自动药片装瓶机集美大学课程设计样本.docx
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自动药片装瓶机集美大学课程设计样本
一、可编程控制器自动药片装瓶机控制系统简介
1.自动装药机研究现状
技术工艺,是衡量一种公司与否具备先进性,与否具备市场竞争力,与否能不断领先于竞争者重要指标根据。
随着国内药物生产设备市场迅猛发展,与之有关生产技术应用与研发必将成为业内公司关注焦点。
理解国内外药物装瓶设备生产技术研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于公司提高产品技术规格,提高市场竞争力十分核心。
当前食品药物安全现状十分不容乐观,国家食品药物监督管理局发现两大现状导致近几年药物安全型突发事件频繁发生,一是药物生产公司不按生产工艺生产、规避监管,潜在不安全因素。
二是在非GMP流水线厂房生产药物。
如果想变化此现状,要着力消除问题隐患,从生产环节入手,采用自动化生产,自动装瓶机解决了生产中许多问题。
医药行业中,医药包装机械产品种类丰富,药物形状、性质、包装规定等差别很大,且产量大。
因而,自动装瓶机品种众多,当前医药包装设备中,大颗粒、规则形状药丸自动包装技术已经非常成熟,国内外均有有关设备,但针对异型粒、异型瓶等包装技术则较为有限。
PLC通过USS通信合同直接控制电机,不但可以实现对装药机方式运营控制,并且可以依照需要灵活控制装药时间,达到节约电能,减少成本,提高生产质量目。
2.自动装药机研究目及意义
手工装瓶直接接触药物,长期接触药物人会对身体导致伤害,采用自动装瓶机杜绝了这种现象发生,同步避免了人与药物接触带来对药物污染,保证了药物质量,符合药用规定,符合保障人体健康、安全原则。
手工装瓶生产难于管理,容易浮现纰漏和混乱,自动装瓶机,建立一种能控制整个数据中心运营综合性管理平台使管理更加强调流程和自动化,改进了经营系统,提高了工作效率,使公司运营更有加稳定。
考虑到对药物包装特殊规定,重要是防止塑料瓶内药物气体挥发和外部气体向瓶内渗入,规定塑料瓶口与瓶盖间有较好密封性能。
自动装瓶机可以满足药物包装这种性能规定,同步消除了人为因素对药物灌装不合格解决动作,提高灌装质量。
当前,国内制剂生产能力不够,医院配制制剂品种较多,不能满足市场需求,无法保障药物及时供应。
使用实用新型片剂自动装瓶机,明显地减少了片剂装瓶包装劳动强度和生产成本,提高了生产效率,缩短了生产周期,社会效益和经济效益明显增长。
3.生产工作过程和规定
高速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运送链,连接所有动作。
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毕。
其中供瓶机构为:
从料斗中落下瓶,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对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角度,从料斗中选出生产规定药粒粒数,通过落粒通道落入瓶中。
装有药粒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毕封盖动作。
高速自动装瓶机自动控制必要满足如下规定:
(1)装瓶速度280瓶/min;
(2)人机界面和谐,以便自动控制检测,在一定范畴内,可通过输入参数调节生产速度和装瓶药粒粒数;
(3)各动作连贯协调,保证生产顺利;
(4)系统浮现故障或需要添加瓶、盖、粒时,能自动报警和提示。
4.硬件系统构造
依照自动装瓶机控制功能规定,设计该设备控制系统构造方案。
整个控制系统可在和谐人机界面环境下输入生产参数,涉及主传动步进电机转速、数粒步进电机转速、数粒粒数、供盖步进电机转速、延时时间等。
在系统操作面板上,可进行生产开始、生产停止、急停等操作。
来自人机界面、操作板和接近开关信号,经PLC程序进行相应解决,变成步进电机正/反转、电机转速、步数等控制命令输出到步进电机驱动器,驱动步进电机,实现主传动链迈进、数粒电机和供盖步进电机转动,或者输出到继电器,驱动电磁阀动作,实现各个气缸组联动;当系统中接近开关、步进驱动器等电气器件浮现故障,或者急停开关、料斗传感器传来故障信号时,这些故障信号可实时反馈到PLC,经PLC报警故障中断程序解决,可在人机界面上实时显示故障因素和记录该报警信息,并输出控制信号,中断生产,激活报警灯和蜂鸣器以提示操作者排除故障。
5.自动装瓶机示意图
图1-1自动装瓶机示意图
二、设计方案
2.1控制规定
题目:
基于FX0N–60MR可编程控制器自动药片装瓶机控制系统
这是一种将一定数量药片自动持续地装入到药瓶中控制任务,系统模仿器示意图如图示。
按下按钮S1、S2或者S3,可持续每瓶装入3片、5片或者7片,通过批示灯H1、H2或者H3表达当前每瓶装药数量。
当选定要装入瓶中药片数量后,接通系统开关,电动机M驱动皮带轮运转,延时5S后(或者采用位置检测开关),皮带机上药瓶到达装瓶位置,皮带机停止运转。
当电磁阀Y打开装有药片装置后,通过光电传感器B1,对进入到药瓶药片进行计数,当药瓶中药片到达预先选定数量后,电磁阀Y关闭,皮带机重新自动启动,使药片装瓶过程自动持续地运营。
如果当前装药过程正在进行时,需要变化药片装入数量(例如由7片改为5片),则只有在当前药瓶装满后,从下一种药瓶开始装入变化后数量。
如果在装药过程中断开系统开关,则在当前药瓶装满后,系统停止运营。
图2-1自动药片装瓶机控制系统模仿示意图
2.2设计思路及可编程控制器简介
设计思路:
选取PLC控制器作为本课题控制系统
(1)PLC与继电器控制系统相比优势
老式继电器控制只能进行开关量控制,而PLC即可进行开关量控制,又可进行模仿量控制,还能与计算机联成网络,实现分级控制。
在PLC编程语言中,梯形图是使用最广泛语言。
梯形图与继电器控制原理图十分相似,沿用了继电器控制电路元件符号,仅个别地方有些不同。
PLC与继电器控制系统相比重要有如下几点区别:
构成器件不同。
继电器控制线路是由许多硬件继电器构成,而PLC则是由许多“软继电器”构成。
老式继电器控制系统本来有很强抗干扰能力,但其用了大量机械出点,因物理性能疲劳、尘埃隔离性及电弧影响,系统可靠性大大减少。
PLC采用无机械出点逻辑运算微电子技术,复杂控制由PLC内部运算器完毕,故寿命长、可靠性高。
触点数目不同。
继电器触点数较少,普通只有4~8对;而“软继电器”可供编程触点数有无数对。
控制办法不同。
继电器控制系统是通过元件之间硬接线来实现,控制功能就固定在线路中。
PLC控制功能是通过软件编程来实现,只要变化程序,功能即可变化,控制非常灵活。
工作方式不同。
在继电器控制线路中,当电源接通时,线路中各继电器都处在受制约状态。
在PLC中,各“软继电器”都处在周期性循环扫描接通中,每个“软继电器”受制约接通时间是短暂。
(2)PLC与工业微机控制系统相比优势
工业微机在规定迅速、实时性强、模型复杂工业控制中占有优势。
但是,使用工业微机人员技术水平规定较高,普通应具备一定计算机专业知识。
此外,工业微机在整机构造上尚不能适应恶劣工作环境,抗干扰能力及适应性差,这就是工业微机用在工业现场控制致命弱点。
工业生产现场电磁辐射干扰、机械振动、温度及湿度变化以及超标粉尘,每一项足可以使工业微机不能正常工作。
PLC针对工业顺序控制,在工业现场有很高可靠性。
PLC在电路布局、机械构造及软件涉及各方面决定了PLC高抗干扰能力。
电路布局方面重要模块都采用大规模与超大规模集成电路,在输入输出系统中采用完善隔离等通道保护功能;在电路构造上对耐热、防潮、防尘及防震等各方面都作了周密考虑;在电路硬件方面采用了隔离、屏蔽、滤波及接地等抗干扰技术;在软件上采用了数字滤波及循环扫描、成批输入、成批输出解决技术。
所有这些都是PLC具备非常高抗干扰能力,从而使PLC绝不会浮现死机现象。
PLC采用梯形图语言编程,是熟悉电器控制技术人员易学易懂,便于推广。
随着PLC功能不断增强,越来越多地采用了微机技术,同步工业微机为了适应顾客需要,想提高可靠性、耐用性与便于维修方向发展,两者间互相渗入,差别越来越小。
此后,PLC与工业控制微机将继续共存,在一种控制系统中,使PLC集中在功能控制上,使微机集中在信息解决上,两者相辅相成,共同发展。
通过性能和特点比较,我觉得PLC更适当做本次设计。
(3)PLC自动药片装瓶机设计流程
(1)一方面依照课题控制规定,查阅有关资料,拟定所要用到开关、按钮、以及灯泡等电器元器件个数
(2)在拟定元器件之后,初步进行I/O口分派,并列I/O分派表。
(3)进一步细化控制规定,绘制工作流程图,绘出主控电路,硬件接线图。
(4)依照上一步图样,初步画出步进指令状态转移图,状态梯形图以及基本指令梯形图两种办法
(5)在计算机上进行调试,进一步优化梯形图,修改局限性,并重新拟定I/O分派、把梯形图转化为程序。
(6)依照计算机上调试画出程序时序图,用于核对课题控制规定。
(7)依照前面所做撰写阐明书。
2.2.1可编程控制器定义
“PLC是一种数字运算电子系统,专为在工业环境下应用而设计。
它采用可编程存储器,用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定期、计数和算术运算等操作指令,并通过数字式、模仿式输入和输出,控制各种类型机械或生产过程。
课编程控制器及其关于设备,都应按易于与工业控制器系统联成一体、易于扩充功能原则设计。
”上述是国际电工委员会于1985年1月对PLC所作权威性定义。
对于PLC定义,其补充阐明如下。
以微解决技术为基本,应用于以控制开关量为主,或涉及控制过程参量在内逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域新型工业控制装置。
2.2.3可编程控制器特点
(1)通信性和灵活性强,应用广泛
可编程控制器不同于普通以硬件固定连接方式来体现控制机理控制系统,其控制规则可依照不同需求以便地以更新软件来实现,故其适应性极强,特别合用于控制规则需要不断更新场合,如机械制造、电力、冶金、建材、煤炭、化工、石化、医疗、纺织、食品等,既可应用于单机装置中,又可以应用于生产线中。
(2)可靠性高,抗干扰能力极强
可编程控制器在硬件、软件设计上均充分考虑了抗强烈干扰和对故障进行诊断与容错各种办法,如屏蔽、隔离、滤波、电压调节、对故障在线诊断、对程序及数据后备电池保护、WTD保护等,使其可靠性较之普通工业控制装置高出诸多。
大多数PLC产品平均无端障间隔时间MTBF都可达数十万小时。
有一种例子可以有力地阐明PLC抗干扰能力强大:
PLC出厂实验中有一项抗干扰实验,是要承受幅值为1000V、上升时间为1ns、脉宽为1μs干扰脉冲冲击。
就这一特点而言,也使PLC赢得了众多顾客。
(3)产品系列化、规模化、功能完备、性能优良
可编程控制器发展到当前这种局面,已经拥有繁多品牌,小、中、大系列齐全,各种功能装置和模块相称齐备,且性能异常优良,顾客只需依照自己需要,选取这些产品予以安装并连上外部接线就可以以便地构成自己系统。
就功能来说,PLC除了满足强大逻辑控制功能外,尚有不少产品具备运动控制、PID过程控制、数控、数据解决以及通信等各种功能,远远超越了纯开关量控制概念。
(4)编制程序简朴、容易
由于可编程控制器控制程序充分照顾到了当前工程技术人员习惯,既可用面向生产过程现场简朴指令语句形式编程,又可以用人们普遍熟悉梯形图编程。
对于复杂系统,有可编程控制器还可以使用简朴易懂功能图表编程和模块化程序构造(如主控程序构造)等。
使得编程和变化程序均很以便、灵活。
(5)设计、安装、调试周期短,扩充容易
如前所述,由于PLC硬软件产品齐全,故顾客组建系统时,设计、安装、调试都很容易,与普通控制系统相比,大大缩短了周期。
由于PLC产品开发有大量扩展单元或不同规模不同功能模块,故顾客扩充自己系统规模或扩充功能都异常以便。
(6)体积小、重量轻,维护以便
PLC体积小、重量轻自不待说。
PLC由于有自诊断功能,能及时将故障点显示给维修人员,故排除故障相称顺利、简朴。
加之PLC组装、联接简朴、维修时采用更换整个单元或模块,故特别以便。
2.2.4可编程控制器应用领域
近年来,随着大规模集成电路技术迅猛发展,功能更强大、规模不断扩大而价格日趋低廉元器件不断涌现,促使PLC产品亦随之功能大增而成本下降。
当前PLC应用已经远远超越了初期仅用于开关量控制局面,现将其应用领域简述于下。
(1)开关量逻辑控制
这是PLC最广泛应用。
已逐渐取代老式继电器逻辑控制装置,被用于单机或多机控制系统以及自动生产线上。
PLC控制开关量能力是很强,所控制入、出点数有时多达几万点。
由于可以联网,因此点数几乎不受限制。
所控制如组合、时序、要考虑延时、需要进行高速计数等逻辑问题都可以解决。
(2)运动控制
当前诸多厂商已经开发出大量运动控制模块。
且功能是给步进电动机或伺服电动机等提供单轴或多轴位置控制,并在控制中满足恰当速度和加速度,以保证运动平滑水准。
(3)过程控制
当前PLC产品中,尚有一大类是针对生产过程参数,如温度、流量、压力、速度等检测和控制而设计。
惯用有模仿量I/O模块,通过这些模块,不但可以实现A/D和D/A转换,还可以进一步构成闭环,实现PID一类生产过程调节。
而针对PID闭环调节,又有专门模块,可以更以便地实行。
这些产品,往往还引入了智能控制。
(4)数据解决
当代PLC已具备数据传送、排序、查表搜索、位操作以及逻辑运算、函数运算、矩阵运算等各种数据采集、分析、解决功能。
当前尚有不少公司,将PLC数据解决功能与计算机数值控制(CNC)设备功能紧密结合在一起,开发了用于CNCPLC产品。
(5)通信
随着网络发展和计算机集散控制系统逐渐普及,PLC网络化通信产品也在大量被推出。
这些产品解决了PLC之间、PLC与其扩展某些之间、PLC与上级计算机之间或其她网络间通信问题。
更有某些公司,还为其PLC系统开发了专门网络产品。
这些网络产品涉及有典型如A-B公司高速数据通道DH和DH+、SIEMENS公司SINEC局域网等。
通过这些产品,可将PLC、计算机、各种外设构成局域环网,环网还可以套非环网。
环网与环网还可以桥接。
网间结点可直接或间接地通信、互换信息。
联网、通信,适应了当今诸如计算机集成制造系统(CIMS)及智能化工厂等先进技术发展需要。
它使工业控制从点(Point)到线(Line)再到面(Aero),使现场设备控制、生产线控制和工厂管理层管理及决策连成一体,甚至实现大范畴、跨地区控制与管理,以创造更高境界。
需要注意是,并非所有PLC都具备上述所有功能,越小型PLC,其功能相应也越少。
2.2.5可编程控制器发展状况
PLC发展至今已有近40年历史,随着半导体技术、计算机技术和通信技术发展,工业控制领域已有翻天覆地变化,PLC亦同样,随着PLC应用领域日益扩大,PLC技术及其产品构造都在不断改进,功能日益强大,性价比越来越高。
(1)PLC微型化发展
PLC功能正越来越丰富,而体积则越来越小。
例如三菱FX-IS系列PLC,最小机种,体积仅为 60×90×75mm,相称于一种继电器,但却具备高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力,还具备可调电位器时间设定功能。
PLC已不再是初期那种只能进行开关量逻辑运算产品了,而是具备越来越强模仿量解决能力,以及其她过去只有在计算机上才干具备高档解决能力,如浮点数运算、PID调节、温度控制、精准定位、步进驱动、报表记录等。
从这种意义上说,PLC系统与DCS(集散控制系统)差别越来越小了,用PLC同样可以构成一种过程控制系统。
(2)PLC网络技术化发展
PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展潮流。
PLC与PLC之间联网通信、PLC与上位计算机联网通信已得到广泛应用。
当前,PLC制造商都在发展自己专用通信模块和通信软件以加强PLC联网能力。
各PLC制造商之间也在协商指定通用通信原则,以构成更大网络系统。
PLC已成为集散控制系统(DCS)不可缺少构成某些。
(3)模块化、智能化发展
为满足工业自动化各种控制系统需要,近年来,PLC厂家先后开发了不少新器件和模块,如智能I/O模块、温度控制模块和专门用于检测PLC外部故障专用智能模块等,这些模块开发和应用不但增强了功能,扩展了PLC应用范畴,还提高了系统可靠性。
(4)PLC操作简易化发展。
当前PLC推广难度之一就是复杂编程使得顾客望而却步,并且不同厂商PLC所有编程语言也不尽相似,顾客往往需要掌握更各种编程语言,难度较大。
PID控制、网络通信、高速计数器、位置控制、数据记录、配方和文本显示屏等编程和应用也是PLC程序设计中难点,用普通办法对它们编程时,需要熟悉关于特殊存储器意义,在编程时对它们赋值,运营时通过访问它们来实现相应功能。
这些程序往往还与中断关于,编程过程既繁琐又容易出错,阻碍了PLC进一步推广应用。
PLC发展必然朝着操作简化对复杂任务编程,在这一点上西门子就充当了先行者,西门子S7-200编程软件设计了大量编程向导,只需要在对话框中输入某些参数,就可以自动生成涉及中断程序在内顾客程序,大大以便了顾客使用。
(5)编程语言和编程工具多样化和原则化
各种编程语言并存、互补与发展是PLC软件进步一种趋势。
PLC厂家在使硬件及编程工具换代频繁、丰富多样、功能提高同步,日益向MAP(制造自动化合同)靠拢,使PLC基本部件,涉及输入输出模块、通信合同、编程语言和编程工具等方面技术规范化和原则化。
2.3功能流程
图2-3-1系统功能流程图
2.4I/O端口分派表
表2-4-1I/O分派
编程元件
I/O端子
电路器件
作用
输入继电器
X000
K
工作开关
X001
SB1
每瓶装3片按钮
X002
SB2
每瓶装5片按钮
X003
SB3
每瓶装7片按钮
X004
SQ
位置开关
X005
B1
光电传感器
输出继电器
Y000
KM
皮带机接触器
Y001
YV
电磁阀
Y002
H1
3片批示灯
Y003
H2
5片批示灯
Y004
H3
7片批示灯
表2-4-2其他编程元件地址分派
编程元件
编程地址
用途
状态器
S0
准备
S20
皮带机输送空瓶
S21
每瓶装3片
S31
每瓶装5片
S41
每瓶装7片
计数器
C1
设定值K3
C2
设定值K5
C3
设定值K7
T0
设定值K20
2.5电气原理图
图2-5-1主电路控制图
2.6PLC接线图
图2-5-2PLC接线图
2.7设计方案一:
步进指令编程法
2.7.1状态转移图.
图2-7-1状态转移图
2.7.2状态梯形图
(1)信号预解决模块
使所有状态器S0、S20、S21、S31、S41复位,为后续环节进行做好准备,再置位S0,步进开始,当开关X000打开时置位S20,皮带机开始运转。
梯形图程序如图2-7-3所示。
图2-7-3
(2)药瓶移位及药片装瓶模块
S20已经置位,选取装药数量,当达到指定位置时,位置检测器检测到皮带上药瓶达到装瓶指定位置(X004打开),就开始按照选取药片数量进行装药,可选取3片、5片、7片药片。
其梯形图如图2-7-4所示。
图2-7-4
(3)状态批示及药片计数模块
上一步选取好了药片数量,使相应状态器置位,这是装3片药片,电磁阀(Y001)打开,3片批示灯H1(Y002)点亮,光电传感器(X005)精确控制药片数量为3片,置位准备工作开关S0,为装下一瓶准备。
其梯形图如图2-7-5所示。
图2-7-5
上一步选取好了药片数量,使相应状态器置位,若为装5片药片,电磁阀(Y001)打开,5片批示灯H2(Y003)点亮,光电传感器(X005)精确控制药片数量为5片,置位准备工作开关S0,为装下一瓶准备。
其梯形图如图2-7-6所示。
图2-7-6
上一步选取好了药片数量,使相应状态器置位,这是装7片药片,电磁阀(Y001)打开,7片批示灯H3(Y004)点亮,光电传感器(X005)精确控制药片数量为7片,置位准备工作开关S0,为装下一瓶准备。
其梯形图如图2-7-7所示。
图2-7-7
2.7.3语句表程序
1LDM8002
2ZRSTS0S41
3SETS0
4STLS0
5LDX000
6SETS20
7STLS20
8OUTY000
9RSTC1
10RSTC2
11RSTC3
12LDX004
13ANDX001
14SETS21
15LDX004
16ANDX002
17SETS31
18LDX004
19ANDX003
20SETS41
21STLS21
22OUTY001
23OUTY002
24LDX005
25OUTC1K3
26STLS31
27OUTY001
28OUTY003
29LDX005
30OUTC2K5
31STLS41
32OUTY001
33OUTY004
34LDX005
35OUTC3K7
36STLS21
37LDC1
38OUTS0
39STLS31
40LDC2
41OUTS0
42STLS41
43LDC3
44OUTS0
45RET
46END
2.7.4过程时序图
图2-7-8过程时序图
2.8设计方案二:
基本指令编程法
2.8.1梯形图
(1)皮带机运转设计模块
状况一:
装药机未计数,药瓶未到达行程开关位置。
当系统开关(X000)打开后,系统检测到药瓶未达到行程开关(X004)位置,使X004常闭触点通电,带动皮带机(Y000)运转,同步复位3个计数器。
状况二:
装药机当前瓶装药结束,药瓶仍处在行程开关位置。
当系统开关(X000)打开后,系统检测到药瓶仍处在行程开关(X004)位置,使X004常闭触点断开,此时需要通过M0触点来驱动皮带机(Y000)运转,M0在C1、C2、C3其中一种计数完毕之后接通2s后复位,T0作用是使已装完药药瓶完全离开行程开关位置后再断开M0。
如图2-8-2所示
图2-8-2
(2)状态批示及药片计数设计模块
上一步使空药瓶到达指定位置后,行程开关(X004)打开,选取装3片药片按钮(X001),电磁阀(Y001)打开,3片批示灯H1(Y002)点亮,光电传感器(X005)精确控制药片数量为3片,装完后通过C1常闭触点关闭电磁阀和批示灯,并在梯形图中加入其他装药方案互锁,其梯形图如图2-8-3所示
图2-8-3
上一步使空药瓶到达指定位置后,行程开关(X004)打开,选取装5片药片按钮(X002),电磁阀(Y001)打开,5片批示灯H1(Y003)点亮,光电传感器(X005)精确控制药片数量为5片,装完后通过C2常闭触点关闭电磁阀和批示灯,并在梯形图中加入其他装药方案互锁,其梯形图如图2-8-4所示
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