自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)——集美大學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、一、可編程控制器的自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介1.自動(dòng)裝藥機(jī)的研究現(xiàn)狀技術(shù)工藝，是衡量一個(gè)企業(yè)是否具有先進(jìn)性，是否具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是否能不斷領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)者的重要指標(biāo)依據(jù)。隨著我國(guó)藥物生產(chǎn)設(shè)備市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。了解國(guó)內(nèi)外藥物裝瓶設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵。目前食品藥品安全的現(xiàn)狀十分不容樂(lè)觀，國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局發(fā)現(xiàn)兩大現(xiàn)狀導(dǎo)致近幾年藥品安全型突發(fā)事件的頻繁發(fā)生，一是藥品生產(chǎn)企業(yè)不按生產(chǎn)工藝生產(chǎn)、規(guī)避監(jiān)管，潛在不安全因素。二是在非GMP流水線廠房生產(chǎn)藥品。如果想改變此現(xiàn)狀，要著

2、力消除問(wèn)題隱患，從生產(chǎn)環(huán)節(jié)入手，采用自動(dòng)化生產(chǎn)，自動(dòng)裝瓶機(jī)解決了生產(chǎn)中的許多問(wèn)題。醫(yī)藥行業(yè)中，醫(yī)藥包裝機(jī)械產(chǎn)品種類豐富，藥品的形狀、性質(zhì)、包裝要求等差異很大，且產(chǎn)量大。因此，自動(dòng)裝瓶機(jī)品種眾多，目前醫(yī)藥包裝設(shè)備中，大顆粒、規(guī)則形狀的藥丸自動(dòng)包裝技術(shù)已經(jīng)非常成熟，國(guó)內(nèi)外均有相關(guān)設(shè)備，但針對(duì)異型粒、異型瓶等包裝技術(shù)則較為有限。PLC通過(guò)USS通信協(xié)議直接控制電機(jī),不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)裝藥機(jī)方式運(yùn)行的控制,而且能夠根據(jù)需要靈活控制裝藥時(shí)間,達(dá)到節(jié)約電能,降低成本,提高生產(chǎn)質(zhì)量的目的。2.自動(dòng)裝藥機(jī)的研究目的及意義手工裝瓶直接接觸藥品，長(zhǎng)期接觸藥品的人會(huì)對(duì)身體造成傷害，采用自動(dòng)裝瓶機(jī)杜絕了這種現(xiàn)象的發(fā)生，同

3、時(shí)避免了人與藥品接觸帶來(lái)的對(duì)藥品的污染，保證了藥品的質(zhì)量，符合藥用要求，符合保障人體健康、安全的標(biāo)準(zhǔn)。手工裝瓶生產(chǎn)難于管理，容易出現(xiàn)紕漏和混亂，自動(dòng)裝瓶機(jī)，建立一個(gè)能控制整個(gè)數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)的綜合性管理平臺(tái)使管理更加強(qiáng)調(diào)流程和自動(dòng)化，改善了經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)，提高了工作效率，使企業(yè)運(yùn)營(yíng)更有加穩(wěn)定?？紤]到對(duì)藥品包裝的特殊要求，主要是防止塑料瓶?jī)?nèi)的藥品氣體揮發(fā)和外部氣體向瓶?jī)?nèi)滲透，要求塑料瓶口與瓶蓋間有很好的密封性能。自動(dòng)裝瓶機(jī)可以滿足藥品包裝的這種性能要求，同時(shí)消除了人為因素對(duì)藥品灌裝的不合格的處理動(dòng)作，提高灌裝質(zhì)量。目前，我國(guó)制劑生產(chǎn)能力不夠，醫(yī)院配制制劑品種較多，不能滿足市場(chǎng)需求，無(wú)法保障藥品及時(shí)供應(yīng)。使

4、用實(shí)用新型的片劑自動(dòng)裝瓶機(jī)，明顯地降低了片劑裝瓶包裝的勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯增加。3.生產(chǎn)工作過(guò)程和要求高速自動(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

5、，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，開始數(shù)粒模塊。數(shù)粒圓盤在步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)所設(shè)計(jì)的角度，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。高速自動(dòng)裝瓶機(jī)的自動(dòng)控制必須滿足以下要求：(1)裝瓶速度280瓶/min；(2)人機(jī)界面友好，方便自動(dòng)控制檢測(cè)，在一定范圍內(nèi)，可通過(guò)輸入?yún)?shù)調(diào)節(jié)生產(chǎn)速度和裝瓶藥粒的粒數(shù)；(3)各動(dòng)作連貫協(xié)調(diào)，保證生產(chǎn)順利；(4)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或需要添加瓶、蓋、粒時(shí)，能自動(dòng)報(bào)警和提示

6、。4.硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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。整個(gè)控制系統(tǒng)可在友好的人機(jī)界面環(huán)境下輸入生產(chǎn)參數(shù)，包括主傳動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速、數(shù)粒步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速、數(shù)粒粒數(shù)、供蓋步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速、延時(shí)時(shí)間等。在系統(tǒng)操作面板上，可進(jìn)行生產(chǎn)開始、生產(chǎn)停止、急停等操作。來(lái)自人機(jī)界面、操作板和接近開關(guān)的信號(hào)，經(jīng)PLC程序進(jìn)行相應(yīng)的處理，變成步進(jìn)電機(jī)正/反轉(zhuǎn)、電機(jī)轉(zhuǎn)速、步數(shù)等控制命令輸出到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)主傳動(dòng)鏈前進(jìn)、數(shù)粒電機(jī)和供蓋步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，或者輸出到繼電器，驅(qū)動(dòng)電磁閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)各個(gè)氣缸組的聯(lián)動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)中接近開關(guān)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器等電氣器件出現(xiàn)故障，或者急停開關(guān)、料斗傳感器傳來(lái)故障信

7、號(hào)時(shí)，這些故障信號(hào)可實(shí)時(shí)反饋到PLC，經(jīng)PLC報(bào)警故障中斷程序處理，可在人機(jī)界面上實(shí)時(shí)顯示故障原因和記錄該報(bào)警信息，并輸出控制信號(hào)，中止生產(chǎn)，激活報(bào)警燈和蜂鳴器以提示操作者排除故障。5.自動(dòng)裝瓶機(jī)示意圖圖1-1自動(dòng)裝瓶機(jī)示意圖二、設(shè)計(jì)方案2.1控制要求 題目:基于FX0N60MR可編程控制器的自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)這是一個(gè)將一定數(shù)量的藥片自動(dòng)連續(xù)地裝入到藥瓶中的控制任務(wù)，系統(tǒng)的模擬器示意圖如圖示。按下按鈕S1、S2或者S3，可連續(xù)每瓶裝入3片、5片或者7片，通過(guò)指示燈H1、H2或者H3表示當(dāng)前每瓶的裝藥數(shù)量。當(dāng)選定要裝入瓶中的藥片數(shù)量后，接通系統(tǒng)開關(guān)，電動(dòng)機(jī)M驅(qū)動(dòng)皮帶輪運(yùn)轉(zhuǎn)，延時(shí)5S后(或者采

8、用位置檢測(cè)開關(guān))，皮帶機(jī)上的藥瓶到達(dá)裝瓶的位置，皮帶機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電磁閥Y打開裝有藥片的裝置后，通過(guò)光電傳感器B1，對(duì)進(jìn)入到藥瓶的藥片進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)藥瓶中的藥片到達(dá)預(yù)先選定的數(shù)量后，電磁閥Y關(guān)閉，皮帶機(jī)重新自動(dòng)啟動(dòng)，使藥片裝瓶過(guò)程自動(dòng)連續(xù)地運(yùn)行。如果當(dāng)前的裝藥過(guò)程正在進(jìn)行時(shí)，需要改變藥片裝入數(shù)量（例如由7片改為5片），則只有在當(dāng)前藥瓶裝滿后，從下一個(gè)藥瓶開始裝入改變后的數(shù)量。如果在裝藥過(guò)程中斷開系統(tǒng)開關(guān)，則在當(dāng)前藥瓶裝滿后，系統(tǒng)停止運(yùn)行。圖2-1 自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)模擬示意圖2.2設(shè)計(jì)思路及可編程控制器簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)思路：選擇PLC控制器作為本課題的控制系統(tǒng)（1）PLC與繼電器控制系統(tǒng)相比優(yōu)勢(shì)&#

9、160;傳統(tǒng)的繼電器控制只能進(jìn)行開關(guān)量的控制，而PLC即可進(jìn)行開關(guān)量控制，又可進(jìn)行模擬量控制，還能與計(jì)算機(jī)聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分級(jí)控制。 在PLC的編程語(yǔ)言中，梯形圖是使用最廣泛的語(yǔ)言。梯形圖與繼電器控制原理圖十分相似，沿用了繼電器控制電路的元件符號(hào)，僅個(gè)別地方有些不同。PLC與繼電器控制系統(tǒng)相比主要有以下幾點(diǎn)區(qū)別： 組成的器件不同。繼電器控制線路是由許多硬件繼電器組成的，而PLC則是由許多“軟繼電器”組成。傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)本來(lái)有很強(qiáng)的抗干擾能力，但其用了大量的機(jī)械出點(diǎn)，因物理性能疲勞、塵埃的隔離性及電弧的影響，系統(tǒng)可靠性大大降低。PLC采用無(wú)機(jī)械出點(diǎn)的邏輯運(yùn)算微電子技術(shù)，復(fù)

10、雜的控制由PLC內(nèi)部運(yùn)算器完成，故壽命長(zhǎng)、可靠性高。 觸點(diǎn)的數(shù)目不同。繼電器的觸點(diǎn)數(shù)較少，一般只有48對(duì)；而“軟繼電器”可供編程的觸點(diǎn)數(shù)有無(wú)數(shù)對(duì)。 控制方法不同。繼電器控制系統(tǒng)是通過(guò)元件之間的硬接線來(lái)實(shí)現(xiàn)的，控制功能就固定在線路中。PLC控制功能是通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)的，只要改變程序，功能即可改變，控制非常靈活。 工作方式不同。在繼電器控制線路中，當(dāng)電源接通時(shí)，線路中各繼電器都處于受制約狀態(tài)。在PLC中，各“軟繼電器”都處于周期性循環(huán)掃描接通中，每個(gè)“軟繼電器”受制約接通的時(shí)間是短暫的。 （2） PLC與工業(yè)微機(jī)控制系統(tǒng)相比優(yōu)勢(shì) 工業(yè)微機(jī)在要求快

11、速、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模型復(fù)雜的工業(yè)控制中占有優(yōu)勢(shì)。但是，使用工業(yè)微機(jī)的人員技術(shù)水平要求較高，一般應(yīng)具有一定的計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)。另外，工業(yè)微機(jī)在整機(jī)結(jié)構(gòu)上尚不能適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境，抗干擾能力及適應(yīng)性差，這就是工業(yè)微機(jī)用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制的致命弱點(diǎn)。工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的電磁輻射干擾、機(jī)械振動(dòng)、溫度及濕度的變化以及超標(biāo)的粉塵，每一項(xiàng)足可以使工業(yè)微機(jī)不能正常工作。 PLC針對(duì)工業(yè)順序控制，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有很高的可靠性。PLC在電路布局、機(jī)械結(jié)構(gòu)及軟件涉及各方面決定了PLC的高抗干擾能力。電路布局方面的主要模塊都采用大規(guī)模與超大規(guī)模的集成電路，在輸入輸出系統(tǒng)中采用完善隔離等的通道保護(hù)功能；在電路結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、

12、防塵及防震等各方面都作了周密的考慮；在電路硬件方面采用了隔離、屏蔽、濾波及接地等抗干擾技術(shù)；在軟件上采用了數(shù)字濾波及循環(huán)掃描、成批輸入、成批輸出處理技術(shù)。所有這些都是PLC具有非常高的抗干擾能力，從而使PLC絕不會(huì)出現(xiàn)死機(jī)的現(xiàn)象。PLC采用梯形圖語(yǔ)言編程，是熟悉電器控制的技術(shù)人員易學(xué)易懂，便于推廣。 隨著PLC功能的不斷增強(qiáng)，越來(lái)越多地采用了微機(jī)技術(shù)，同時(shí)工業(yè)微機(jī)為了適應(yīng)用戶需要，想提高可靠性、耐用性與便于維修的方向發(fā)展，兩者間相互滲透，差異越來(lái)越小。今后，PLC與工業(yè)控制微機(jī)將繼續(xù)共存，在一個(gè)控制系統(tǒng)中，使PLC集中在功能控制上，使微機(jī)集中在信息處理上，兩者相輔相成，共同發(fā)展。&#

13、160;通過(guò)性能和特點(diǎn)的比較，我覺(jué)得PLC更合適做本次設(shè)計(jì)。（3） PLC自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的設(shè)計(jì)流程(1) 首先根據(jù)課題的控制要求，查閱相關(guān)資料，確定所要用到的開關(guān)、按鈕、以 及燈泡等電器元器件的個(gè)數(shù)(2) 在確定元器件之后，初步的進(jìn)行I/O口的分配，并列I/O分配表。(3) 進(jìn)一步細(xì)化控制要求，繪制工作流程圖，繪出主控電路，硬件接線圖。(4) 根據(jù)上一步的圖樣，初步畫出步進(jìn)指令的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，狀態(tài)梯形圖以及基本指令的梯形圖兩種方法(5) 在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，進(jìn)一步優(yōu)化梯形圖，修改不足，并重新確定I/O分配、 把梯形圖轉(zhuǎn)化為程序。(6) 根據(jù)計(jì)算機(jī)上的調(diào)試畫出程序時(shí)序圖，用于核對(duì)課題的控制要求。(

14、7) 根據(jù)前面所做的撰寫說(shuō)明書。2.2.1 可編程控制器的定義“PLC是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程的存儲(chǔ)器，用來(lái)在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程。課編程控制器及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制器系統(tǒng)聯(lián)成一體、易于擴(kuò)充功能的原則設(shè)計(jì)?！鄙鲜鍪菄?guó)際電工委員會(huì)于1985年1月對(duì)PLC所作的權(quán)威性的定義。 對(duì)于PLC的定義，其補(bǔ)充說(shuō)明如下。 以微處理技術(shù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用于以控制開關(guān)量為主，或包括控制過(guò)程參量在內(nèi)的邏輯控制、機(jī)電運(yùn)動(dòng)控制或過(guò)程控制等工業(yè)控

15、制領(lǐng)域的新型工業(yè)控制裝置。 2.2.3 可編程控制器的特點(diǎn) （1）通信性和靈活性強(qiáng)，應(yīng)用廣泛 可編程控制器不同于一般以硬件固定連接方式來(lái)體現(xiàn)控制機(jī)理的控制系統(tǒng)，其控制規(guī)則可根據(jù)不同的需求方便地以更新軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，故其適應(yīng)性極強(qiáng)，尤其適用于控制規(guī)則需要不斷更新的場(chǎng)合，如機(jī)械制造、電力、冶金、建材、煤炭、化工、石化、醫(yī)療、紡織、食品等，既可應(yīng)用于單機(jī)裝置中，又可以應(yīng)用于生產(chǎn)線中。 （2）可靠性高，抗干擾的能力極強(qiáng) 可編程控制器在硬件、軟件設(shè)計(jì)上均充分考慮了抗強(qiáng)烈干擾和對(duì)故障進(jìn)行診斷與容錯(cuò)的各種措施，如屏蔽、隔離、濾波、電壓調(diào)整、對(duì)故障的在線診斷、對(duì)程序及數(shù)據(jù)的后備電池保護(hù)、WTD保護(hù)等，使

16、其可靠性較之一般工業(yè)控制裝置高出很多。大多數(shù)PLC產(chǎn)品的平均無(wú)故障間隔時(shí)間MTBF都可達(dá)數(shù)十萬(wàn)小時(shí)。有一個(gè)例子可以有力地說(shuō)明PLC抗干擾能力的強(qiáng)大：PLC出廠試驗(yàn)中有一項(xiàng)抗干擾試驗(yàn)，是要承受幅值為1000V、上升時(shí)間為1ns、脈寬為1s的干擾脈沖沖擊。就這一特點(diǎn)而言，也使PLC贏得了眾多的用戶。 （3）產(chǎn)品系列化、規(guī)?；?、功能完備、性能優(yōu)良 可編程控制器發(fā)展到目前的這種局面，已經(jīng)擁有繁多的品牌，小、中、大系列齊全，各種功能的裝置和模塊相當(dāng)齊備，且性能異常優(yōu)良，用戶只需根據(jù)自己需要，選擇這些產(chǎn)品予以安裝并連上外部接線就可以方便地構(gòu)成自己的系統(tǒng)。就功能來(lái)說(shuō)，PLC除了滿足強(qiáng)大的邏輯控制功能外，還有

17、不少的產(chǎn)品具有運(yùn)動(dòng)控制、PID過(guò)程控制、數(shù)控、數(shù)據(jù)處理以及通信等各種功能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了純開關(guān)量控制的概念。 （4）編制程序簡(jiǎn)單、容易 由于可編程控制器控制程序充分照顧到了現(xiàn)在工程技術(shù)人員的習(xí)慣，既可用面向生產(chǎn)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)的簡(jiǎn)單指令語(yǔ)句形式編程，又可以用大家普遍熟悉的梯形圖編程。對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，有的可編程控制器還可以使用簡(jiǎn)單易懂的功能圖表編程和模塊化的程序結(jié)構(gòu)（如主控程序結(jié)構(gòu)）等。使得編程和改變程序均很方便、靈活。 （5）設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試周期短，擴(kuò)充容易 如前所述，由于PLC硬軟件產(chǎn)品齊全，故用戶組建系統(tǒng)時(shí)，設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試都很容易，與一般控制系統(tǒng)相比，大大縮短了周期。由于PLC產(chǎn)品開發(fā)有大量擴(kuò)展單元或

18、不同規(guī)模不同功能的模塊，故用戶擴(kuò)充自己系統(tǒng)的規(guī)?；驍U(kuò)充功能都異常方便。 （6）體積小、重量輕，維護(hù)方便 PLC體積小、重量輕自不待說(shuō)。PLC由于有自診斷功能，能及時(shí)將故障點(diǎn)顯示給維修人員，故排除故障相當(dāng)順利、簡(jiǎn)單。加之PLC組裝、聯(lián)接簡(jiǎn)單、維修時(shí)采用更換整個(gè)單元或模塊，故特別方便。 可編程控制器的應(yīng)用領(lǐng)域 近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的迅猛發(fā)展，功能更強(qiáng)大、規(guī)模不斷擴(kuò)大而價(jià)格日趨低廉的元器件不斷涌現(xiàn)，促使PLC產(chǎn)品亦隨之功能大增而成本下降。目前PLC的應(yīng)用已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了早期僅用于開關(guān)量控制的局面，現(xiàn)將其應(yīng)用領(lǐng)域簡(jiǎn)述于下。 （1）開關(guān)量邏輯控制 這是PLC最廣泛的應(yīng)用。已逐步取代傳統(tǒng)的繼電器邏

19、輯控制裝置，被用于單機(jī)或多機(jī)控制系統(tǒng)以及自動(dòng)生產(chǎn)線上。PLC控制開關(guān)量的能力是很強(qiáng)的，所控制的入、出點(diǎn)數(shù)有時(shí)多達(dá)幾萬(wàn)點(diǎn)。由于可以聯(lián)網(wǎng)，所以點(diǎn)數(shù)幾乎不受限制。所控制的如組合的、時(shí)序的、要考慮延時(shí)的、需要進(jìn)行高速計(jì)數(shù)等的邏輯問(wèn)題都可以解決。 （2）運(yùn)動(dòng)控制 目前很多廠商已經(jīng)開發(fā)出大量運(yùn)動(dòng)控制模塊。且功能是給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或伺服電動(dòng)機(jī)等提供單軸或多軸的位置控制，并在控制中滿足適當(dāng)?shù)乃俣群图铀俣?，以保證運(yùn)動(dòng)的平滑水準(zhǔn)。 （3）過(guò)程控制 當(dāng)前PLC產(chǎn)品中，還有一大類是針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)，如溫度、流量、壓力、速度等的檢測(cè)和控制而設(shè)計(jì)的。常用的有模擬量I/O模塊，通過(guò)這些模塊，不僅可以實(shí)現(xiàn)A/D和D/A轉(zhuǎn)換，還可

20、以進(jìn)一步構(gòu)成閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)PID一類的生產(chǎn)過(guò)程調(diào)節(jié)。而針對(duì)PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，又有專門的模塊，可以更方便地實(shí)施。這些產(chǎn)品，往往還引入了智能控制。 （4）數(shù)據(jù)處理 現(xiàn)代的PLC已具有數(shù)據(jù)傳送、排序、查表搜索、位操作以及邏輯運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、矩陣運(yùn)算等多種數(shù)據(jù)采集、分析、處理的功能。目前還有不少公司，將PLC的數(shù)據(jù)處理功能與計(jì)算機(jī)數(shù)值控制（CNC）設(shè)備的功能緊密結(jié)合在一起，開發(fā)了用于CNC的PLC產(chǎn)品。 （5）通信 隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)的逐步普及，PLC的網(wǎng)絡(luò)化通信產(chǎn)品也在大量被推出。這些產(chǎn)品解決了PLC之間、PLC與其擴(kuò)展部分之間、PLC與上級(jí)計(jì)算機(jī)之間或其他網(wǎng)絡(luò)間的通信問(wèn)題。更有一些公司，

21、還為其PLC系統(tǒng)開發(fā)了專門的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。這些網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品包括有典型的如A-B公司的高速數(shù)據(jù)通道DH和DH+、SIEMENS公司的SINEC局域網(wǎng)等。通過(guò)這些產(chǎn)品，可將PLC、計(jì)算機(jī)、各種外設(shè)組成局域環(huán)網(wǎng)，環(huán)網(wǎng)還可以套非環(huán)網(wǎng)。環(huán)網(wǎng)與環(huán)網(wǎng)還可以橋接。網(wǎng)間的結(jié)點(diǎn)可直接或間接地通信、交換信息。 聯(lián)網(wǎng)、通信，適應(yīng)了當(dāng)今諸如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）及智能化工廠等先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的需要。它使工業(yè)控制從點(diǎn)（Point）到線（Line）再到面（Aero），使現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制、生產(chǎn)線的控制和工廠管理層的管理及決策連成一體，甚至實(shí)現(xiàn)大范圍、跨地域的控制與管理，以創(chuàng)造更高的境界。 需要注意的是，并非所有PLC都具有上述全部

22、功能，越小型的PLC，其功能相應(yīng)也越少。 可編程控制器的發(fā)展?fàn)顩rPLC發(fā)展至今已有近40年的歷史，隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，工業(yè)控制領(lǐng)域已有翻天覆地的變化，PLC亦一樣，隨著PLC應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，PLC技術(shù)及其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)都在不斷改進(jìn)，功能日益強(qiáng)大，性價(jià)比越來(lái)越高。 （1）PLC微型化發(fā)展 PLC的功能正越來(lái)越豐富，而體積則越來(lái)越小。比如三菱的FX-IS系列PLC，最小的機(jī)種，體積僅為 60×90×75mm，相當(dāng)于一個(gè)繼電器，但卻具有高速計(jì)數(shù)、斜坡、交替輸出及16位四則運(yùn)算等能力，還具有可調(diào)電位器時(shí)間設(shè)定功能。PLC已不再是早期

23、那種只能進(jìn)行開關(guān)量邏輯運(yùn)算的產(chǎn)品了，而是具有越來(lái)越強(qiáng)的模擬量處理能力，以及其他過(guò)去只有在計(jì)算機(jī)上才能具有的高級(jí)處理能力，如浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算、PID調(diào)節(jié)、溫度控制、精確定位、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。從這種意義上說(shuō)，PLC系統(tǒng)與DCS(集散控制系統(tǒng))的差別越來(lái)越小了，用PLC同樣可以構(gòu)成一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)。 （2）PLC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)化發(fā)展 PLC網(wǎng)絡(luò)控制是當(dāng)前控制系統(tǒng)和PLC技術(shù)發(fā)展的潮流。PLC與PLC之間的聯(lián)網(wǎng)通信、PLC與上位計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信已得到廣泛應(yīng)用。目前，PLC制造商都在發(fā)展自己專用的通信模塊和通信軟件以加強(qiáng)PLC的聯(lián)網(wǎng)能力。各PLC制造商之間也在協(xié)商指定通用的通信標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)成

24、更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。PLC已成為集散控制系統(tǒng)（DCS）不可缺少的組成部分。 （3）模塊化、智能化發(fā)展 為滿足工業(yè)自動(dòng)化各種控制系統(tǒng)的需要，近年來(lái)，PLC廠家先后開發(fā)了不少新器件和模塊，如智能I/O模塊、溫度控制模塊和專門用于檢測(cè)PLC外部故障的專用智能模塊等，這些模塊的開發(fā)和應(yīng)用不僅增強(qiáng)了功能，擴(kuò)展了PLC的應(yīng)用范圍，還提高了系統(tǒng)的可靠性。（4）PLC操作簡(jiǎn)易化發(fā)展。 目前PLC推廣的難度之一就是復(fù)雜的編程使得用戶望而卻步，而且不同廠商PLC所有編程的語(yǔ)言也不盡相同，用戶往往需要掌握更多種編程語(yǔ)言，難度較大。PID控制、網(wǎng)絡(luò)通信、高速計(jì)數(shù)器、位置控制、數(shù)據(jù)記錄、配方和

25、文本顯示器等編程和應(yīng)用也是PLC程序設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)，用普通的方法對(duì)它們編程時(shí)，需要熟悉有關(guān)的特殊存儲(chǔ)器的意義，在編程時(shí)對(duì)它們賦值，運(yùn)行時(shí)通過(guò)訪問(wèn)它們來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。這些程序往往還與中斷有關(guān)，編程的過(guò)程既繁瑣又容易出錯(cuò)，阻礙了PLC的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。PLC的發(fā)展必然朝著操作簡(jiǎn)化對(duì)復(fù)雜任務(wù)的編程，在這一點(diǎn)上西門子就充當(dāng)了先行者，西門子S7-200的編程軟件設(shè)計(jì)了大量的編程向?qū)?，只需要在?duì)話框中輸入一些參數(shù)，就可以自動(dòng)生成包括中斷程序在內(nèi)的用戶程序，大大方便了用戶的使用。 （5）編程語(yǔ)言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化 多種編程語(yǔ)言的并存、互補(bǔ)與發(fā)展是PLC軟件進(jìn)步的一種趨勢(shì)。

26、0;PLC廠家在使硬件及編程工具換代頻繁、豐富多樣、功能提高的同時(shí)，日益向MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議)靠攏，使PLC的基本部件，包括輸入輸出模塊、通信協(xié)議、編程語(yǔ)言和編程工具等方面的技術(shù)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。2.3 功能流程N(yùn)NNYYY開始選擇裝藥量每瓶3片每瓶5片每瓶7片到達(dá)指定位置皮帶機(jī)暫停電磁閥打開裝藥結(jié)束系統(tǒng)開關(guān)打開皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)裝藥結(jié)束圖2-3-1 系統(tǒng)功能流程圖2.4 I/O端口分配表表2-4-1 I/O分配編程元件I/O端子電路器件作用輸入繼電器X000K工作開關(guān)X001SB1每瓶裝3片按鈕X002SB2每瓶裝5片按鈕X003SB3每瓶裝7片按鈕X004SQ位置開關(guān)X005B1光電傳感器輸出繼

27、電器Y000KM皮帶機(jī)接觸器Y001YV電磁閥Y002H13片指示燈Y003H25片指示燈Y004H37片指示燈表2-4-2 其它編程元件的地址分配編程元件編程地址用途狀態(tài)器S0準(zhǔn)備S20皮帶機(jī)輸送空瓶S21每瓶裝3片S31每瓶裝5片S41每瓶裝7片計(jì)數(shù)器C1設(shè)定值K3C2設(shè)定值K5C3設(shè)定值K7T0設(shè)定值K202.5 電氣原理圖 FR KM QF FU QS U V WM圖2-5-1 主電路控制圖2.6 PLC接線圖KMYVFURH1H2H3KSB1SB2SB3SQB1AC220VX000X001X002X003X004X005COMY000Y001Y002Y003Y004COMFX 0N

28、60MR圖2-5-2 PLC接線圖2.7 設(shè)計(jì)方案一：步進(jìn)指令編程法 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖.K7K5K3C3X004X001X0000X0040X004C2C1X0030X0020M8002S0S20Y000RST C1RST C2RST C3S21Y001Y002C1S31Y001Y003C2S41Y001Y004C3ENDRETX0050X0050X0050S0圖2-7-1 狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖K5K7K3X003X004C3X005C2X005C1X005X004X004X002X001S41S31S21S20X000S0M8002 ZRST S0 S41 SET S0 SET 20 Y000 RST C1

29、 RST C2 RST C3 SET S21 SET S31 SET S41Y001Y002C1S0Y001Y003C2S0Y001Y004C3S0RETEND圖2-7-2 狀態(tài)梯形圖 狀態(tài)梯形圖（1） 信號(hào)預(yù)處理模塊使所有的狀態(tài)器S0、S20、S21、S31、S41復(fù)位，為后續(xù)步驟的進(jìn)行做好準(zhǔn)備，再置位S0，步進(jìn)開始，當(dāng)開關(guān)X000打開時(shí)置位S20，皮帶機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。梯形圖程序如圖2-7-3所示。X000S0M8002 ZRST S0 S41 SET S0 SET 20 圖2-7-3（2） 藥瓶移位及藥片裝瓶模塊X003X004X004X004X002X001S20Y000 RST C1 RS

30、T C2 RST C3 SET S21 SET S31 SET S41S20已經(jīng)置位，選擇裝藥數(shù)量，當(dāng)達(dá)到指定位置時(shí)，位置檢測(cè)器檢測(cè)到皮帶上的藥瓶達(dá)到裝瓶的指定位置(X004打開)，就開始按照選擇的藥片數(shù)量進(jìn)行裝藥，可選擇3片、5片、7片藥片。其梯形圖如圖2-7-4所示。 圖2-7-4（3） 狀態(tài)指示及藥片計(jì)數(shù)模塊上一步選擇好了藥片數(shù)量，使對(duì)應(yīng)的狀態(tài)器置位，這是裝3片藥片，電磁閥（Y001）打開，3片指示燈H1（Y002）點(diǎn)亮，光電傳感器(X005)準(zhǔn)確控制藥片數(shù)量為3片，置位準(zhǔn)備工作開關(guān)S0，為裝下一瓶準(zhǔn)備。其梯形圖如圖2-7-5所示。C1X005S21Y001Y002C1S0K3圖2-7-

31、5上一步選擇好了藥片數(shù)量，使對(duì)應(yīng)的狀態(tài)器置位，若為裝5片藥片，電磁閥(Y001)打開，5片指示燈H2（Y003）點(diǎn)亮，光電傳感器（X005）準(zhǔn)確控制藥片數(shù)量為5片，置位準(zhǔn)備工作開關(guān)S0，為裝下一瓶準(zhǔn)備。其梯形圖如圖2-7-6所示。C2X005S31Y001Y003C2S0K5圖2-7-6上一步選擇好了藥片數(shù)量，使對(duì)應(yīng)的狀態(tài)器置位，這是裝7片藥片，電磁閥(Y001)打開，7片指示燈H3(Y004)點(diǎn)亮，光電傳感器(X005)準(zhǔn)確控制藥片數(shù)量為7片，置位準(zhǔn)備工作開關(guān)S0，為裝下一瓶準(zhǔn)備。其梯形圖如圖2-7-7所示。C3X005S41Y001Y004C3S0K7圖2-7-7 語(yǔ)句表程序0 LD M8

32、002 1 ZRST S0 S412 SET S03 STL S04 LD X0005 SET S206 STL S207 OUT Y0008 RST C19 RST C210 RST C311 LD X00412 AND X00113 SET S2114 LD X00415 AND X00216 SET S3117 LD X00418 AND X00319 SET S4120 STL S2121 OUT Y00122 OUT Y00223 LD X00524 OUT C1 K325 STL S3126 OUT Y00127 OUT Y00328 LD X00529 OUT C2 K530 S

33、TL S4131 OUT Y00132 OUT Y00433 LD X00534 OUT C3 K735 STL S2136 LD C137 OUT S038 STL S3139 LD C240 OUT S041 STL S4142 LD C343 OUT S044 RET45 END 過(guò)程時(shí)序圖C3開關(guān)C2開關(guān)C1開關(guān)X000X001X002X003X004X005Y000Y001Y002Y003Y004圖2-7-8 過(guò)程時(shí)序圖2.8 設(shè)計(jì)方案二：基本指令編程法K20K7K5K3X005X005X005C1C2C3M0C3Y003X004X003Y002C2Y004X004X002Y002Y

34、002C1Y004X000M0X004X004X001Y003Y003Y004Y000RST C1RST C2RST C3Y001Y002C1Y001Y003C2Y001Y004C3M0T0ENDT0圖2-8-1 梯形圖 梯形圖(1) 皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)模塊情況一：裝藥機(jī)未計(jì)數(shù)，藥瓶未到達(dá)行程開關(guān)位置。當(dāng)系統(tǒng)開關(guān)（X000）打開后，系統(tǒng)檢測(cè)到藥瓶未達(dá)到行程開關(guān)（X004）的位置,使X004常閉觸點(diǎn)通電，帶動(dòng)皮帶機(jī)(Y000)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)復(fù)位3個(gè)計(jì)數(shù)器。情況二：裝藥機(jī)當(dāng)前瓶裝藥結(jié)束，藥瓶仍處于行程開關(guān)位置。當(dāng)系統(tǒng)開關(guān)（X000）打開后，系統(tǒng)檢測(cè)到藥瓶仍處于行程開關(guān)（X004）的位置,使X004常閉觸點(diǎn)

35、斷開，此時(shí)需要通過(guò)M0觸點(diǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)皮帶機(jī)（Y000）的運(yùn)轉(zhuǎn)，M0在C1、C2、C3其中一個(gè)計(jì)數(shù)完畢之后接通2s后復(fù)位，T0的作用是使已裝完藥的藥瓶完全離開行程開關(guān)的位置后再斷開M0。如圖2-8-2所示K20C1C2C3M0M0T0T0X000M0X004Y000RST C1RST C2RST C3圖 2-8-2(2) 狀態(tài)指示及藥片計(jì)數(shù)設(shè)計(jì)模塊K3X005Y002C1Y004X004X001Y003Y001Y002C1上一步使空藥瓶到達(dá)指定位置后，行程開關(guān)（X004）打開，選擇裝3片藥片按鈕（X001），電磁閥（Y001）打開，3片指示燈H1（Y002）點(diǎn)亮，光電傳感器(X005)準(zhǔn)確控制藥片數(shù)

36、量為3片，裝完后通過(guò)C1常閉觸點(diǎn)關(guān)閉電磁閥和指示燈，并在梯形圖中加入其它裝藥方案的互鎖，其梯形圖如圖2-8-3所示圖2-8-3上一步使空藥瓶到達(dá)指定位置后，行程開關(guān)（X004）打開，選擇裝5片藥片按鈕（X002），電磁閥（Y001）打開，5片指示燈H1（Y003）點(diǎn)亮，光電傳感器(X005)準(zhǔn)確控制藥片數(shù)量為5片，裝完后通過(guò)C2常閉觸點(diǎn)關(guān)閉電磁閥和指示燈，并在梯形圖中加入其它裝藥方案的互鎖，其梯形圖如圖2-8-4所示K5X005C2Y004X004X002Y002Y003Y001Y003C2圖2-8-4上一步使空藥瓶到達(dá)指定位置后，行程開關(guān)（X004）打開，選擇裝5片藥片按鈕（X002），電磁

37、閥（Y001）打開，5片指示燈H1（Y003）點(diǎn)亮，光電傳感器(X005)準(zhǔn)確控制藥片數(shù)量為5片，裝完后通過(guò)C2常閉觸點(diǎn)關(guān)閉電磁閥和指示燈，并在梯形圖中加入其它裝藥方案的互鎖，其梯形圖如圖2-8-5所示K7C3X005C3Y003X004X003Y002Y004Y001Y004圖2-8-5 語(yǔ)句表程序0 LDI X0041 OR M02 AND X0003 OUT Y0004 RST C15 RST C26 RST C37 LD X0048 AND X0019 OR Y00210 ANI Y00311 ANI Y00412 ANI C113 OUT Y00114 OUT Y00215 AND

38、X00516 OUT C1 K317 LD X00418 AND X00219 OR Y00320 ANI Y00221 ANI Y00422 ANI C2 23 OUT Y00124 OUT Y00325 AND X00526 OUT C2 K527 LD X00428 AND X00329 OR Y00430 ANI Y00231 ANI Y00332 ANI C333 OUT Y00134 OUT Y00435 AND X00536 OUT C3 K737 LD C138 OR C239 OR C340 OR M041 ANI T042 OUT M043 OUT T0 K2044 END

39、2.9 調(diào)試運(yùn)行與問(wèn)題分析(1)實(shí)驗(yàn)設(shè)備FX1N-60MR可編程控制器一臺(tái)、微型計(jì)算機(jī)一臺(tái)(2)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及算機(jī)模擬接通系統(tǒng)K（X000）之后，模擬按下行程開關(guān)SQ（X004）和3片裝藥按鈕SB1(X001)之后，電磁閥打開（Y001亮）3片指示燈H1亮（Y002）,同時(shí)光電開關(guān)開始計(jì)數(shù)藥片，在裝藥過(guò)程中斷開系統(tǒng)開關(guān)K無(wú)反應(yīng)，切換其它裝藥量方案無(wú)效，需等到當(dāng)前裝藥結(jié)束后才可停止和切換方案，滿足課題的控制要求。對(duì)于5片裝藥方案和7片裝藥方案也與之同理。(3)調(diào)試問(wèn)題分析設(shè)計(jì)方案一：a) 程序一開始需要對(duì)計(jì)數(shù)器C1、C2、C3復(fù)位處理，否則程序在運(yùn)行一遍之后將不能在執(zhí)行第二遍，原因是計(jì)數(shù)器還在置位的狀態(tài)，不滿足課題的連續(xù)自動(dòng)裝藥的控制要求。b) 本課題可采用延遲或位置檢測(cè)開關(guān)使藥瓶到達(dá)指定位置，但考慮到其他因素如皮帶機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的誤差等采用時(shí)間延遲的方式會(huì)導(dǎo)致位置誤差，連續(xù)運(yùn)行則造成累積誤差，則采用位置檢測(cè)開關(guān)會(huì)