基于PLC的自动药片装瓶机控制系统的设计[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.......................................................................................................43.1PLC机型的选择...........................................................................................................53.1.1PLC简介....................................................................................................................53.1.2系统PLC机型选择..................................................................................................63.2.1带式皮带机................................................................................................................63.2.2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，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。第三章系统硬件设计3.1.1PLC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，ProgrammableLogicController(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3-1PLC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、