基于PLC的自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕題目基于PLC的自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)系〔院〕專(zhuān)業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師職稱(chēng)二〇一三年六月二十日獨(dú)創(chuàng)聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。據(jù)我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)〔論文〕不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要奉獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律后果由本人承當(dāng)。作者簽名:年月日畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕使用授權(quán)聲明本人完全了解濱州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕的規(guī)定。本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué)校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存設(shè)計(jì)〔論文〕；同意學(xué)校在不以營(yíng)利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽效勞系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)〔論文〕的局部或全部?jī)?nèi)容，允許他人依法合理使用?！脖Ｃ苷撐脑诮饷芎笞袷卮艘?guī)定〕作者簽名:年月日基于PLC的自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要現(xiàn)行裝藥系統(tǒng)多為轉(zhuǎn)盤(pán)式或電子計(jì)數(shù)式裝藥系統(tǒng)，其裝藥種類(lèi)與包裝方式存在局限性，在處理小型瓶裝式流水線(xiàn)時(shí)，存在著計(jì)藥數(shù)量不精確，本錢(qián)較高等缺點(diǎn)。而本設(shè)計(jì)采用三菱公司PLC作為主控制器，通過(guò)PLC控制傳送帶步進(jìn)電機(jī)、下藥斗電磁繼電器，并且通過(guò)IO口讀入光電藥片計(jì)數(shù)器的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)分片裝藥功能。為了保證裝藥精度，使用了毛刷式下藥斗作為下藥機(jī)構(gòu)，使用高速槽型光耦自行設(shè)計(jì)了光電傳感器，在保證計(jì)數(shù)和下藥精度的同時(shí)，使用了THB7128作為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，在節(jié)約PLC的IO資源的同時(shí)，精確控制步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)傳送帶與下藥斗的工作同步。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的適應(yīng)性，采用了多種裝藥數(shù)量組合搭配的綜合輸入設(shè)定方式，無(wú)需修改程序，即可通過(guò)外部按鈕實(shí)現(xiàn)藥片輸入數(shù)量組合選擇，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性。關(guān)鍵詞：光電對(duì)管，步進(jìn)電機(jī)，PLCThedesignofPLC-basedAutomatictabletbottlingmachinecontrolsystemAbstractThecurrentchargingsystemistherotatingdiskorelectroniccountertypechargingsystem,thetypesofloadingandpackinghavelimitationsindealingwithasmallbottletypeline,thecountingnumberisnotaccurateandthecostishigh.ThisdesignadoptsFXPLCasthemaincontroller,itcontrolstheconveyorsteppermotorandtheremedytothecaseelectromagneticrelaythroughthePLC,andreadsthestateofphotoelectriccounterpillsthroughIOinterface,implementingshardingchargingfunction.Inordertoguaranteetheloadingaccuracy,itusesabrushtyperemedyasadruggingagency,italsouseshigh-speedslottypeopticalcouplingtodesignaphotoelectricsensor.Withthetimeofensuringaccuracyofcountingandremedytothecase,itusestheTHB7128todrivethesteppermotor,whilesavingtheresourcesofPLCI/O,itcontrolsthestepmotoraccuratelytoachievethegoalofconveyorbeltandremedytothecaseofbucketworkinginsync.Inordertoimprovetheadaptabilityofthewholesystem,itusesavarietyofchargingquantitycombinationcollocationticketstoentersettingmode.Withoutchangingtheprogram,itcanbeachievedbyexternalbuttonselectioncombinationpillinputnumber,improvetheadaptabilityofthesystem.Keywords:photoelectrictube,steppermotor,PLC目錄TOC\o"1-3"\h\u21158第一章緒論 160401.1自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的研究開(kāi)展?fàn)顩r1248041.2自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的研究目的及意義218890第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3228232.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述 3173012.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 358022.1.2工作原理方框圖 447392.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 431518第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6149833.1PLC機(jī)型的選擇 6101293.1.1PLC簡(jiǎn)介 6229963.1.2系統(tǒng)PLC機(jī)型選擇 895593.2PLC外圍電路器件的選擇 11288223.2.1光電式傳感器 11182903.2.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 1349313.2.3裝藥機(jī)構(gòu) 1541123.2.4帶式皮帶機(jī) 16175643.2.5電磁閥 177843.3供蓋封蓋模塊 18237073.4控制系統(tǒng)方框圖 1821944第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21194174.1PLCI/O口的分布 21115134.2程序設(shè)計(jì)流程圖 22182384.3程序設(shè)計(jì)梯形圖 23263584.4程序指令表 261513第五章結(jié)論 294525參考文獻(xiàn) 3019387謝辭 31第一章緒論隨著科技的日漸開(kāi)展，相應(yīng)PLC的應(yīng)用范圍正被不斷擴(kuò)大，其發(fā)揮主導(dǎo)作用的領(lǐng)域擴(kuò)展著，醫(yī)藥行業(yè)的應(yīng)用包含其中，其中具代表性的有自動(dòng)裝瓶機(jī)的應(yīng)用及開(kāi)展。目前，在藥片自動(dòng)包裝設(shè)備方面，關(guān)于PLC的自動(dòng)裝瓶技術(shù)已日顯成熟，并且現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外均有相關(guān)設(shè)備。本技術(shù)應(yīng)用PLC可以通過(guò)其通信協(xié)議直接地控制電機(jī)運(yùn)行，這樣自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的運(yùn)行方式得到了監(jiān)控，而且裝藥時(shí)間也可根據(jù)需要得到預(yù)先規(guī)定，從而節(jié)約資源，降低生產(chǎn)本錢(qián)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。很顯然的，此設(shè)計(jì)采用FX2N系列PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)藥片自動(dòng)裝瓶機(jī)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的功能控制。1.1自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的研究開(kāi)展?fàn)顩r國(guó)外開(kāi)展?fàn)顩r：“藥片文化〞還是“飲食文化〞從很早以前就困擾著外國(guó)公眾，并且當(dāng)我國(guó)民眾還處于為實(shí)現(xiàn)民族獨(dú)立，人民解放奮戰(zhàn)的水深熾熱中，他們的這種困擾已經(jīng)開(kāi)始。美國(guó)雜志刊登的一份研究報(bào)告曾指出，從1974到1997的23個(gè)年頭里，針對(duì)死亡率問(wèn)題，包括美國(guó)在內(nèi)的九個(gè)西方國(guó)家接受調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示，因疾病引起的死亡率增長(zhǎng)了近乎兩倍。其中飲食結(jié)構(gòu)不合理是發(fā)病率的主要原因。尤其是在二戰(zhàn)后，在崇尚速度和效率的美國(guó)，快餐業(yè)迅速崛起。就這樣，餐飲業(yè)給業(yè)主帶來(lái)利益并給民眾帶來(lái)方便的同時(shí)，民眾的健康及壽命受到的消極影響顯而易見(jiàn)。各種疾病產(chǎn)生，危及生存。隨之醫(yī)療產(chǎn)業(yè)崛起，速度更是可想而知。這時(shí)隨著PLC等自動(dòng)化技術(shù)的開(kāi)展，PLC的應(yīng)用領(lǐng)域正不斷擴(kuò)大著，藥片自動(dòng)裝瓶應(yīng)需產(chǎn)生，開(kāi)展迅速。國(guó)內(nèi)開(kāi)展?fàn)顩r：我國(guó)一直秉承的企業(yè)優(yōu)劣性指標(biāo)是一個(gè)企業(yè)的技術(shù)工藝是否具有代表性，是否存在市場(chǎng)方面的競(jìng)爭(zhēng)。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)藥物生產(chǎn)設(shè)備市場(chǎng)的迅速開(kāi)展，與此市場(chǎng)相關(guān)的技術(shù)開(kāi)發(fā)與實(shí)踐也備受業(yè)內(nèi)關(guān)注。了解國(guó)外藥物裝瓶設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)的開(kāi)發(fā)動(dòng)向、機(jī)械設(shè)備情況、開(kāi)展趨勢(shì)同時(shí)了解國(guó)內(nèi)最新動(dòng)向，對(duì)于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品技術(shù)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分有利。目前我國(guó)食品藥品平安的現(xiàn)狀并不令人滿(mǎn)意，國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理局指出近年來(lái)藥品平安性危險(xiǎn)事件不斷發(fā)生。其原因主要有，一是藥品生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中不遵守生產(chǎn)工藝、躲避生產(chǎn)監(jiān)管，不平安因素潛在。二是一些企業(yè)在不滿(mǎn)足我國(guó)藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)的流水線(xiàn)廠(chǎng)房生產(chǎn)醫(yī)療產(chǎn)品。為此想改變現(xiàn)狀，應(yīng)該建立和完善我國(guó)藥品風(fēng)險(xiǎn)管理體系，在加強(qiáng)藥品不良反響監(jiān)測(cè)的同時(shí)，針對(duì)藥品風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源，擴(kuò)大平安監(jiān)測(cè)范圍，逐步以立法的形式實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)管理，緩解我國(guó)面臨的藥品平安形勢(shì)。首先我們要做的是要著力消除生產(chǎn)和包裝這種源頭問(wèn)題，著手于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，將生產(chǎn)采用自動(dòng)化。顯而易見(jiàn)，此自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解決了其中的主要問(wèn)題。我國(guó)醫(yī)藥及醫(yī)療機(jī)械行業(yè)中，有關(guān)醫(yī)藥包裝的機(jī)械產(chǎn)品種類(lèi)已非常豐富。為滿(mǎn)足我們對(duì)不同藥片包裝的要求，以及對(duì)批量生產(chǎn)的需求。采用PLC直接控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，使得資源利用率以及產(chǎn)品質(zhì)量相應(yīng)提高，同時(shí)降低了生產(chǎn)本錢(qián)。另外PLC具有I/O指示功能并且查找故障點(diǎn)十分迅速、方便。當(dāng)然，最重要的是PLC具有系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，自身故障率低的優(yōu)點(diǎn)。因此，本文采用FX2N系列PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)系統(tǒng)。我國(guó)自動(dòng)裝瓶設(shè)備行業(yè)和技術(shù)得到了快速開(kāi)展，重點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面，一是專(zhuān)門(mén)化：自動(dòng)藥片裝瓶系統(tǒng)具有較高的可靠性，工作平穩(wěn)，零故障運(yùn)行為用戶(hù)首選。同時(shí)為保障我國(guó)藥片平安形勢(shì)，產(chǎn)品專(zhuān)業(yè)化程度越來(lái)越高。二是智能化：該領(lǐng)域引入一些新技術(shù)，采用全電腦自動(dòng)控制系統(tǒng)，使得系統(tǒng)更加快捷、準(zhǔn)確、可靠。三是高自動(dòng)化：自動(dòng)藥片裝瓶的高自動(dòng)化主要表現(xiàn)為先進(jìn)的自動(dòng)控制科學(xué)知識(shí)應(yīng)用其中，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高自動(dòng)化。生產(chǎn)率提高的同時(shí)，最重要的是能到達(dá)國(guó)家藥品平安規(guī)定的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。1.2自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的研究目的及意義首先，自動(dòng)藥片裝瓶與傳統(tǒng)的手工裝瓶相比，其優(yōu)點(diǎn)是可以防止我們直接與藥品接觸，同時(shí)也防止了人與藥品直接接觸帶來(lái)的對(duì)藥品的玷污，使藥品質(zhì)量得到保證的同時(shí)，相應(yīng)的保障人體健康。其次，由于傳統(tǒng)的手工裝瓶在生產(chǎn)管理方面比擬困難，出現(xiàn)錯(cuò)誤的狀況在所難免。自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)的設(shè)計(jì)使得管理更加強(qiáng)調(diào)流程和自動(dòng)化。只有這樣經(jīng)營(yíng)系統(tǒng)才能改善，生產(chǎn)效率才能提高，控制運(yùn)行才能更加健康可靠。第二章系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述經(jīng)由前節(jié)分析，需要設(shè)計(jì)一個(gè)能夠自主選擇裝藥數(shù)量的系統(tǒng)，完成對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的裝藥過(guò)程。為了實(shí)現(xiàn)其裝藥流程，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，并得出設(shè)計(jì)要求。自動(dòng)裝瓶機(jī)根本可分為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，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(kāi)始數(shù)粒模塊。數(shù)粒圓盤(pán)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。本設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)計(jì)要求較多，因此主要完成對(duì)供瓶數(shù)粒的PLC控制。2.1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求前文分析可知，現(xiàn)有的裝藥機(jī)有電子計(jì)數(shù)式與轉(zhuǎn)盤(pán)式兩種裝藥方式，而藥品的主要包裝樣式為瓶裝式，轉(zhuǎn)盤(pán)式裝藥機(jī)雖然精度高，適用于瓶裝式結(jié)構(gòu)，但其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，不利于大規(guī)模的開(kāi)發(fā)與使用。而帶式裝藥機(jī)器效率高，速度快，但結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，不利于高精度的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。綜上所述，本設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，此控制系統(tǒng)是將規(guī)定數(shù)量的藥片，有序自動(dòng)地裝入到藥瓶中。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝瓶的功能，其裝瓶方式為帶式裝瓶，向每個(gè)藥瓶裝入規(guī)定數(shù)量的藥片。其藥片裝瓶數(shù)量需要方便設(shè)置，適用于不同的裝藥需求。查閱資料可知，常規(guī)的瓶裝式藥片數(shù)量有20片、30片、40片等多種規(guī)格，并且通過(guò)組合，能在這幾種規(guī)格的根底上，設(shè)置100片以上的裝藥要求。而系統(tǒng)的裝藥裝置需要設(shè)計(jì)，保證控制器能對(duì)單一藥片能被篩選出來(lái)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的藥片裝填。采用FX2N系列PLC控制藥片裝瓶機(jī)運(yùn)行，其中按鈕、開(kāi)關(guān)，光電傳感器分別接PLC輸入口相應(yīng)位置。電機(jī)、電磁閥、指示燈分別接PLC輸出口相應(yīng)位置。就這樣，通過(guò)按藥片數(shù)量選擇按鈕S1、S2或S3，可選擇裝入藥瓶中藥片的數(shù)量，按S1為20片，按S2為30片，按S3為40片。相應(yīng)數(shù)量上的指示燈H的亮暗表示目前藥瓶裝藥數(shù)量。當(dāng)裝藥數(shù)量被選定，接著系統(tǒng)啟停被接通，電動(dòng)機(jī)M帶動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)5秒后，皮帶機(jī)將停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這時(shí)皮帶上的裝藥瓶到達(dá)指定位置進(jìn)行裝藥。裝有藥片的裝置由電磁閥翻開(kāi)，經(jīng)由光電感應(yīng)傳感器，那么裝入藥瓶的藥片被一一計(jì)數(shù)。藥瓶中的藥片數(shù)量到達(dá)預(yù)先規(guī)定值時(shí)，電磁閥Y會(huì)關(guān)閉，皮帶機(jī)重新開(kāi)始運(yùn)行，使藥片裝瓶過(guò)程控制順利進(jìn)行。在裝藥過(guò)程中，當(dāng)藥片裝入的量需要更改時(shí)，這時(shí)只有當(dāng)前皮帶機(jī)上的藥瓶中藥片裝滿(mǎn)后，且從下一個(gè)藥瓶開(kāi)始，裝填改變后的藥片數(shù)量。如果在裝藥過(guò)程中系統(tǒng)啟停開(kāi)關(guān)被斷開(kāi)，那么只有當(dāng)前藥瓶中藥片裝滿(mǎn)后，控制系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)才能停止。為了保證裝藥機(jī)運(yùn)行的準(zhǔn)確性，需要使用PLC的定時(shí)功能完成對(duì)與傳送帶的配合，密切配合傳送帶的停止與運(yùn)行。綜上，PLC需要使用兩路IO口分別控制傳送帶與裝藥器電磁閥，同時(shí)，通過(guò)讀光電傳感器返回的數(shù)字量對(duì)當(dāng)前裝藥數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。同時(shí)使用三路IO口讀取裝藥數(shù)設(shè)定值，完成裝藥數(shù)量的控制。2.1.2工作原理方框圖人工控制自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)三菱FX系列PLC人工控制自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)三菱FX系列PLC數(shù)量實(shí)現(xiàn)裝藥流程圖2-2系統(tǒng)原理方框圖2.2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案根據(jù)自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)需要實(shí)現(xiàn)的控制要求和功能，首先應(yīng)制定出系統(tǒng)硬件控制的方案。硬件設(shè)計(jì)包括PLC的選型依據(jù)及其具體型號(hào)選擇，外圍電路器件的選型依據(jù)與具體型號(hào)，其中包括按鈕、電機(jī)、電磁閥、光電傳感器、指示燈等，然后是PLC的硬件接線(xiàn)設(shè)計(jì)。最后是制定軟件局部的設(shè)計(jì)方案，包括PLC各個(gè)I/O口的分配、程序設(shè)計(jì)思路、流程圖、指令表、梯形圖等。即通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式，通過(guò)按動(dòng)啟動(dòng)、停止按鈕等控制命令來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)皮帶運(yùn)動(dòng)或停止。通過(guò)光電傳感器，對(duì)裝入瓶中的藥片進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，如果藥瓶中藥片數(shù)量到達(dá)預(yù)先規(guī)定值，此時(shí)電磁閥將停止工作。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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)的硬件結(jié)構(gòu)方案。方案設(shè)計(jì)包括各步進(jìn)電機(jī)、電磁閥、下藥斗、光電傳感器、皮帶機(jī)等的選型與設(shè)計(jì)。3.1PLC機(jī)型的選擇3.1.1PLC簡(jiǎn)介隨著科學(xué)技術(shù)的開(kāi)展，為了滿(mǎn)足制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)的需求，這就要求控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔性以及方便靈活性的生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化。為順應(yīng)這一趨勢(shì)，ProgrammableLogicController(可編程控制器)產(chǎn)生，它是以計(jì)算機(jī)處理器為核心的自動(dòng)控制裝置。PLC的各種操作指令是在可編程序的存儲(chǔ)器中進(jìn)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(yùn)行。從上述論述可以看出，PLC是一種通過(guò)程序的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)聯(lián)合控制工業(yè)控制系統(tǒng)，其除了具有控制作用外，還有可以進(jìn)行與其他上位機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)網(wǎng)的功能。PLC的開(kāi)展歷程有以下幾個(gè)方面：〔1〕小型化、低本錢(qián)新型微電子技術(shù)不斷開(kāi)展，同時(shí)新型器件功能提高，價(jià)格卻相應(yīng)的降低。〔2〕標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化為實(shí)現(xiàn)推動(dòng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程的目標(biāo)，一些國(guó)際型組織，如國(guó)際電工委員會(huì)〔IEC〕，為PLC的不斷開(kāi)展制定出了新的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定，對(duì)不同類(lèi)型的PLC產(chǎn)品做出歸納或定義，使其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化?！?〕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(mǎn)足要求，如有的控制系統(tǒng)采用32位微處理器，可同時(shí)多任務(wù)進(jìn)行操作，從而提高處理速度，增加存儲(chǔ)容量?！?〕網(wǎng)絡(luò)化當(dāng)代PLC最大的開(kāi)展趨勢(shì)是其網(wǎng)絡(luò)鏈接功能，這種需求是由現(xiàn)代信息技術(shù)的快速開(kāi)展決定的，是為實(shí)現(xiàn)企業(yè)自動(dòng)化與現(xiàn)代化目標(biāo)而設(shè)計(jì)的。PLC主要有CPU〔中央處理器〕模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。其組成示意圖可由圖3-1所示：可編程序控制器被控對(duì)象控制對(duì)象輸出模塊被控對(duì)象控制對(duì)象輸出模塊輸入模塊CPU中央處理器編程器編程器圖3-1PLC控制系統(tǒng)示意圖PLC主要模塊組成下面將分別予以介紹：〔1〕CPU模塊CPU模塊主要由微處理器存儲(chǔ)器組成。在控制系統(tǒng)中，此模塊起著重要的作用，它不斷地進(jìn)行著輸入信號(hào)的采集，用戶(hù)程序的執(zhí)行，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲(chǔ)器用來(lái)用戶(hù)程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)?！?〕I/O模塊輸入模塊和輸出模塊是系統(tǒng)外部現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和CPU模塊相互連接的橋梁，也可以稱(chēng)作為系統(tǒng)的眼、耳、手、腳。輸入模塊是用來(lái)接受和采集系統(tǒng)外部輸入信號(hào)，又可分為開(kāi)關(guān)量輸入模塊、模擬量輸入模塊。開(kāi)關(guān)量輸入模塊主要是對(duì)按鈕、光電開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等信號(hào)進(jìn)行接收。它是用來(lái)控制接觸器、指示燈、電磁閥、數(shù)字顯示和報(bào)警等裝置；模擬量輸入模塊主要針對(duì)電位器、測(cè)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(hào)進(jìn)行接收，它是用來(lái)控制調(diào)節(jié)閥、變頻器等執(zhí)行裝置。在I/O模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來(lái)隔離PLC的內(nèi)部電路和外部的I/O電路。I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離作用?！?〕編程器編程器是用來(lái)生成用戶(hù)程序，并且可以用來(lái)進(jìn)行程序的編輯、檢查、修改和監(jiān)視用戶(hù)程序的執(zhí)行情況。針對(duì)程序的寫(xiě)入我們目前可以通過(guò)手持式編程器或者是使用編程軟件兩種方式。手持式編程器對(duì)于輸入和編輯梯形圖是不能直接進(jìn)行的，只能輸入和編輯指令表程序，而編程軟件可以通過(guò)計(jì)算機(jī)直接編輯梯形圖或者指令表程序，并且可以進(jìn)行不同編輯語(yǔ)言之間的相互轉(zhuǎn)換。程序編譯完成后可直接下載到PLC，也就是程序的寫(xiě)入過(guò)程，也可以將PLC中的程序讀入到計(jì)算機(jī)，即所謂的讀過(guò)程?！?〕電源PLC一般使用的電源為AC220V或DC24V，內(nèi)部的開(kāi)關(guān)電源為各模塊提供DC5V、DC正負(fù)12V和DC24V等電源。小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC24V電源，驅(qū)動(dòng)PLC負(fù)載的直流電源一般由用戶(hù)提供。CPU模塊的工作電壓一般是5V，而PLC的輸入/輸出信號(hào)電壓較高，例如DC24V和AC220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能會(huì)損壞CPU模塊中的元器件或使PLC不能正常工作。PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般步驟：〔1〕根據(jù)工藝要求，分析研究控制系統(tǒng)。〔2〕I/O設(shè)備確實(shí)定?！?〕PLC選型?！?〕程序設(shè)計(jì)?！?〕編寫(xiě)梯形圖程序，這一步是設(shè)計(jì)的核心。〔6〕程序的檢測(cè)調(diào)試。將程序通過(guò)計(jì)算機(jī)與軟件相結(jié)合寫(xiě)入到PLC，然后對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試，找到程序的缺陷和故障，進(jìn)而進(jìn)行改良和對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行更改。3.1.2系統(tǒng)PLC機(jī)型選擇機(jī)型選擇標(biāo)準(zhǔn)的根本要求為滿(mǎn)足系統(tǒng)的功能要求，并且應(yīng)最大程度上滿(mǎn)足系統(tǒng)可靠性、維護(hù)使用方便性及性能價(jià)格比良好性等優(yōu)點(diǎn)?？紤]因素包括以下幾個(gè)方面：〔1〕結(jié)構(gòu)合理根據(jù)工藝過(guò)程、環(huán)境條件以及維修量的大小，選用不同結(jié)構(gòu)的PLC?！?〕功能強(qiáng)大根據(jù)控制系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量控制及控制速度要求的不同，選用不同檔次的PLC?！?〕機(jī)型統(tǒng)一整體式和模塊式是PLC的兩種結(jié)構(gòu)形式。雖然整體式結(jié)構(gòu)的PLC有其特有的優(yōu)點(diǎn)，但通常整體式結(jié)構(gòu)PLC功能有缺陷，因此一般大型的控制系統(tǒng)都使用模塊式結(jié)構(gòu)，以使得系統(tǒng)功能得到擴(kuò)展。環(huán)境適應(yīng)性在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計(jì)選型。工藝流程的特點(diǎn)和應(yīng)用要求是設(shè)計(jì)選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計(jì)選型和估算時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過(guò)程的特點(diǎn)、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動(dòng)作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點(diǎn)數(shù)、所需存儲(chǔ)器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價(jià)格比的PLC和設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)。輸入輸出點(diǎn)數(shù)的估算。I/O點(diǎn)數(shù)估算時(shí)應(yīng)考慮適當(dāng)?shù)挠嗔浚ǔ８鶕?jù)估計(jì)的輸入輸出點(diǎn)數(shù)，再增加10%-20%的可擴(kuò)展。余量后，作為輸入輸出點(diǎn)數(shù)估算數(shù)據(jù)。實(shí)際訂貨時(shí)，還需根據(jù)制造商PLC的產(chǎn)品特點(diǎn)，對(duì)輸入輸出點(diǎn)數(shù)進(jìn)行圓整。根據(jù)估算的方法故本設(shè)計(jì)的I/O點(diǎn)數(shù)為輸入6點(diǎn)，輸出8點(diǎn)。存儲(chǔ)器容量是可編程序控制器本身提供的硬件存儲(chǔ)單元大小，程序容量是存儲(chǔ)器中用戶(hù)應(yīng)用工程使用的存儲(chǔ)單元的大小，因此程序容量小于存儲(chǔ)容量。設(shè)計(jì)階段，由于用戶(hù)應(yīng)用程序還未編制。因此，程序容量在設(shè)計(jì)階段是未知的，需在程序調(diào)試后才知道。為了設(shè)計(jì)選型時(shí)能對(duì)程序容量有一定估算，通常采用存儲(chǔ)器容量的估算來(lái)代替。存儲(chǔ)器內(nèi)存儲(chǔ)量的估算沒(méi)固定的公式，許多文獻(xiàn)資料中給出了不同的公式，大體上都是按數(shù)字量I/O點(diǎn)數(shù)的10-15倍，加上模擬I/O點(diǎn)數(shù)的100倍，以此數(shù)為內(nèi)存的總字?jǐn)?shù)，另外再按此數(shù)的25%考慮余量。另外PLC這種工業(yè)控制器可直接用于工業(yè)控制各個(gè)領(lǐng)域。因此，大多數(shù)生產(chǎn)廠(chǎng)家會(huì)把PLC設(shè)計(jì)為可在較差工作環(huán)境條件下仍可靠穩(wěn)定工作的優(yōu)良特性。每種PLC自然會(huì)有其特殊的環(huán)境技術(shù)要求，因此在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮環(huán)境條件。面對(duì)眾多廠(chǎng)家提出的多種系列、功能各異的PLC產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)、性能、價(jià)格各不相同。三菱FX2N-16MR型號(hào)，其輸入輸出點(diǎn)分別為8，F(xiàn)X2N是FX系列中功能最強(qiáng)、速度最高的微型PLC。他的根本指令執(zhí)行時(shí)間高達(dá)0.08us，內(nèi)置的用戶(hù)存儲(chǔ)器為8K步，可擴(kuò)展到16K步，最大可以擴(kuò)展到256個(gè)I/O點(diǎn)，有多種特殊功能模塊或功能擴(kuò)展板，可為裝箱機(jī)提供最大的方便和控制能力。根據(jù)課題研究系統(tǒng)自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制所用的外圍設(shè)備，我們可以來(lái)設(shè)計(jì)PLC輸入輸出設(shè)備的執(zhí)行元器件的點(diǎn)數(shù)。輸入輸出局部的點(diǎn)數(shù)分別如3-1、3-2表所示：表3-1輸入局部點(diǎn)數(shù)輸入局部點(diǎn)數(shù)系統(tǒng)開(kāi)按鈕1系統(tǒng)關(guān)按鈕1數(shù)量選擇按鈕11數(shù)量選擇按鈕21數(shù)量選擇按鈕31光電傳感器1表3-2輸出局部點(diǎn)數(shù)輸出局部點(diǎn)數(shù)皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)器1指示燈11指示燈21指示燈31電磁閥1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器1頻率發(fā)生器1針對(duì)本課題的研究特點(diǎn)和系統(tǒng)性能要求的輸入輸出總點(diǎn)數(shù)，本系統(tǒng)采用三菱公司FX2N系列中的16MR，即FX2N-16MR類(lèi)型。其為三菱FX2N系列、輸入輸出總點(diǎn)數(shù)為16、繼電器輸出。此PLC滿(mǎn)足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，并且在小型PLC控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。3.2PLC外圍電路器件的選擇3.2.1光電式傳感器光電式傳感器〔photoelectrictransducer〕，即基于光電效應(yīng)的一種傳感器，當(dāng)可見(jiàn)光照射傳感器，光電效應(yīng)就會(huì)產(chǎn)生，光信號(hào)將被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)從而輸出。在測(cè)量位移溫度等物理量方面均應(yīng)用廣泛。光電測(cè)量時(shí)不與被測(cè)對(duì)象直接接觸，光束的質(zhì)量又近似為零，在測(cè)量中不存在摩擦和對(duì)被測(cè)對(duì)象幾乎不施加壓力。同時(shí)在測(cè)量時(shí)，光電式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是與被測(cè)對(duì)象之間無(wú)摩擦和壓力，保證測(cè)量準(zhǔn)確性。在某些方面，光電式傳感器也有其缺點(diǎn)，包括本錢(qián)較高，測(cè)量的環(huán)境條件要求較高等。光電式傳感器的種類(lèi)很多，測(cè)量準(zhǔn)確、靈敏、非接觸，并且測(cè)量參數(shù)多。本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，其中的光電式傳感器對(duì)裝入藥瓶的藥片數(shù)進(jìn)行一一計(jì)數(shù)，可以滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)的要求。常見(jiàn)的光電式傳感器有對(duì)射式與反射式兩種類(lèi)型，其中反射式傳感器安裝要求低，占地小，但其由于為反射式檢測(cè)方式，紅外調(diào)制發(fā)射器與接收器均在一端安裝，其檢測(cè)準(zhǔn)確率較低，而對(duì)射式光電傳感器雖然安裝復(fù)雜，但由于發(fā)射器與接收器分開(kāi)，其檢測(cè)精度較高，非常適合于本設(shè)計(jì)。同時(shí)為了兼容PLC的24V輸入輸出電平，需要選擇電平與反響速度均兼容的光電傳感器完成此局部設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)甄選，最終采用了臺(tái)灣億光公司的槽型光耦作為光電式傳感器，其體積小巧，便于安裝，但需要設(shè)計(jì)外圍電路，完成光電傳感器的數(shù)字量輸出。光電式傳感器及其計(jì)數(shù)電路如圖3-2所示：通過(guò)LM358搭建了24V的正向放大器，放大器為正反響放大器，即搭建成為比擬器電路，在高于設(shè)定12V時(shí)產(chǎn)生輸出信號(hào)跳變，從而對(duì)光電傳感器的返回波形進(jìn)行整形，完成光電傳感器與PLC的IO口信號(hào)匹配。光電傳感器輸出波形整形電路如圖3-3所示：圖3-2光電傳感器及其計(jì)數(shù)電路圖3-3光電傳感器輸出波形整形電路3.2.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是典型的開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，執(zhí)行元件是步進(jìn)電機(jī)。它受驅(qū)動(dòng)控制線(xiàn)路的控制，將進(jìn)給脈沖的電平信號(hào)直接變換為具有一定方向、大小和速度的機(jī)械轉(zhuǎn)角位移，并通過(guò)齒輪和絲杠帶開(kāi)工作臺(tái)移動(dòng)。由于該系統(tǒng)沒(méi)有反響檢測(cè)環(huán)節(jié)，它的精度較差，速度也受到步進(jìn)電機(jī)性能的限制。但它的結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單、容易調(diào)整，故在速度和精度要求不太高的場(chǎng)合具有一定的使用價(jià)值。步進(jìn)電機(jī)的工作原理實(shí)際上是電磁鐵的作用原理。步進(jìn)電機(jī)的主要特性有以下幾個(gè)方面：〔1〕步距角：步進(jìn)電機(jī)的步距角是反映步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。它是決定步進(jìn)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)。步距角越小，數(shù)控機(jī)床的控制精度越高?！?〕矩角特性：矩角特性是步進(jìn)電機(jī)的一個(gè)重要特性，它是指步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的變化規(guī)律?！?〕啟動(dòng)頻率：空載時(shí)，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動(dòng)到正常運(yùn)行所允許的最高頻率，稱(chēng)為啟動(dòng)頻率或突跳頻率。假設(shè)啟動(dòng)時(shí)頻率大于突跳頻率，步進(jìn)電機(jī)就不能正常啟動(dòng)?？蛰d啟動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)變化的頻率不能高于該突跳頻率?！?〕連續(xù)運(yùn)行的最高工作頻率：步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)，它所能接受的，即保證不丟步運(yùn)行的極限頻率，稱(chēng)為最高工作頻率。它是決定定子繞組通電狀態(tài)最高變化頻率的參數(shù)，它決定了步進(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速?！?〕加減速特性：步進(jìn)電機(jī)的加減速特性是描述步進(jìn)電機(jī)由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過(guò)程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時(shí)間的關(guān)系。當(dāng)要求步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)到大于突跳頻率的工作頻率時(shí)，變化速度必須逐漸上升。同樣，從最高工作頻率或高于突跳頻率的工作頻率停止時(shí)，變化速度必須逐漸下降。其中逐漸上升和下降的加速時(shí)間、減速時(shí)間不能過(guò)小，否那么會(huì)出現(xiàn)失步或超步。我們用加速時(shí)間常數(shù)和減速時(shí)間常數(shù)來(lái)描述步進(jìn)電機(jī)的升速和降速特性。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有如下六個(gè)特點(diǎn)：〔1〕步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。因此，當(dāng)它轉(zhuǎn)一圈后，沒(méi)有累計(jì)誤差，具有良好的跟隨性?！?〕由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)電路組成的開(kāi)環(huán)數(shù)控系統(tǒng)既簡(jiǎn)單、廉價(jià)又非?？煽俊Ｍ瑫r(shí)，它也可以與角度反響環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。〔3〕步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，易于啟停、正反轉(zhuǎn)及變速?！?〕速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平穩(wěn)調(diào)整，低速下仍能獲得較大轉(zhuǎn)矩，因此一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載?！?〕步進(jìn)電機(jī)只能通過(guò)脈沖電源供電才能運(yùn)行，不能直接使用交流電源和直流電源?！?〕步進(jìn)電機(jī)存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對(duì)控制系統(tǒng)和機(jī)械負(fù)載采取相應(yīng)措施。在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)首先考慮的是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型選擇，其次是具體的品種選擇，在該自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電壓低、電流小、有定位轉(zhuǎn)矩，確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用二相八拍混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。在進(jìn)行步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的品種選擇時(shí)，要綜合考慮速比、軸向力、額定轉(zhuǎn)矩和運(yùn)行頻率，以確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的具體規(guī)格和控制裝置。選用電機(jī)型號(hào)為BS110HB99-05，為了完成PLC對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，需要設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。為了節(jié)約PLC的IO資源，同時(shí)提高PLC的控制性能，需要設(shè)計(jì)一個(gè)可由PWM控制的，高細(xì)分度的步進(jìn)電機(jī)控制器。THB7128為國(guó)產(chǎn)的128高細(xì)分度二相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，其單相通路輸出電流在24V時(shí)最大為3.3A。同時(shí)其內(nèi)部高速M(fèi)OS管搭建的雙H橋驅(qū)動(dòng)電路保證開(kāi)關(guān)速度。實(shí)現(xiàn)了PLC慢速輸出與驅(qū)動(dòng)電路高速控制的匹配。其原理圖如圖3-4所示：圖3-4THB7128原理圖由于步進(jìn)電機(jī)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(xì)分度的THB7128控制器為不二之選。在實(shí)際使用時(shí)，僅需要設(shè)計(jì)PLC的Y0口輸出固定數(shù)量脈沖，即可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角度的控制。3.2.3裝藥機(jī)構(gòu)由于裝藥機(jī)通過(guò)對(duì)裝藥數(shù)量計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)裝藥數(shù)量的精確控制，故需要設(shè)計(jì)一個(gè)完整的裝藥機(jī)構(gòu)，完成對(duì)藥片的單個(gè)別離與釋放，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的預(yù)計(jì)功能。常見(jiàn)的藥片別離器為多級(jí)傳送帶式別離系統(tǒng)，通過(guò)舵機(jī)傳送帶對(duì)藥片進(jìn)行別離后，進(jìn)入下藥斗，完成單片藥片的裝填。而為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)直接采用了現(xiàn)有的集成式下藥斗完成藥片的別離，而僅在下藥口安裝光電傳感器完成對(duì)藥片裝填數(shù)量的控制。1為底板用螺釘安裝在支架組件的側(cè)面板上，4為料斗固裝在1底板上，而實(shí)現(xiàn)控片以準(zhǔn)確計(jì)數(shù)的部件采用轉(zhuǎn)刷3，它由2轉(zhuǎn)刷電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。當(dāng)皮帶上?？捉M通過(guò)加料器下方時(shí)，由于轉(zhuǎn)刷與皮帶在接觸區(qū)域的速度是反向的，這樣就將?？咨戏蕉嘤嗟乃幬镒钃踝?，從而保證藥片掉落的準(zhǔn)確性。圖3-5下藥斗3.2.4帶式皮帶機(jī)皮帶輸送機(jī)也叫帶式輸送機(jī)或膠帶輸送機(jī)，是組成有節(jié)奏的流水作業(yè)線(xiàn)所不可缺少的經(jīng)濟(jì)型物流輸送設(shè)備。皮帶式輸送機(jī)具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、部件標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)。其廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、煤炭等行業(yè)，用來(lái)輸送松散物料或成件物品，根據(jù)輸送工藝要求，可單臺(tái)輸送，也可多臺(tái)組成或與其它輸送設(shè)備組成水平或傾斜的輸送系統(tǒng)，以滿(mǎn)足不同布置型式的作業(yè)線(xiàn)需要，適用于輸送堆積密度小于1.67/噸/立方米，易于掏取的粉狀、粒狀、小塊狀的低磨琢性物料及袋裝物料，如煤、碎石、砂、水泥、化肥、糧食等。被送物料溫度小于60度。其機(jī)長(zhǎng)及裝配形式可根據(jù)用戶(hù)要求確定，傳動(dòng)可用電滾筒，也可用帶驅(qū)動(dòng)架的驅(qū)動(dòng)裝置。皮帶輸送機(jī)結(jié)構(gòu)形式多樣，有槽型皮帶機(jī)、平型皮帶機(jī)、爬坡皮帶機(jī)、側(cè)傾皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)彎皮帶機(jī)等多種形式。常用的膠帶輸送機(jī)可分為：普通帆布芯膠帶輸送機(jī)、鋼繩芯高強(qiáng)度膠帶輸機(jī)、全防爆下運(yùn)膠帶輸送機(jī)、難燃型膠帶輸送機(jī)、雙速雙運(yùn)膠帶輸送機(jī)、可逆移動(dòng)式膠帶輸送機(jī)、耐寒膠帶輸送機(jī)等等。皮帶輸送機(jī)主要由機(jī)架、輸送皮帶、皮帶輥筒、張緊裝置、傳動(dòng)裝置等組成。皮帶機(jī)按其輸送能力可分為重型皮帶機(jī)如礦用皮帶輸送機(jī)，輕型皮帶機(jī)如用在電子塑料，食品輕工，化工醫(yī)藥等行業(yè)。皮帶輸送機(jī)具有輸送能力強(qiáng)，輸送距離遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于維護(hù)，能方便地實(shí)行程序化控制和自動(dòng)化操作。當(dāng)運(yùn)用輸送帶的連續(xù)或間歇運(yùn)動(dòng)來(lái)輸送100KG以下的物品或粉狀、顆狀物品時(shí)，其運(yùn)行高速、平穩(wěn)，噪音低，并可以上下坡傳送。皮帶輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于家電、電子、電器、機(jī)械、煙草、注塑、郵電、印刷、食品等各行各業(yè)，物件的組裝、檢測(cè)、調(diào)試、包裝及運(yùn)輸?shù)?。線(xiàn)體輸送可根據(jù)工藝要求選用普通連續(xù)運(yùn)行、節(jié)拍運(yùn)行、變速運(yùn)行等多種控制方式。線(xiàn)體因地制宜選用直線(xiàn)、彎道、斜坡等線(xiàn)體形式。由前文可知，現(xiàn)有的裝藥機(jī)有電子計(jì)數(shù)式與轉(zhuǎn)盤(pán)式兩種裝藥方式，而藥品的主要包裝樣式為瓶裝式，轉(zhuǎn)盤(pán)式裝藥機(jī)雖然精度高，適用于瓶裝式結(jié)構(gòu)，但其機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，不利于大規(guī)模的開(kāi)發(fā)與使用。而帶式裝藥機(jī)器效率高，速度快，但結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，不利于高精度的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。綜上所述，本設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)一個(gè)控制系統(tǒng)，此控制系統(tǒng)是將規(guī)定數(shù)量的藥片，有序自動(dòng)地裝入到藥瓶中。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝瓶的功能，其裝瓶方式為帶式裝瓶，向每個(gè)藥瓶裝入規(guī)定數(shù)量的藥片。其藥片裝瓶數(shù)量需要方便設(shè)置，適用于不同的裝藥需求。3.2.5電磁閥電磁閥〔Electromagneticvalve〕是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來(lái)控制流體的自動(dòng)化根底元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、平安閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開(kāi)有通孔，每個(gè)孔連接不同的油管，腔中間是活塞，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線(xiàn)圈通電閥體就會(huì)被吸引到哪邊，通過(guò)控制閥體的移動(dòng)來(lái)開(kāi)啟或關(guān)閉不同的排油孔，而進(jìn)油孔是常開(kāi)的，液壓油就會(huì)進(jìn)入不同的排油管，然后通過(guò)油的壓力來(lái)推動(dòng)油缸的活塞，活塞又帶動(dòng)活塞桿，活塞桿帶動(dòng)機(jī)械裝置。這樣通過(guò)控制電磁鐵的電流通斷就控制了機(jī)械運(yùn)動(dòng)。電磁閥從原理上分為三大類(lèi)：〔1〕直動(dòng)式電磁閥：原理：通電時(shí)，電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生電磁力把關(guān)閉件從閥座上提起，閥門(mén)翻開(kāi)；斷電時(shí)，電磁力消失，彈簧把關(guān)閉件壓在閥座上，閥門(mén)關(guān)閉。特點(diǎn)：在真空、負(fù)壓、零壓時(shí)能正常工作，但通徑一般不超過(guò)25mm?！?〕分步直動(dòng)式電磁閥：原理：它是一種直動(dòng)和先導(dǎo)式相結(jié)合的原理，當(dāng)入口與出口沒(méi)有壓差時(shí)，通電后，電磁力直接把先導(dǎo)小閥和主閥關(guān)閉件依次向上提起，閥門(mén)翻開(kāi)。當(dāng)入口與出口到達(dá)啟動(dòng)壓差時(shí)，通電后，電磁力先導(dǎo)小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開(kāi)；斷電時(shí)，先導(dǎo)閥利用彈簧力或介質(zhì)壓力推動(dòng)關(guān)閉件，向下移動(dòng)，使閥門(mén)關(guān)閉。特點(diǎn)：在零壓差或真空、高壓時(shí)亦能動(dòng)作，但功率較大，要求必須水平安裝。〔3〕先導(dǎo)式電磁閥：原理：通電時(shí)，電磁力把先導(dǎo)孔翻開(kāi)，上腔室壓力迅速下降，在關(guān)閉件周?chē)纬缮系拖赂叩膲翰睿黧w壓力推動(dòng)關(guān)閉件向上移動(dòng)，閥門(mén)翻開(kāi)；斷電時(shí)，彈簧力把先導(dǎo)孔關(guān)閉，入口壓力通過(guò)旁通孔迅速腔室在關(guān)閥件周?chē)纬上碌蜕细叩膲翰?，流體壓力推動(dòng)關(guān)閉件向下移動(dòng)，關(guān)閉閥門(mén)。特點(diǎn)：流體壓力范圍上限較高，可任意安裝但必須滿(mǎn)足流體壓差條件。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，采用直動(dòng)式電磁閥進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.3供蓋封蓋模塊供蓋封蓋模塊中，機(jī)械方案要求兩組氣缸被步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)，先來(lái)到已排序的瓶蓋上方，氣缸動(dòng)作后鉗起瓶蓋，再由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)至裝有瓶子和藥粒的模具上方，氣缸組動(dòng)作，塞上瓶蓋。由于瓶蓋和瓶子尺寸超小，電機(jī)帶動(dòng)氣缸組的停止位置精度同樣有很高要求(±0.3mm)。對(duì)于實(shí)現(xiàn)瓶蓋上方的位置精度，使用限位塊方案。3.4控制系統(tǒng)方框圖控制系統(tǒng)方框圖如圖3-6圖所示：圖3-6控制系統(tǒng)方框圖根據(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。包括主傳動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、數(shù)粒步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、數(shù)粒粒數(shù)、供蓋步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)、延時(shí)時(shí)間等。通過(guò)按鈕控制，可進(jìn)行生產(chǎn)開(kāi)始、生產(chǎn)停止、急停等操作。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)動(dòng)、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)。3.5PLC硬件接線(xiàn)圖PLC的硬件接線(xiàn)圖如下列圖所示：圖3-7PLC的硬件接線(xiàn)圖系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)裝瓶過(guò)程主要程序設(shè)計(jì)的思路可以認(rèn)為系統(tǒng)采用手動(dòng)操作。首先應(yīng)該選擇裝入藥瓶中藥片數(shù)量，當(dāng)按下數(shù)量選擇按鈕S1，此時(shí)電磁閥被翻開(kāi)，裝藥開(kāi)始進(jìn)行，此過(guò)程中通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器和光電式傳感器對(duì)藥片裝入數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)藥片數(shù)量到達(dá)預(yù)先規(guī)定值時(shí)電磁閥關(guān)閉，裝藥停止；當(dāng)按下數(shù)量選擇按鈕S2，此時(shí)電磁閥被翻開(kāi)，裝藥開(kāi)始進(jìn)行，此過(guò)程中通過(guò)數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器和光電式傳感器對(duì)藥片裝入數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)藥片數(shù)量到達(dá)預(yù)先規(guī)定值時(shí)電磁閥關(guān)閉，裝藥停止；當(dāng)按下數(shù)量選擇按鈕S3，此時(shí)電磁閥被翻開(kāi)，裝藥開(kāi)始進(jìn)行，此過(guò)程中通過(guò)光電式傳感器和數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器對(duì)藥片裝入數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)藥片數(shù)量到達(dá)預(yù)先規(guī)定值時(shí)電磁閥關(guān)閉，裝藥停止。當(dāng)手動(dòng)皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)按鈕被按下，皮帶機(jī)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，5秒后將停止運(yùn)轉(zhuǎn)，在此過(guò)程中各個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器將會(huì)復(fù)位，同時(shí)在此過(guò)程中可選擇裝入藥瓶中的藥片數(shù)量繼續(xù)裝藥。4.1PLCI/O口的分布基于PLC的自動(dòng)藥片裝藥機(jī)其I/O分配表如表4-1所示：表4-1I/O口分配輸入器件地址輸出器件地址系統(tǒng)開(kāi)ONXO皮帶機(jī)驅(qū)動(dòng)KMY0系統(tǒng)關(guān)OFFX1步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)MY1每瓶裝20片按鈕S1X2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)MY2每瓶裝30片按鈕S2X3頻率發(fā)生器MY3每瓶裝40片按鈕S3X420片指示燈H1Y4光電傳感器B1X530片指示燈H2Y540片指示燈H3Y6電磁閥YY7其他編程元件的地址分配表如表4-2所示：表4-2地址分配表編程元件編程地址符號(hào)作用輔助繼電器M0M0狀態(tài)標(biāo)志M1M1狀態(tài)標(biāo)志M2M2狀態(tài)標(biāo)志M3M3狀態(tài)標(biāo)志M4M4狀態(tài)標(biāo)志M5M5狀態(tài)標(biāo)志M6M6狀態(tài)標(biāo)志計(jì)數(shù)器C1C1計(jì)數(shù)C2C2計(jì)數(shù)C3C3計(jì)數(shù)定時(shí)器T0T0到達(dá)裝瓶位置4.2程序設(shè)計(jì)流程圖控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-1所示：圖4-1程序流程圖裝粒過(guò)程程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-2所示：圖4-2裝粒過(guò)程程序流程圖4.3程序設(shè)計(jì)梯形圖圖4-3梯形圖4.4程序指令表程序指令表如表4-3所示：表4-3程序指令表0LDX0001ORM02ANIM33OUTM04LDY0015ANDY0026ANDC17LDY0018ANDY0029ANDC210ORB11LDY00212ANDY00313ANDC214ORB15LDY00216ANDY00317ANDC318ORB19LDY00320ANDY00121ANDC122ORB23LDY00324ANDY00125ANDC326ORB27OUTM128LDX00129ORM230ANIM331OUTM232LDM233ANDC134LDM235ANDC236ORB37LDM338ANDC339ORB40OUTM341LDCI42ANDY00243LDC144ANDY00345ORB46OUTM447LDC248ANDY00149LDC250ANDY00351ORB52OUTM553LDC354ANY00155LDC356ANDY00257ORB58OUTM659LDY00160ORY00261ORY00362ANDM063ANIT064ANIM365ANIY00466OUTY00067LDX00268ORY00169ORM570ORM671ANIM372ANIM173OUTY00174LDX00375ORY00276ORM477ORM678ANIM379ANIM180OUTY00281LDX00482ORY00383ORM484ORM585ANIM386ANIM187OUTY00388LDM089ANDT090LDIC191ANDY00192LDIC291ANDY00192LDIC293ANDY00294ORB95LDIC396ANDY00397ORB98ANB99ANIY000100OUTY004101LDM0102LDIC1103ANDY001104LDIC2105ANDY002106ORB107LDIC3108ANDY003109ORB110ANB111OUTT0K50112LDC1113ORC2114ORC3115ZRSTC1C3116LDY001117ANDX005118OUTC1K3119LDY002120ANDX005121OUTC2K5122LDY003123ANDX005124OUTC3K7125END第五章結(jié)論本次研究是基于PLC的自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備工作大致通過(guò)閱讀圖書(shū)館的館藏書(shū)籍以及通過(guò)在學(xué)術(shù)網(wǎng)絡(luò)上搜索的方式，查閱并閱讀了關(guān)于本設(shè)計(jì)的相關(guān)書(shū)籍和資料，從而對(duì)該研究題目有了一定的認(rèn)識(shí)和研究，同時(shí)進(jìn)一步熟悉并了解了自動(dòng)藥片裝瓶機(jī)控制