【正文】 目 基于 PLC的自動藥片裝瓶機 控制系統(tǒng)的設計 系 （院） 專 業(yè) 班 級 學生姓名 學 號 指導教師 職 稱 二 〇 一三年六月二十日 獨 創(chuàng) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計 (論文 )，是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。 本聲明的法律后果由本人承擔。而本設計采用三菱公司 PLC 作為主控制器，通過PLC 控制傳送帶步進電機、下藥斗電磁繼電器，并且通過 IO 口讀入光電藥片計數器的狀態(tài)，實現分片裝藥功能。目前，在藥片自動包裝設備方面，關于 PLC 的自動裝瓶技術已日顯成熟，并且現在國內外均有相關設備。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，包括美國在內的九個西方國家接受調查。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。 國內發(fā)展狀況：我國一直秉承的企業(yè)優(yōu)劣性指標是一個企業(yè)的技術工藝是否具有代表性，是否存在市場方面的競爭。其原因主要有，一是藥品生產企業(yè)在生產過程濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 中不遵守生產工藝、躲避生產監(jiān)管，不安全因素潛在。顯而易見，此自動控制系統(tǒng)的設計解決了其中的主要問題。另外 PLC 具有I/O 指示功能并且查找故障點十分迅速、方便。同時為保障我國藥片安全形勢，產品專業(yè)化程度越來越高。 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，使藥品質量得到保證的同時，相應的保障人體健康。 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 第二章 系統(tǒng)總體方案設計 系統(tǒng)設計綜述 經由前節(jié)分析，需要設計一個能夠自主選擇裝藥數量的系統(tǒng)，完成對整個系統(tǒng)的裝藥過程。生產中，主傳動機構作為整個生產過程的運輸鏈，連接所有的動作。數粒圓 盤在步進電機帶動下轉動所設計的角度，從料斗中選出生產要求的藥粒粒數，通過落粒通道落入瓶中。 系統(tǒng)設計要求 前文分析可知，現有的裝藥機有電子計數式與轉盤式兩種裝藥方式，而藥品的主要包裝樣式為瓶裝式，轉盤式裝藥機雖然精度高，適用于瓶裝式結構，但其機械結構復 雜，造價昂貴，不利于大規(guī)模的開發(fā)與使用。其藥片裝瓶數量需要方便設置，適用于不同的裝藥需求。電機、電磁閥、指示燈分別接 PLC 輸出口相應位置。 裝有藥片的裝置由電磁閥打開， 經由光電感應傳感器，那么裝入藥瓶的藥片被一一計數。 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。硬件設計包括 PLC 的選型依據及其具體型號選擇，外圍電路器件的選型依三菱 FX系列PLC 自動藥片裝瓶機 人工 控制 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 5 據與具體型號，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。 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 6 第三章 系統(tǒng)硬件設計 根據自動裝瓶機的控制功能要求，設計該設備控制系統(tǒng)的 硬件 結構方案。 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。 （ 3）高速化、超高性能化 一些大型 PLC 采用多微處理器系統(tǒng)才能滿足要求，如有的控制系統(tǒng)采用 32 位微處理器，可同時多任務進行操作，從而提高處理速度，增加存儲容量。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據的存儲。它是用來控制接觸器、指示燈、電磁閥、數字顯示和報警等裝置；模擬量輸入模塊主要針對電位器、測速器和變送器等提供的連續(xù)變化的模擬量電流電壓信號進行接收，它是用來控制調節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置 。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。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，驅動 PLC 負載的直流電源一般由用戶提供。 （ 2） I/O 設備的確定。 （ 6）程序的檢測調試。 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 9 （ 2）功能強大 根據控制系統(tǒng)開關量控制及控制速度要求的不同，選用不同檔次的 PLC。工藝流程的特點和應用要求是設計選型的主要依據。余量后，作為輸入輸出點數估算數據。設計階段，由于用戶應用程序還未編制。 另外 PLC 這種工業(yè)控制器可直接用于工業(yè)控制 各個領域。三菱 FX2N16MR 型號，其輸入輸出點分別為 8， FX2N 是 FX 系列中功能濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 10 最強、速度最高的微型 PLC。其為三菱 FX2N 系列、輸入輸出總點數為 1繼電器輸出。光電測量時不與被測對象直接接觸，光束的質量又近似為零，在測量中不存在摩擦和對被測對象幾乎不施加壓力。本設計的控制系統(tǒng)中，其中的光電式傳感器對裝入藥瓶的藥片數進行一一計數，可以滿足本設計的要求。光電式傳感器及其計數電路如圖 32 所示： 通過 LM358 搭建了 24V 的正向放大器，放大器為正反饋放大器，即搭建成為比較器電路，在高于設定 12V 時產生輸出信號跳變，從而對光電傳感器的返回波形進行整形，完成光電傳感器與 PLC 的 IO 口信號匹配。由于該系統(tǒng)沒有反饋檢測環(huán)節(jié)，它的精度較差，速度也 受到步進電機性能的限制。它是決定步進伺服系統(tǒng)脈沖當量的重要參數。若啟動時頻率大于突跳頻率，步進電機就不能正常啟動。 （ 5）加減速特性：步進電機的加減速特性是描述步進電機由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關系。我們用加速時間常數和減速時間常數來描述步進電機的升速和降速特性。同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數控系統(tǒng) 。 （ 6） 步進電機存在振蕩和失步現象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應措施。為了節(jié)約 PLC 的 IO 資源，同時提高 PLC 的控制性能，需要設計一個可由 PWM控制的，高細分度的步進電機控制器。其原理圖如圖 34 所示： 圖 34 THB7128 原理圖 由于步進電機控制傳送帶，而傳送帶的工作穩(wěn)定性直接決定了裝藥的成功與否，故 128 細分度的 THB7128 控制器為不二之選。而為了簡化設計，本設計直接采用了現有 的集成式下藥斗完成藥片的分離，而僅在下藥口安裝光電傳感器完成對藥片裝填數量的控制。皮 帶式輸送機 具有輸送量大、結構簡單、維修方便、部件標準化等優(yōu)點 。 皮帶輸送機結構形式多樣，有槽型 皮帶機 、平型皮帶機、 爬坡皮帶機 、側傾皮帶機、轉彎皮帶機等多種形式。皮帶輸送機具有輸送能力強，輸送距離遠，濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 17 結構簡單易于維護，能方便地實行程序化控制和自動化操作。 線體因地制宜選用直線、彎道、斜坡等線體形式。實現自動裝瓶的功能，其裝瓶方式為帶式裝瓶，向每個藥瓶裝入規(guī)定數量的藥片。電磁閥可以配合不同的電路來實現預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。 電磁閥從原理上分為三大類： （ 1）直動式電磁閥： 原理：通電時， 電磁 線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 18 時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，閥門關閉。 特點：在零壓差或真空、高壓時亦能動作，但功率較大，要求必須水平安裝。 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。 控制系統(tǒng)方框圖 控制系統(tǒng)方框圖如圖 36 圖所示： 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 19 圖 36 控制系統(tǒng)方框圖 根據自動裝瓶機的控制功能要求，設計該設備控制系統(tǒng)的結構方案。 PLC 硬件接線圖 PLC 的硬件接線圖如下圖所示： 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 20 圖 37 PLC 的硬件接線圖 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 21 第四章 系統(tǒng)軟件設計 裝瓶過程主要程序設計的思路可以認為系統(tǒng)采用手動操作。并且在指導老師的細心指導下，與有相關內容研究的同學進行交流。 通過本次課題研究，我了解到 PLC 在一些領域的突出作用，尤其是它的主機工作可靠，本身故障率很低，大大提高了生產效率。因此新型片劑自動裝瓶機的優(yōu)勢非常明顯，意義重大。 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 30 參考文獻 [1] 滿永奎 ,邊春元 ,趙蘇 ,王素貞等 .三菱 Q 系列 PLC 原理與應用設計 [M].北京 :機械工業(yè)出版 社 ,2021:116. [2] 朱文杰 .S7300/400 PLC 編程設計與案例分析 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021:141. [3] 洪應 .三菱系列 PLC 入門與應用實例 [M]. 北京 :中國電力出版社 ,2021:1120. [4] 廖常初 .PLC 基礎及應用 [M].北京 :機械工業(yè)出版社 ,2021:149. [5] 三菱公司 FX 系列可編程序控制器使用手冊 [Z]. . [6] 劉南 ,馬春翔 .高速自動裝瓶機控制系統(tǒng)設計 [D].上海 : 上海交通大學機械與動力學院 ,2021. [7] 楊林建 .機床電氣控制技術 [M].北京 :北京理工大學出版社 ,2021. [8] 鄭昌奇，張航 .基于 PLC 組合機床控制技術 [J].機械與電子， 2021,18(6):20. [9] 史宜巧 ,孫業(yè)明 ,景邵學 .PLC 技術及應用項目教程 [M].機械工業(yè)出版社 ,2021:1. [10] 周慧鈴 .組合機床控制系統(tǒng)數控化改造的研究與應用 [J].機電工程 ,2021,22(9):22. [11] Prager BC, Wessely K, Velt crystalline from of a cephalosporin intermediate product: US,5182383[P].19930126.(CA1988,109:149215) [12] A,Hofheinz W, Hubschwerlen CN,et for the manufacture of 1sulpho2oxoazetidine carboxylic acid intermediates via catalytic ester cleavage:US,4652651[P].19870324. 濱州學院本科畢業(yè)設計（論文） 31 謝 辭 又到一年畢業(yè)季，在經歷了考研 復試及論文創(chuàng)作之后，不知不覺中畢業(yè)在即。您在我論文題目選擇方面提出了專業(yè)而中肯的建議，特別是在論文初稿階段提出的修改建議及引導，對此后的論文寫作有非同尋常的作用。四年來，快樂的時光因你們蔓延，失意的日子因你們消散。