自动药片装瓶机——集美大学课程设计

一、可编程控制器的自动药片装瓶机控制系统简介1.自动装药机的研究现状技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。

随着我国药物生产设备市场的迅猛发展，与之相关的生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。

了解国内外药物装瓶设备生产技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。

目前食品药品安全的现状十分不容乐观，国家食品药品监督管理局发现两大现状导致近几年药品安全型突发事件的频繁发生，一是药品生产企业不按生产工艺生产、规避监管，潜在不安全因素。

二是在非GMP流水线厂房生产药品。

如果想改变此现状，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的许多问题。

医药行业中，医药包装机械产品种类丰富，药品的形状、性质、包装要求等差异很大，且产量大。

因此，自动装瓶机品种众多，目前医药包装设备中，大颗粒、规则形状的药丸自动包装技术已经非常成熟，国内外均有相关设备，但针对异型粒、异型瓶等包装技术则较为有限。

PLC通过USS通信协议直接控制电机,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,提高生产质量的目的。

2.自动装药机的研究目的及意义手工装瓶直接接触药品，长期接触药品的人会对身体造成伤害，采用自动装瓶机杜绝了这种现象的发生，同时避免了人与药品接触带来的对药品的污染，保证了药品的质量，符合药用要求，符合保障人体健康、安全的标准。

手工装瓶生产难于管理，容易出现纰漏和混乱，自动装瓶机，建立一个能控制整个数据中心运营的综合性管理平台使管理更加强调流程和自动化，改善了经营系统，提高了工作效率，使企业运营更有加稳定。

考虑到对药品包装的特殊要求，主要是防止塑料瓶内的药品气体挥发和外部气体向瓶内渗透，要求塑料瓶口与瓶盖间有很好的密封性能。

自动装瓶机可以满足药品包装的这种性能要求，同时消除了人为因素对药品灌装的不合格的处理动作，提高灌装质量。

目前，我国制剂生产能力不够，医院配制制剂品种较多，不能满足市场需求，无法保障药品及时供应。

使用实用新型的片剂自动装瓶机，明显地降低了片剂装瓶包装的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加。

3.生产工作过程和要求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。

高速自动装瓶机的自动控制必须满足以下要求：(1)装瓶速度280瓶/min；(2)人机界面友好，方便自动控制检测，在一定范围内，可通过输入参数调节生产速度和装瓶药粒的粒数；(3)各动作连贯协调，保证生产顺利；(4)系统出现故障或需要添加瓶、盖、粒时，能自动报警和提示。

4.硬件系统结构根据自动装瓶机的控制功能要求，设计该设备控制系统的结构方案。

整个控制系统可在友好的人机界面环境下输入生产参数，包括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、操作板和接近开关的信号，经PLC程序进行相应的处理，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，实现主传动链前进、数粒电机和供盖步进电机的转动，或者输出到继电器，驱动电磁阀动作，实现各个气缸组的联动；当系统中接近开关、步进驱动器等电气器件出现故障，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报警故障中断程序处理，可在人机界面上实时显示故障原因和记录该报警信息，并输出控制信号，中止生产，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控制要求题目:基于FX0N–60MR可编程控制器的自动药片装瓶机控制系统这是一个将一定数量的药片自动连续地装入到药瓶中的控制任务，系统的模拟器示意图如图示。

按下按钮S1、S2或者S3，可连续每瓶装入3片、5片或者7片，通过指示灯H1、H2或者H3表示当前每瓶的装药数量。

当选定要装入瓶中的药片数量后，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)，皮带机上的药瓶到达装瓶的位置，皮带机停止运转。

当电磁阀Y打开装有药片的装置后，通过光电传感器B1，对进入到药瓶的药片进行计数，当药瓶中的药片到达预先选定的数量后，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地运行。

如果当前的装药过程正在进行时，需要改变药片装入数量（例如由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，则在当前药瓶装满后，系统停止运行。

图2-1 自动药片装瓶机控制系统模拟示意图2.2设计思路及可编程控制器简介设计思路：选择PLC控制器作为本课题的控制系统（1）PLC与继电器控制系统相比优势传统的继电器控制只能进行开关量的控制，而PLC即可进行开关量控制，又可进行模拟量控制，还能与计算机联成网络，实现分级控制。

在PLC的编程语言中，梯形图是使用最广泛的语言。

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的元件符号，仅个别地方有些不同。

PLC 与继电器控制系统相比主要有以下几点区别：组成的器件不同。

继电器控制线路是由许多硬件继电器组成的，而PLC则是由许多“软继电器”组成。

传统的继电器控制系统本来有很强的抗干扰能力，但其用了大量的机械出点，因物理性能疲劳、尘埃的隔离性及电弧的影响，系统可靠性大大降低。

PLC采用无机械出点的逻辑运算微电子技术，复杂的控制由PLC 内部运算器完成，故寿命长、可靠性高。

触点的数目不同。

继电器的触点数较少，一般只有4～8对；而“软继电器”可供编程的触点数有无数对。

控制方法不同。

继电器控制系统是通过元件之间的硬接线来实现的，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的，只要改变程序，功能即可改变，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于受制约状态。

在PLC中，各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中，每个“软继电器”受制约接通的时间是短暂的。

（2） PLC与工业微机控制系统相比优势工业微机在要求快速、实时性强、模型复杂的工业控制中占有优势。

但是，使用工业微机的人员技术水平要求较高，一般应具有一定的计算机专业知识。

另外，工业微机在整机结构上尚不能适应恶劣的工作环境，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的致命弱点。

工业生产现场的电磁辐射干扰、机械振动、温度及湿度的变化以及超标的粉尘，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，在工业现场有很高的可靠性。

PLC在电路布局、机械结构及软件涉及各方面决定了PLC的高抗干扰能力。

电路布局方面的主要模块都采用大规模与超大规模的集成电路，在输入输出系统中采用完善隔离等的通道保护功能；在电路结构上对耐热、防潮、防尘及防震等各方面都作了周密的考虑；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、成批输出处理技术。

所有这些都是PLC具有非常高的抗干扰能力，从而使PLC绝不会出现死机的现象。

PLC采用梯形图语言编程，是熟悉电器控制的技术人员易学易懂，便于推广。

随着PLC功能的不断增强，越来越多地采用了微机技术，同时工业微机为了适应用户需要，想提高可靠性、耐用性与便于维修的方向发展，两者间相互渗透，差异越来越小。

今后，PLC与工业控制微机将继续共存，在一个控制系统中，使PLC集中在功能控制上，使微机集中在信息处理上，两者相辅相成，共同发展。

通过性能和特点的比较，我觉得PLC更合适做本次设计。

（3） PLC自动药片装瓶机的设计流程(1) 首先根据课题的控制要求，查阅相关资料，确定所要用到的开关、按钮、以及灯泡等电器元器件的个数(2) 在确定元器件之后，初步的进行I/O口的分配，并列I/O分配表。

(3) 进一步细化控制要求，绘制工作流程图，绘出主控电路，硬件接线图。

(4) 根据上一步的图样，初步画出步进指令的状态转移图，状态梯形图以及基本指令的梯形图两种方法(5) 在计算机上进行调试，进一步优化梯形图，修改不足，并重新确定I/O分配、把梯形图转化为程序。

(6) 根据计算机上的调试画出程序时序图，用于核对课题的控制要求。

(7) 根据前面所做的撰写说明书。

2.2.1 可编程控制器的定义“PLC是一种数字运算的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。

它采用可编程的存储器，用来在内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式、模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。

课编程控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制器系统联成一体、易于扩充功能的原则设计。

”上述是国际电工委员会于1985年1月对PLC所作的权威性的定义。

对于PLC的定义，其补充说明如下。

以微处理技术为基础，应用于以控制开关量为主，或包括控制过程参量在内的逻辑控制、机电运动控制或过程控制等工业控制领域的新型工业控制装置。

2.2.3 可编程控制器的特点（1）通信性和灵活性强，应用广泛可编程控制器不同于一般以硬件固定连接方式来体现控制机理的控制系统，其控制规则可根据不同的需求方便地以更新软件来实现，故其适应性极强，尤其适用于控制规则需要不断更新的场合，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，抗干扰的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的各种措施，如屏蔽、隔离、滤波、电压调整、对故障的在线诊断、对程序及数据的后备电池保护、WTD保护等，使其可靠性较之一般工业控制装置高出很多。