基于PLC控制的智能家用煎藥機設(shè)計

摘 要：中醫(yī)藥學是中華民族對世界自然科學的重大貢獻之一，自動煎藥機是中藥現(xiàn)代化發(fā)展的重要成果之一，可以大大提高中藥制劑的生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的手工煎藥方式相比，自動煎藥機能夠精確控制火候和煎藥時間，從而保證藥效的穩(wěn)定性和一致性，并減少操作誤差，降低藥品污染的可能性。采用觸摸屏與下位機PLC通信的方法實現(xiàn)中藥藥材的煎煮、過濾、抽取、密封、包裝、運輸?shù)?。結(jié)合傳感器技術(shù)，實時監(jiān)測管道內(nèi)液體的流速和溫度參數(shù)，顯著提高煎藥效率，并將數(shù)據(jù)反饋到觸摸屏。利用觸摸屏作為人機交互界面，實現(xiàn)對煎藥包裝一體機的控制。通過試驗臺模擬調(diào)試，該控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對中藥煎煮和打包的模擬操作。該煎藥機降低了人為錯誤風險，對中藥煎煮技術(shù)變革具有深遠意義。

關(guān)鍵詞：自動煎藥機；PLC通信；工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；人機交互；中醫(yī)藥學；V帶傳動

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）10-00-02

0 引 言

中藥作為中國傳統(tǒng)醫(yī)學的重要組成部分，具有悠久的歷史和深厚的文化底蘊。傳統(tǒng)的煎藥方法往往需要大量的人力、物力和時間，還存在藥品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題[1]。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，中藥煎藥機的研究和應(yīng)用成為了中藥現(xiàn)代化的必然趨勢[2]。家用煎藥機可以精確控制火候和煮藥時間，無需人工看守也能保證中藥的穩(wěn)定性和一致性，減少了操作誤差，降低了藥品污染的可能性。本設(shè)計通過PLC和HMI通信、傳感器、驅(qū)動器和步進電機等，實現(xiàn)了中藥煎藥機的自動化控制。物聯(lián)網(wǎng)模塊與PLC實時通信，用戶可在線設(shè)置煎煮時長，查看煎煮狀態(tài)等。煎煮完成后可選擇裝杯或打包，實現(xiàn)煎后即食與存儲[3]。

1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 控制要求

系統(tǒng)啟動后，步進電機正轉(zhuǎn)，帶動過濾盤上升，當光電傳感器檢測到過濾盤時，電機停止運行，由人工在過濾盤上放置藥材，待藥材放置完后，步進電機反轉(zhuǎn)，過濾盤下降。加熱桶加熱，溫度傳感器實時檢測水溫，當水溫到達設(shè)定溫度后，停止加熱，步進電機正轉(zhuǎn)，過濾盤上升過濾藥渣，抽液泵啟動將藥劑抽進管道內(nèi)[4]。步進電機通過V帶傳動提供薄膜供送的動力。為防止薄膜供送時出現(xiàn)褶皺，在薄膜傳輸過程中增加薄膜張緊桿，由成型卷筒向下傳輸薄膜，并緊貼上端喇叭口的管道[5]。密封刀進行縱向密封，被牽引滾輪向下提供拉力，薄膜向下移動，最后由剪切刀進行密封剪切[6]。

1.2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1所示為煎藥包裝一體機整體結(jié)構(gòu)。電控箱中配有變頻器、端子、交流接觸器、繼電器、觸摸屏等。加熱桶內(nèi)置加熱電阻絲，上端開設(shè)進水閥，嵌入光電傳感器用于檢測過濾盤，步進電機通過蝸桿渦輪箱將動力傳入再經(jīng)過螺旋絲杠傳動使過濾盤上升或下降，下方三相交流電機通過錐齒輪箱將動力傳輸至凸輪和曲柄，凸輪轉(zhuǎn)動時壓縮彈簧，由中間夾緊板夾緊兩根圓軸帶動剪切刀向后運動，再由彈簧使剪切刀復位，完成橫向密封并剪切的動作。曲柄處設(shè)置有一個擺動導桿機構(gòu)，曲柄轉(zhuǎn)一周導桿擺動固定角度，使密封刀完成縱向密封動作[7]。牽引機構(gòu)由步進電機向牽引輪傳輸動力，對薄膜附加連續(xù)拉力，在牽引輪上包裹一層防滑布提供足夠的摩擦力。當加熱桶內(nèi)水溫達到指定溫度后，過濾盤上升，待加熱桶內(nèi)光電傳感器再次檢測到過濾盤后，抽液泵啟動，將加熱完的藥劑抽入管道內(nèi)。薄膜供應(yīng)機構(gòu)由步進電機通過V帶將動力傳輸進卷筒，通過控制步進電機旋轉(zhuǎn)角度進而保證每一個包裝袋的長度[8]，須將薄膜繞過張緊桿防止薄膜在供應(yīng)過程中出現(xiàn)褶皺。

2 控制設(shè)計

2.1 電氣控制組成

智能家用煎藥機系統(tǒng)中，步進電機帶動V帶輪進行升降、牽引；步進電機驅(qū)動剪切刀與密封刀。

2.2 電氣控制流程設(shè)計

煎藥流程如圖2所示。系統(tǒng)通電復位后按下啟動鍵，升降臺上升，當加熱桶頂部的光電傳感器檢測到升降臺時停止，并延時20 s（放藥）后升降臺電機反轉(zhuǎn)，平臺下降，再次碰到底部限位開關(guān)后停止。加熱桶和密封刀開始加熱，待水溫達到設(shè)定溫度后，系統(tǒng)開始進行煎煮定時，待煎煮時間達到用戶設(shè)定的加熱時間后，卷筒和牽引處的步進電機啟動，隨后抽水泵與剪切電機啟動，管道內(nèi)的LZM旋翼流量傳感器不斷檢測水流速并反饋給PLC，PLC通過讀取的數(shù)值改變變頻器頻率，從而實現(xiàn)不同流速下的不同剪切速度，以適應(yīng)不同規(guī)格的包裝袋[9]。

包裝流程如圖3所示。卷筒電機啟動，為包裝膜提供動力，主桶抽液泵啟動將主桶內(nèi)藥液通過軟管抽進包裝管道，當管道內(nèi)傳感器檢測到液體時，密封剪切電機與封口電機啟動，將包裝膜密封成一個開口袋[10-11]，當藥液流入袋內(nèi)后封口，最后插入吸管防止嗆水。包裝完成后過濾平臺電機開啟，平臺上升倒出藥渣后復位。

3 結(jié) 語

自動化是現(xiàn)代化加工制造業(yè)的發(fā)展趨勢，也是當今社會的重要特征。自動煎藥機能夠減少人工操作誤差，降低藥品污染的可能性，大大提高中藥制劑的生產(chǎn)效率和質(zhì)量穩(wěn)定性，對中藥煎煮技術(shù)變革具有深遠意義。

注：本文通訊作者為張陳。

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