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1、精选优质文档-倾情为你奉上 基于PLC的自动药片装瓶机控制系统姓 名 李宗光 学 号 小组成员 李宗光 指导老师 王金鹏 班 级 专 业 电子信息工程 电气与信息工程学院 2015年12月11日专心-专注-专业目 录第一章 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，
2、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
3、给业主带来利益并给民众带来方便的同时，民众的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自动化。只有这样经营系统才能改善，生产效率
4、才能提高，控制运行才能更加健康可靠。 第二章 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
5、中有三组气缸联动，保证瓶子在设计时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
6、装药机器效率高，速度快，但结构过于简单，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，接着系统启停被接通，
7、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运行。人工控制自动药片装瓶
8、机通用系列plc 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。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，如果药瓶中药片数量达到预先规定值，此时电磁阀将
9、停止工作。第三章 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的功能。PLC主要有CPU（中央处理器）模块、输入模块、输出模块
10、和编程器组成。其组成示意图可由图3-1所示： 可编程序控制器被控对象控制对象输出模块输入模块CPU中央处理器编程器图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
11、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5
12、V，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。（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
13、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。皮具有输送量大、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
14、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、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。3.2.2电磁阀电磁阀（Electromagnetic valve）是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，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
15、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，哪面的磁铁线圈通电就会被吸引到哪边，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，然后通过油的压力来推动油缸的，活塞又带动活塞杆，活塞杆带动机械。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
16、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、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。第四章 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 图4-2 装粒过程程序流程图4.3 程序设计梯形图图4-3 梯形图参考文献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.