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1、 PLC技术应用项目说明书 基于PLC的药片自动装瓶控制系统设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械电子工程 班 级 2012级机电1班 学生姓名 凌伟 指导老师 余稳胜 2015 年 10 月 30 日课 程 设 计 任 务 书兹发给 2012级机电1 班学生 凌伟 课程设计任务书，内容如下：1 设计题目： 基于PLC的药片自动装瓶控制系统的设计 2 应完成的项目：（1）选题的背景和意义； （2）明确设计任务，拟定总体设计方案（有机械结构的要进行结构设计，三维软件建模）； （3）硬件设计，传感器、PLC（和电机）选型，设计信号采集、转换电路，画出PLC端口分配图、接线控制端子连接图； （4）
2、软件设计，编写控制程序流程图（或重要程序），设计人机界面； （5）课程设计说明书1份。 3 参考资料以及说明：（1）金发庆.传感器技术与应用（第二版）M.北京：机械工业出版社，2004 （2）钟肇新.可编程控制器原理及应用M.广州：华南理工大学出版社，2003 （3）常晓玲.电气控制系统与可编程控制器M.北京：机械工业出版社，2004 （4）盖超会，阳胜峰.三菱PLC与变频器、触摸屏综合培训教程M.北京：中国电力出版社，2011 （5）濮良贵，陈国定，吴立言.机械设计M.北京：高等教育出版社，2013 4 本设计任务书于2015年10月12日发出，应于2015年10月30日前完成，然后进行答辩
3、。指导教师 签发 2015 年 10 月 30 日课程设计评语：课程设计总评成绩：指导教师签字：年 月 日摘 要现行装药系统多为转盘式或电子计数式装药系统，其装药种类与包装方式存在局限性，在处理小型瓶装式流水线时，存在着计药数量不精确，成本较高等缺点。而本设计采用三菱公司PLC作为主控制器，通过PLC控制传送带步进电机、下药斗电磁继电器，并且通过IO口读入光电药片计数器的状态，实现分片装药功能。为了保证装药精度，使用了毛刷式下药斗作为下药机构，使用高速槽型光耦自行设计了光电传感器，在保证计数和下药精度的同时，使用了THB7128作为步进电机驱动器，在节约PLC的IO资源的同时，精确控制步进电机
4、，实现传送带与下药斗的工作同步。为了提高整个系统的适应性，采用了多种装药数量组合搭配的综合输入设定方式，无需修改程序，即可通过外部按钮实现药片输入数量组合选择，提高了系统的适应性。关键词：光电对管，步进电机，PLC，工业工程目 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2第二章 系统总体方案设计32.1 系统设计综述32.1.1 系统设计要求32.1.2 工作原理方框图42.2 系统的设计方案4第三章 系统硬件设计53.1 PLC机型的选择53.2 PLC外围电路器件的选择73.2.1 光电式传感器73.2.2 步进电动机93.2.3 装药机构
5、113.2.4 带式皮带机123.2.5 电磁阀13第四章 系统软件设计154.1 PLC I/O口的分布154.2 程序设计流程图164.3 程序设计梯形图184.4 程序指令表214.5 人机界面23第五章 结论24参考文献25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
6、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
7、。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。 国内发展状况：我国一直秉承的企业优劣性指标是一个企业的技术工艺是否具有代表性，是否存在市场方面的竞争。改革开放以来，随着我国药物生产设备市场的迅速发展，与此市场相关的技术开发与实践也备受业内关注。了解国外药物装瓶设备生产技术的开发动向、机械设备情况、发展趋势同时了解国内最新动向，对于企业规范产品技术，提高市场竞争力十分有利。 目前我国食品药品安全
8、的现状并不令人满意，国家食品药品监督管理局指出近年来药品安全性危险事件不断发生。其原因主要有，一是药品生产企业在生产过程中不遵守生产工艺、躲避生产监管，不安全因素潜在。二是一些企业在不满足我国药品生产质量管理规范的流水线厂房生产医疗产品。为此想改变现状，应该建立和完善我国药品风险管理体系，在加强药品不良反应监测的同时，针对药品风险来源，扩大安全监测范围，逐步以立法的形式实施风险管理，缓解我国面临的药品安全形势。首先我们要做的是要着力消除生产和包装这种源头问题，着手于生产环节，将生产采用自动化。显而易见，此自动控制系统的设计解决了其中的主要问题。 我国医药及医疗机械行业中，有关医药包装的机械产品
9、种类已非常丰富。为满足我们对不同药片包装的要求，以及对批量生产的需求。采用PLC直接控制电机运转，使得资源利用率以及产品质量相应提高，同时降低了生产成本。另外PLC具有I/O指示功能并且查找故障点十分迅速、方便。当然，最重要的是PLC具有系统工作稳定可靠，自身故障率低的优点。因此，本文采用FX2N系列PLC设计自动药片装瓶机系统。 我国自动装瓶设备行业和技术得到了快速发展，重点表现为以下几个方面，一是专门化：自动药片装瓶系统具有较高的可靠性，工作平稳，零故障运行为用户首选。同时为保障我国药片安全形势，产品专业化程度越来越高。二是智能化：该领域引入一些新技术，采用全电脑自动控制系统，使得系统更加
10、快捷、准确、可靠。三是高自动化：自动药片装瓶的高自动化主要表现为先进的自动控制科学知识应用其中，实现产品的高自动化。生产率提高的同时，最重要的是能达到国家药品安全规定的各项规范标准。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
11、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2个动作机构：主传动机构、数粒机构。通过以上2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
12、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。本设计的机械设计要求较多，因此主要完成对供瓶数粒的PLC控制。2.1.1 系统设计要求前文分析可知，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
13、率高，速度快，但结构过于简单，不利于高精度的设计实现。综上所述，本设计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。查阅资料可知，常规的瓶装式药片数量有20片、30片、40片等多种规格，并且通过组合，能在这几种规格的基础上，设置100片以上的装药要求。而系统的装药装置需要设计，保证控制器能对单一药片能被筛选出来，实现精准的药片装填。采用FX2N系列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
14、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。综上，PLC需要使用两路IO口分别控制传送带与装药器电磁阀，同时，通过读光电传感器返回的数字量对当
