裝瓶機(jī)的智能控制系統(tǒng)設(shè)計研究

楊帆 許衍彬

【摘 要】目前社會上有常用的兩種裝藥系統(tǒng)一種是轉(zhuǎn)盤式，另一種是電子式，這兩種系統(tǒng)在藥品的包裝與種類上都存在不足，通常應(yīng)用在小型瓶裝時就會出現(xiàn)計數(shù)不準(zhǔn)確等問題而且在生產(chǎn)中成本比較高需要設(shè)計一個控制系統(tǒng)滿足生產(chǎn)需求。故使用PLC作為藥片自動裝瓶機(jī)的控制系統(tǒng)。因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)中存在藥片數(shù)量不能夠保證準(zhǔn)確性的問題，本設(shè)計利用毛刷式下斗機(jī)當(dāng)作下藥機(jī)構(gòu)就可以有效的控制藥片數(shù)量。使用步進(jìn)電機(jī)作為傳送機(jī)構(gòu)保證運(yùn)行的穩(wěn)定性，用PLC控制電磁繼電器的下藥斗為便于控制下藥，在裝藥過程中利用IO口讀入光電藥片計數(shù)器的狀況，通過返回的信號檢測藥片數(shù)量。采用了THB7128作步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器它可以節(jié)約IO資源，驅(qū)動器可以更好的控制步進(jìn)電機(jī)，這樣還達(dá)到了傳送帶和下藥斗同步工作。利用不同的裝藥數(shù)量組合搭配提高了系統(tǒng)了的適應(yīng)能力不用修改程序通過使用外部的按鈕來改變藥片數(shù)量。使用PLC作為控制系統(tǒng)可以對驅(qū)動器、電磁閥、等進(jìn)行精準(zhǔn)控制可以提高系統(tǒng)自動化程度，使裝藥的各個環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動。PLC的外部硬件接線簡單，降低了系統(tǒng)的在出現(xiàn)困難時的維修難度，操作簡單提高了工作效率。

【關(guān)鍵詞】光電對管;步進(jìn)電機(jī);智能控制

1 緒論

隨著技術(shù)的進(jìn)步，PLC的使用也更加普遍，制藥行業(yè)的應(yīng)用包含其中，自動裝瓶機(jī)的應(yīng)用及發(fā)展發(fā)揮主要作用。目前有成熟的自動裝瓶機(jī)PLC技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在自動包裝藥片上。為了使自動藥片裝瓶機(jī)的運(yùn)行得到監(jiān)控可以利用PLC技術(shù)經(jīng)過通信協(xié)議直接控制電機(jī)的工作狀態(tài)，還可以依據(jù)需求自行調(diào)整裝藥時間，這樣即避免了浪費(fèi)資源又提高了產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)計使用FX2N系列PLC達(dá)到對系統(tǒng)功能的控制進(jìn)而控制藥片自動裝瓶機(jī)。

由于手工瓶裝的過程中人工需要與藥品直接接觸，長時間接觸藥品會傷害身體，首先藥片自動裝瓶機(jī)不同于手工裝瓶，藥片自動裝瓶機(jī)避免了藥品和人的直接接觸，防止了由于人為原因帶來的對藥片產(chǎn)生污染，也使藥片的質(zhì)量與人體的健康都具有了保障。使用自動裝瓶機(jī)能夠達(dá)到這種性能要求要也避免了由于人工的不當(dāng)處理，自動裝瓶機(jī)降低了藥片裝瓶包裝的勞動強(qiáng)度與成本提高了生產(chǎn)效率，彌補(bǔ)了目前市場上制劑生產(chǎn)能力不足，醫(yī)院配制制劑不能滿足市場需求的缺點(diǎn)。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

自動裝瓶機(jī)可以分成四個部分：主傳動部分、數(shù)粒部分、自動供蓋封蓋部分、自動供瓶部分。通過PLC控制這四個機(jī)構(gòu)運(yùn)作實(shí)現(xiàn)從藥瓶的傳送、藥品的數(shù)量計量、藥品裝瓶后的密封等要求。主傳動部分負(fù)責(zé)產(chǎn)線的運(yùn)輸過程，藥片數(shù)量計量，瓶子的封蓋，產(chǎn)品的傳輸都在主傳動部分完成。供瓶部分負(fù)責(zé)使瓶子經(jīng)料斗通過振動機(jī)進(jìn)入震動通道，通道里用三組氣缸動作使藥瓶能夠在預(yù)定的時間進(jìn)入到傳送鏈，此時數(shù)粒部分在藥瓶到達(dá)規(guī)定位置后數(shù)粒的圓盤經(jīng)步進(jìn)電機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的角度從料斗里挑選出設(shè)定的藥片數(shù)量，經(jīng)光電傳感器進(jìn)入到藥瓶。

在選擇好將要裝入瓶中的藥片數(shù)量后，按下系統(tǒng)的啟動按鈕，系統(tǒng)通電，皮帶機(jī)在電動機(jī)M的拖動下開始轉(zhuǎn)動，藥瓶進(jìn)入皮帶機(jī)經(jīng)過5s后到達(dá)下藥斗下方準(zhǔn)備裝藥，皮帶機(jī)停止運(yùn)行。裝有藥品的裝置由電磁閥Y開啟，藥片通過光電傳感器記錄經(jīng)過的藥片數(shù)量。當(dāng)藥片的數(shù)量到達(dá)程序規(guī)定的數(shù)量后電磁閥Y就會被關(guān)閉，電機(jī)帶動皮帶重新運(yùn)轉(zhuǎn)，裝藥完成，如果在裝藥途中想要改變裝藥數(shù)量，只有此時皮帶機(jī)上藥瓶中的藥片數(shù)量達(dá)到規(guī)定值時，從后一個藥瓶開始改變，正在裝藥的藥瓶藥片數(shù)量不受影響。假如系統(tǒng)的停止按鈕在裝藥途中被按下，系統(tǒng)不會立即停止，只有當(dāng)此刻藥瓶中數(shù)量達(dá)到規(guī)定數(shù)值時控制系統(tǒng)才會停止運(yùn)轉(zhuǎn)。故本系統(tǒng)采用兩路IO口的PLC控制裝藥部分的電磁閥和主傳動部分。利用藥片經(jīng)過光電傳感器而返回系統(tǒng)的信號對裝入的藥片進(jìn)行計數(shù)。為了完成對裝藥數(shù)量的監(jiān)控使用了三路IO口讀取裝藥數(shù)量。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

硬件設(shè)計方案需要參考自動裝瓶機(jī)的控制功能需要。該設(shè)計包括步進(jìn)電機(jī)、下藥斗、皮帶機(jī)、電磁閥、光電傳感器等選型與設(shè)計。對于機(jī)型的選擇不僅僅需要達(dá)到系統(tǒng)功能的基本標(biāo)準(zhǔn)，還需要最大程度上滿足系統(tǒng)可靠性、性能價格比良好、維護(hù)使用方便性等優(yōu)點(diǎn)。考慮因素包括以下幾個方面;首先結(jié)構(gòu)合理，根據(jù)環(huán)境條件、工藝和維護(hù)范圍，選用不同結(jié)構(gòu)的PLC.其次要求功能強(qiáng)大，不同的PLC在控制速度、開關(guān)量控制方面都不同。然后需要機(jī)型統(tǒng)一，PLC有整體式和模塊，這兩種模式都有各自適合的領(lǐng)域但是因?yàn)檎w式功能通常具有不足之處所以通常比較大的都采用模塊式控制系統(tǒng)。最后考慮環(huán)境適應(yīng)性要設(shè)計一個系統(tǒng)首先要有明確的控制方案，在根據(jù)設(shè)計需求為系統(tǒng)選擇合適的PLC型號，根據(jù)實(shí)際情況算出所需的輸入輸出點(diǎn)數(shù)確定PLC作用，選擇合適容量的存儲器與外部器件，選出適合的PLC并設(shè)計符合要求的控制系統(tǒng)。

方便其藥片數(shù)量的設(shè)置，適合多種裝藥需求。通過查找資料可知，常規(guī)的瓶裝式藥片數(shù)量有20片、30品、40片由上述分析可知，目前的裝藥機(jī)分為電子計數(shù)式和轉(zhuǎn)盤式裝藥方式，瓶裝式為藥品的主要包裝方式，在一些要求高精度的場所適合使用轉(zhuǎn)盤式，但是它的成本高，而且它的構(gòu)造復(fù)雜維修困難，不適合大量投入使用，所以本次設(shè)計不采用轉(zhuǎn)盤式。帶式裝藥機(jī)不適合高精度場所但是它機(jī)構(gòu)簡單工作效率高，可以滿足本次設(shè)計需求。

本次設(shè)計需要達(dá)到藥片自動裝瓶的目的還要保證裝入瓶中藥片數(shù)量的準(zhǔn)確性，使用帶式裝瓶能夠應(yīng)用于不同的裝藥需求，藥片的數(shù)量方便設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)向每一個藥瓶都裝入規(guī)定數(shù)量的藥片。在供蓋封蓋部分，藥瓶的瓶蓋由供蓋機(jī)排好，由氣缸動作鉗起瓶蓋，氣缸經(jīng)步進(jìn)電機(jī)帶動帶著瓶蓋來到藥瓶上空，為了使瓶蓋對準(zhǔn)瓶口，發(fā)生不封口不嚴(yán)或者漏封。使用限位塊方案，氣缸組動作完成封蓋動作，這需要對瓶蓋與瓶口的距離精準(zhǔn)把控。因?yàn)榻z毫的誤差就會造成無法封蓋或者密封不嚴(yán)甚至沒有封蓋造成嚴(yán)重事故。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在制藥工業(yè)中有很多種藥品包裝產(chǎn)品，自動藥片裝瓶機(jī)可以實(shí)現(xiàn)藥物的裝填。采用PLC作為主控制系統(tǒng)。利用手動選擇裝藥數(shù)量后開始裝藥，其中藥片的數(shù)量有多種選擇，當(dāng)藥瓶到達(dá)指定位置時藥品下落經(jīng)光電傳感器計數(shù)，在藥片數(shù)量到達(dá)規(guī)定的數(shù)量后停止裝藥，藥瓶在裝完所需的藥片數(shù)量后開始封蓋。通過PLC控制系統(tǒng)的運(yùn)行完成從藥品出料、藥片計數(shù)、藥片裝瓶的過程，實(shí)現(xiàn)了藥片自動裝瓶機(jī)的設(shè)計要求，達(dá)到了藥片自動裝瓶的目的且系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期效果，PLC在整個系統(tǒng)負(fù)責(zé)各個環(huán)節(jié)的運(yùn)行，利用PLC實(shí)現(xiàn)了自動化流程，使用PLC讓生產(chǎn)機(jī)械化，減少了人為因素帶來生產(chǎn)問題，減少藥片受到污染，同時減少了工作強(qiáng)度，也避免了人與藥物直接的長時間接觸帶來的傷害，提高了生產(chǎn)效率讓藥品的供應(yīng)可以滿足國內(nèi)市場需求。

對于判斷藥品是否完整沒有破碎，設(shè)備無法在裝藥過程中急停，在裝藥數(shù)量上還需要手動按鈕選擇，有著些許的不足，在未來的工作中會改進(jìn)這些不足之處，自動藥片裝瓶機(jī)的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的不足，自動裝瓶機(jī)PLC的硬件接線簡單便于維護(hù)，軟件系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行更改。

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