1、 基于 PLC 的自动药片装瓶机控制系统电气与信息工程学院2015 年 12 月 11 日姓 名 李宗光 学 号 0934131331 小组成员 李宗光 指导老师 王金鹏 班 级 0934131 专 业 电子信息工程 I目 录第一章 绪论 11.1 自动药片装瓶机的研究发展状况 .11.2 自动药片装瓶机的研究目的及意义 .1第二章 系统总体方案设计 22.1 系统设计综述 .22.1.1 系统设计要求 22.2 系统的设计方案 .3第三章 系统硬件设计 43.1 PLC 机型的选择 53.1.1 PLC 简介 .53.1.2 系统 PLC 机型选择 .63.2.1 带式皮带机 .63.2.2
2、 电磁阀 .63.3 供盖封盖模块 .73.4 控制系统方框图 .7第四章 系统软件设计 84.1 程序设计流程图 .9参考文献 13II1第一章 绪论随着科技的日渐发展，相应 PLC 的应用范围正被不断扩大，其发挥主导作用的领域扩展着，医药行业的应用包含其中，其中具代表性的有自动装瓶机的应用及发展。目前，在药片自动包装设备方面，关于 PLC 的自动装瓶技术已日显成熟，并且现在国内外均有相关设备。本技术应用 PLC 可以通过其通信协议直接地控制电机运行，这样自动药片装瓶机的运行方式得到了监控，而且装药时间也可根据需要得到预先规定，从而节约资源，降低生产成本，提高产品质量。很显然的，此设计采用
3、FX2N 系列 PLC 实现对药片自动装瓶机的控制，实现对系统的功能控制。1.1 自动药片装瓶机的研究发展状况国外发展状况：“药片文化”还是“饮食文化”从很早以前就困扰着外国公众，并且当我国民众还处于为实现民族独立，人民解放奋战的水深火热中，他们的这种困扰已经开始。美国杂志刊登的一份研究报告曾指出，从 1974 到 1997 的 23 个年头里，针对死亡率问题，包括美国在内的九个西方国家接受调查。调查结果显示，因疾病引起的死亡率增长了近乎两倍。其中饮食结构不合理是发病率的主要原因。尤其是在二战后，在崇尚速度和效率的美国，快餐业迅速崛起。就这样，餐饮业给业主带来利益并给民众带来方便的同时，民众的
4、健康及寿命受到的消极影响显而易见。各种疾病产生，危及生存。随之医疗产业崛起，速度更是可想而知。这时随着PLC 等自动化技术的发展，PLC 的应用领域正不断扩大着，药片自动装瓶应需产生，发展迅速。1.2 自动药片装瓶机的研究目的及意义首先，自动药片装瓶与传统的手工装瓶相比，其优点是可以避免我们直接与药品接触，同时也避免了人与药品直接接触带来的对药品的玷污，使药品质量得到保证的同时，相应的保障人体健康。其次，由于传统的手工装瓶在生产管理方面比较困难，出现错误的状况在所难免。自动药片装瓶机的设计使得管理更加强调流程和2自动化。只有这样经营系统才能改善，生产效率才能提高，控制运行才能更加健康可靠。第二
5、章 系统总体方案设计2.1 系统设计综述经由前节分析，需要设计一个能够自主选择装药数量的系统，完成对整个系统的装药过程。为了实现其装药流程，需要对整个系统进行分析，并得出设计要求。自动装瓶机基本可分为 4 个动作机构：主传动机构、数粒机构、自动供瓶机构和自动供盖封盖机构。通过以上 4 个机构的联动实现包装产品传动、药丸高速计数、自动供瓶和自动供盖封盖等功能。生产中，主传动机构作为整个生产过程的运输链，连接所有的动作。供瓶、数粒、供盖封盖这三个生产过程都将在这条主传动机构上完成。其中供瓶机构为，从料斗中落下的瓶，通过电动震动器以及震动通道，依次进入落瓶通道，通道中有三组气缸联动，保证瓶子在设计时
6、间内以正确的方向进入主传动链，之后运送到数粒机构。瓶子到了数粒机构后，开始数粒模块。数粒圆盘在步进电机带动下转动所设计的角度，从料斗中选出生产要求的药粒粒数，通过落粒通道落入瓶中。装有药粒的药瓶继续被传动链带至供盖封盖机构。盖子通过料斗和震动器、震动通道依次进入等待区域，钳盖用气缸组将盖子钳起，由步进电机带至药瓶上方，然后由该气缸组与压盖气缸组配合完成封盖动作。2.1.1 系统设计要求现有的装药机有电子计数式与转盘式两种装药方式，而药品的主要包装样式为瓶装式，转盘式装药机虽然精度高，适用于瓶装式结构，但其机械结构复杂，造价昂贵，不利于大规模的开发与使用。而带式装药机器效率高，速度快，但结构过于
7、简单，不利于高精度的设计实现。需要设计一个控制系统，此控制系统是将规定数量的药片，有序自动地装入到药瓶中。实现自动装瓶的功能，其装瓶方式为带式装3瓶，向每个药瓶装入规定数量的药片。其药片装瓶数量需要方便设置，适用于不同的装药需求。PLC 控制药片装瓶机运行，其中按钮、开关，光电传感器分别接 PLC 输入口相应位置。电机、电磁阀、指示灯分别接 PLC 输出口相应位置。就这样，通过按药片数量选择按钮 S1、S2 或 S3，可选择装入药瓶中药片的数量，按 S1 为 20 片，按 S2 为 30 片，按 S3 为 40 片。相应数量上的指示灯 H 的亮暗表示目前药瓶装药数量。当装药数量被选定，接着系统
8、启停被接通，电动机 M 带动皮带转动，延时5 秒后，皮带机将停止运转，这时皮带上的装药瓶到达指定位置进行装药。装有药片的装置由电磁阀打开，经由光电感应传感器，那么装入药瓶的药片被一一计数。药瓶中的药片数量达到预先规定值时，电磁阀 Y 会关闭，皮带机重新开始运行，使药片装瓶过程控制顺利进行。在装药过程中，当药片装入的量需要更改时，这时只有当前皮带机上的药瓶中药片装满后，且从下一个药瓶开始，装填改变后的药片数量。如果在装药过程中系统启停开关被断开，则只有当前药瓶中药片装满后，控制系统的运转才能停止。为了保证装药机运行的准确性，需要使用 PLC 的定时功能完成对与传送带的配合，密切配合传送带的停止与
9、运行。设定装药数量 实现装药流程图 2-1 系统原理方框图2.2 系统的设计方案根据自动药片装瓶机需要实现的控制要求和功能，首先应制定出系统硬件控制的方案。硬件设计包括 PLC 的选型依据及其具体型号选择，外围电路器件的选型依据与具体型号，其中包括按钮、电机、电磁阀、光电传感器、指示灯等，然后是PLC 的硬件接线设计。最后是制定软件部分的设计方案，包括 PLC 各个 I/O 口的分配、程序设计思路、流程图、指令表、梯形图等。通用系列 plc 自动药片装瓶机人工控制4即通过软硬件结合的方式，通过按动启动、停止按钮等控制命令来驱动电机带动皮带运动或停止。通过光电传感器，对装入瓶中的药片进行数量统计
10、，如果药瓶中药片数量达到预先规定值，此时电磁阀将停止工作。第 3 章 系统硬件设计3.1.1 PLC 简介随着科学技术的发展，为了满足制造业对市场的需求，这就要求控制系统的简洁性以及方便灵活性的生产设备自动化。为顺应这一趋势，Programmable Logic Controller(可编程控制器) 产生，它是以计算机处理器为核心的自动控制装置。 PLC的各种操作指令是在可编程序的存储器中进行完成，并以 A/D 形式的输入输出方式控制操作系统的顺利运行。从上述论述可以看出，PLC 是一种通过程序的改变来实现与上位机联合控制工业控制系统，其除了具有控制作用外，还有可以进行与其他上位机进行通信联网
11、的功能。PLC 主要有 CPU（中央处理器）模块、输入模块、输出模块和编程器组成。其组成示意图可由图 3-1 所示： 可编程序控制器编程器输入模块CPU中央处理器输出模块被控对象控制对象5图 3-1 PLC 控制系统示意图PLC 主要模块组成下面将分别予以介绍：（1）CPU 模块CPU 模块主要由微处理器存储器组成。在控制系统中，此模块起着重要的作用，它不断地进行着输入信号的采集，用户程序的执行，刷新系统的输出；存储器用来用户程序和数据的存储。（2）I/O 模块输入模块和输出模块是系统外部现场设备和 CPU 模块相互连接的桥梁，也可以称作为系统的眼、耳、手、脚。（3）编程器编程器是用来生成用户
12、程序，并且可以用来进行程序的编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。针对程序的写入我们目前可以通过手持式编程器或者是使用编程软件两种方式。手持式编程器对于输入和编辑梯形图是不能直接进行的，只能输入和编辑指令表程序，而编程软件可以通过计算机直接编辑梯形图或者指令表程序，并且可以进行不同编辑语言之间的相互转换。程序编译完成后可直接下载到PLC，也就是程序的写入过程，也可以将 PLC 中的程序读入到计算机，即所谓的读过程。（4）电源PLC 一般使用的电源为 AC 220V 或 DC 24V，内部的开关电源为各模块提供DC 5V、DC 正负 12V 和 DC 24V 等电源。小型 PLC 可以为输入
13、电路和外部的电子传感器提供 DC 24V 电源，驱动 PLC 负载的直流电源一般由用户提供。CPU 模块的工作电压一般是 5V，而 PLC 的输入/输出信号电压较高，例如 DC 24V 和 AC 220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能会损坏 CPU 模块中的元器件或使 PLC 不能正常工作。PLC 控制系统设计的一般步骤：（1）根据工艺要求，分析研究控制系统。（2）I/O 设备的确定。（3）PLC 选型。（4）程序设计。6（5）编写梯形图程序，这一步是设计的核心。（6）程序的检测调试。将程序通过计算机与软件相结合写入到 PLC，然后对程序进行测试，找到程序的缺陷和故障，进而进行改进和对错
14、误进行更改。3.1.2 系统 PLC 机型选择机型选择标准的基本要求为满足系统的功能要求，并且应最大程度上满足系统可靠性、维护使用方便性及性能价格比良好性等优点。考虑因素包括以下几个方面：（1）结构合理根据工艺过程、环境条件以及维修量的大小，选用不同结构的 PLC。（2）功能强大根据控制系统开关量控制及控制速度要求的不同，选用不同档次的 PLC。（3）机型统一整体式和模块式是 PLC 的两种结构形式。虽然整体式结构的 PLC 有其特有的优点，但通常整体式结构 PLC 功能有缺陷，因此一般大型的控制系统都使用模块式结构，以使得系统功能得到扩展。（4）环境适应3.2.1 带式皮带机皮带输送机也叫带
15、式输送机或胶带输送机，是组成有节奏的流水作业线所不可缺少的经济型物流输送设备。皮带式输送机具有输送量大、结构简单、维修方便、部件标准化等优点。其广泛应用于矿山、冶金、煤炭等行业，用来输送松散物料或成件物品，根据输送工艺要求，可单台输送，也可多台组成或与其它输送设备组成水平或倾斜的输送系统，以满足不同布置型式的作业线需要，适用于输送堆积密度小于 1.67/吨/立方米，易于掏取的粉状、粒状、小块状的低磨琢性物料及袋装物料，如煤、碎石、砂、水泥、化肥、粮食等。被送物料温度小于 60 度。其机长及装配形式可根据用户要求确定，传动可用电滚筒，也可用带驱动架的驱动装置。3.2.2 电磁阀电磁阀（Elect
16、romagnetic valve）是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的7自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。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。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔连接不同的油管，腔中间是活塞，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开启或关闭不同的排油孔，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
17、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。这样通过控制电磁铁的电流通断就控制了机械运动。3.3 供盖封盖模块供盖封盖模块中，机械方案要求两组气缸被步进电机带动，先来到已排序的瓶盖上方，气缸动作后钳起瓶盖，再由步进电机带动至装有瓶子和药粒的模具上方，气缸组动作，塞上瓶盖。由于瓶盖和瓶子尺寸超小，电机带动气缸组的停止位置精度同样有很高要求(0.3mm)。对于实现瓶盖上方的位置精度，使用限位块方案。3.4 控制系统方框图控制系统方框图如图 3-2 图所示8图 3-2 控制系统方框图根据自动装瓶机的控制功能要求，设计该设备控制系统的结构方案。包括主传动步进电机转动、数粒步进电机转动
18、、数粒粒数、供盖步进电机转动、延时时间等。通过按钮控制，可进行生产开始、生产停止、急停等操作。经 PLC 程序进行相应的处理，变成步进电机正/反转、电机转动、步数等控制命令输出到步进电机驱动器，驱动步进电机，实现主传动链前进、数粒电机和供盖步进电机的转动，或者输出到继电器，驱动电磁阀动作，实现各个气缸组的联动。第 4 章 系统软件设计4.1 程序设计流程图控制系统的程序设计流程图如图 4-1 所示：图 4-1 程序流程图9图 4-2 装粒过程程序流程图4.3 程序设计梯形图101112图 4-3 梯形图13参考文献1 满永奎,边春元,赵苏,王素贞等. 系列 PLC 原理与应用设计M. 北京: 机械工业出版 社,2009:1-16.
