選型依據(jù)與具體型號(hào)，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(jì)。最后是制定軟件部分的設(shè)計(jì)方案，包括PLC各個(gè)I/O口的分配、程序設(shè)計(jì)思路、流程圖、指令表、梯形圖等。即通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式，通過(guò)按動(dòng)啟動(dòng)、停止按鈕等控制命令來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)皮帶運(yùn)動(dòng)或停止。通過(guò)光電傳感器，對(duì)裝入瓶中的藥片進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，如果藥瓶中藥片數(shù)量達(dá)到預(yù)先規(guī)定值，此時(shí)電磁閥將停止工作。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1.1 PLC簡(jiǎn)介隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)的需求，這就要求控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔性以及方便靈活性的生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化。

10、為順應(yīng)這一趨勢(shì)，Programmable Logic Controller(可編程控制器)產(chǎn)生，它是以計(jì)算機(jī)處理器為核心的自動(dòng)控制裝置。PLC的各種操作指令是在可編程序的存儲(chǔ)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(yùn)行。從上述論述可以看出，PLC是一種通過(guò)程序的改變來(lái)實(shí)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(duì)象控制對(duì)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(chǔ)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(hào)的采集，用戶程序的執(zhí)行，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲(chǔ)器用來(lái)用戶程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。（2）I/O模塊輸入模塊和輸出模塊是系統(tǒng)外部現(xiàn)場(chǎng)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(lái)生成用戶程序，并且可以用來(lái)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(duì)程序的寫(xiě)入我們目前可以通過(guò)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(duì)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(guò)計(jì)算機(jī)直接

12、編輯梯形圖或者指令表程序，并且可以進(jìn)行不同編輯語(yǔ)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(xiě)入過(guò)程，也可以將PLC中的程序讀入到計(jì)算機(jī)，即所謂的讀過(guò)程。（4）電源PLC一般使用的電源為AC 220V 或DC 24V，內(nèi)部的開(kāi)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(dòng)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(hào)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(huì)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(shè)計(jì)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(jì)。（5）編寫(xiě)梯形圖程序，這一步是設(shè)計(jì)的核心。（6）程序的檢測(cè)調(diào)試。將程序通過(guò)計(jì)算機(jī)與軟件相結(jié)合寫(xiě)入到PLC，然后對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試，找到程序的缺陷和故障，進(jìn)而進(jìn)行改進(jìn)和對(duì)錯(cuò)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(jià)格比良好性等優(yōu)點(diǎn)?？紤]因素包括以下幾個(gè)方面：（1）結(jié)構(gòu)合理根據(jù)工藝過(guò)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(kāi)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(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(diǎn)，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(jiǎn)單、維修方便、部件標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)。其廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、煤炭等行業(yè)，用來(lái)輸送松散物料或成件物品，根據(jù)輸送工藝要求，可單臺(tái)輸送，也可多臺(tái)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

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(jī)長(zhǎng)及裝配形式可根據(jù)用戶要求確定，傳動(dòng)可用電滾筒，也可用帶驅(qū)動(dòng)架的驅(qū)動(dòng)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(lái)控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。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(lái)實(shí)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

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(kāi)有通孔，每個(gè)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(huì)被吸引到哪邊，通過(guò)控制閥體的移動(dòng)來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉不同的排油孔，而進(jìn)油孔是常開(kāi)的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過(guò)油的壓力來(lái)推動(dòng)油缸的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置。這樣通過(guò)控制電磁鐵的電流通斷就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。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(dòng)，先來(lái)到已排序的瓶蓋上方，氣缸動(dòng)作后鉗起瓶蓋，再由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)至裝有瓶子和藥粒的模具上方，氣缸組動(dòng)作，塞上瓶蓋。由于瓶蓋和瓶子尺寸超小，電機(jī)帶動(dòng)氣缸組的停止位置精度同樣有很高要求(0.3mm)。對(duì)于實(shí)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(dòng)裝瓶機(jī)的控制功能要求，設(shè)計(jì)該設(shè)備控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案。包括主傳動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、數(shù)粒步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、數(shù)粒粒數(shù)、供蓋步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、延時(shí)時(shí)間等。通過(guò)按鈕控制，可進(jìn)行生產(chǎn)開(kāi)始、生產(chǎn)停止、