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1、自动药片装瓶机 PLC 控制系统设计摘 要PLC 可编程序控制器其实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同。 它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。在现今医药行业中，自动装瓶机得到了广泛应用，它由 PLC 通过 USS 通信协议直接控制电动机。不仅能够实现对装药机方式运行的控制，而且能够根据需要灵活控制装药时间，达到节约电能，降低成本，提高生产效率等目的。PLC 特有的 I/O指示功能以及简便的 PLC 控制硬接线使得查找故障点十分迅速、方便
2、。PLC 主机工作可靠，本身故障率很低。所以，本文采用 PLC 设计装瓶机控制系统。关键词：工业控制系统；PLC；自动装瓶机The design of PLC control system about automatic tablet bottling machine AbstractPLC programmable controller and its essence is a kind of special for industrial control computer, and its hardware structure is basically the same with micro
3、 computer. It adopts a kind of programmable memory, for its internal storage procedures, the implementation of logical, sequential control, timing, counting and arithmetic operations such as user-oriented instructions, and through digital or analog input / output control various types of machinery o
4、r production process.In todays pharmaceutical industry, automatic bottling machine has been widely used, it from the PLC through the USS communication protocol to control the motor directly. Not only can realize the charging machine operation control, and can flexibly control the charge time, save e
5、nergy, reduce costs, improve production efficiency and other purposes. PLC special I / O indication function and simple PLC control hard wiring that find the point of failure is very rapid, convenient. PLC host work reliability, failure rate is very low. Therefore, this paper uses PLC to design a bo
6、ttling machine control system.Key words: industrial control system ；PLC ；automatic bottling machine目 录摘要.IAbstract.II绪论.11 方案设计.21.1 任务描述21.2 生产工作过程和要求31.3 方案设计图41.4 系统总体设计52 硬件设计.62.1 PLC 的基本结构62.1.1 PLC 的软件结构.72.1.2 PLC 的编程语言.82.1.3 用户程序结构.102.2 PLC 的基本工作原理.102.3 PLC 控制系统的设计基本原则.113 软件设计.133.1 PLC
7、 输入输出(IO)端口与资源分配.133.2 硬件系统结构方框图.133.3 软件系统设计与设备动作要求.143.3.1 信号预处理块.143.3.2 药瓶移位及药片装瓶模块.153.3.3 状态指示及药片计数块.153.3.4 程序梯形图.164 程序调试.204.1 测试程序.204.2 调试总结.21总结.22致谢.23参考文献.240绪 论本文是应用三菱 FX2N-16MR 与 simulator6c 仿真软件设计的自动药片装瓶机系统。 1 方案设计1.1 任务描述 这是一个将一定数量药片自动连续地装入到药瓶中的控制任务。按下按钮 S1、S2、S3 或者 S4，可选择每瓶装入 3 片、
8、5 片、7 片或者 10 片药片，通过指示灯 HI、H2、H3 或者 H4 表示当前每瓶的装药数量。当选定要装入瓶中的药片的数量后，接通系统开关，电动机 M 驱动皮带机运转，位置检测检测到皮带机上的药瓶到达装瓶机的位置，皮带机停止运转。当电磁阀 Y 打开药片自动装瓶的装置后，通过光电传感器 B1，对进入药瓶的药片进行计数，当药瓶中的药片达到预先选定的数量后，电磁阀 Y 关闭，皮带机重新自动启动，使药片装瓶过程自动连续运行。如果当前的装药过程正在进行时，需要改变药片装入数量（例如 7 片改为 5 片），则只有在当前药瓶装满后，从下一个药瓶开始装入改变后的数量。如果在装药过程中断开系统开关，则在当
9、前药瓶装满后，系统停止运行。当系统开关 X0 的常闭触点闭合时，采用手动操作，首先选择装药量，如果按下每瓶装 3 片按钮 S1，电磁阀打开，开始装药，通过光电传感器和计数器对药片进行计数，当达到 3 片时电磁阀关闭，停止装药。同样的对于 5 片、7 片、10 片。自动药片装瓶机模型如图 1-1 所示。1图 1-1 自动药片装瓶机控制系统模拟器示意图1.2 生产工作过程和要求（1） 实际试验和生产表明，该控制系统能够达到生产所提出的速度和效率要求。并且该控制系统扩展性和通用性良好。由该装瓶机控制系统可见，一般药品包装动作均可分为以下几个模块：药品容器供应(如药瓶供应)；药品供应(如药丸药粒等供应
10、)；密封方案实现(如瓶盖供应与封盖)；成品半成品运输(如主传动链，连接各个动作阶段，直至完成装瓶)；最终封装(如装箱等)。PLC 的逻辑控制能力强，处理数字与模拟信号能力稳定快速，而且对于基于时间的顺序动作控制能力尤其强，因此是医药行业中自动药品包装机械的理想控制平台。只要药品包装的各个动作能通过机械方式实现，就能够找到相应的控制系统来实现自动化。（2） 典型的自动控制动作有：精确的位置控制可由高精度的步进电机或伺服电机实现，以及通过设计闭环控制系统使用传感技术实现；运动的控制可由各种电机实现；单向或双向的冲击动作可由气压系统实现，液压系统还可以完成带负载的有位置要求的动作；2对于各种动作所需
11、要的条件判断可利用各种传感技术输入信号至 PLC 来实现等。由此可见，该自动装瓶机的控制系统稍加改进，能实现各种异型瓶、异型粒的自动包装，在药品包装行业中能够实现绝大多数的包装机械的自动化。另外，该自动装瓶机所有动作均可由气缸和步进电机来完成，因此也可由数字量的输入输出控制来完成。现在多元化的产品和市场要求可能在产品包装中需要能够处理模拟量的控制系统，如精确可调或连续的位置量、参量等。PLC 的功能同样可以处理模拟量的控制。1.3 程序流程图程序流程图设计如图 1-2 所示图 1-2 程序流程图31.4 系统总体设计FX2N 系列可编程控制器是功能齐全的中小型 PLC，其控制规模包括 16 点
12、/32点/48 点/64 点/80 点/128 点/，输出具有继电器/晶体管/晶闸管输出，内置 8KB容量的 EEPROM 存储器，CPU 运算处理速度 0.550.7us/基本指令，在三菱 FX2N系列 PLC 器件的右侧可连接 I/O 扩展模块和特殊功能模块。图 1-3 自动药片装瓶控制系统 PLC 资源分配42 硬件设计2.1 PLC 的基本结构PLC（Programmable Logic Controller） ，可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户
13、的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。是工业控制的核心部分。PLC 已经广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，它具有高可靠性、抗干扰能力强、功能强大、灵活、易学易用、体积小，重量轻和价格便宜的特点。PLC 实质是一种专用于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：（1） 电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC 直接连接到交流电网上去。（2） 中央处理单元 (CPU)中央处理单元 (CPU) 是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O 映像区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映像区或数据寄存器内。等所有的用户程
