文章介紹了藥板裝盒機(jī)的工藝對(duì)控制系統(tǒng)的要求，并對(duì)設(shè)備的工作過程及其軟、硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)地分析。采用PLC作為核心控制，并結(jié)合人機(jī)界面技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)了控制過程的智能化和控制參數(shù)的可視化。

全自動(dòng)藥板裝盒機(jī)是藥品包裝的重要設(shè)備之一，采用機(jī)器裝盒，一方面可以提高包裝效率，降低包裝的人工成本，另一方面還可以提高衛(wèi)生水平。本文介紹的全自動(dòng)裝盒機(jī)不僅適用于藥品，而且也適用于食品、保健品等板狀物品的自動(dòng)裝盒。其主要功能包括:
(1)藥品說明書的自動(dòng)折疊與傳送、藥盒成型與傳送;
(2)將藥板與說明書裝入藥盒、藥盒兩端紙舌封裝、打批號(hào)(有鋼字和噴碼兩種可供選擇);
(3)生產(chǎn)計(jì)數(shù)、成品輸送，對(duì)無說明書或空盒進(jìn)行剔除及計(jì)數(shù);

1控制要求及工作流程

1.1控制要求

(1)具有自動(dòng)檢測功能:能實(shí)現(xiàn)無藥板不下說明書、無說明書不吸盒、無紙盒報(bào)警或停機(jī)、產(chǎn)品進(jìn)盒不到位報(bào)警或停機(jī);
(2)具有友好的人機(jī)界面:可實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能;
(3)裝盒速度高(設(shè)計(jì)速度120盒/min)、調(diào)速范圍寬，以適應(yīng)不同尺寸、工藝及裝盒速度的產(chǎn)品;
(4)運(yùn)行方式要求能實(shí)現(xiàn)咱動(dòng)運(yùn)行”呼動(dòng)運(yùn)行”兩種方式;

1.2工作流程

圖1工作流程圖

在系統(tǒng)工作時(shí)，按下自動(dòng)按鈕，當(dāng)初始條件即：①推板基準(zhǔn)點(diǎn)檢測正常；②說明書料位檢測正常；③藥盒料位檢測正常；④真空泵壓力檢測正常，滿足時(shí)便進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行方式。系統(tǒng)將按圖1所示流程工作。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

根據(jù)當(dāng)前電氣技術(shù)的發(fā)展趨勢結(jié)合裝盒機(jī)的控制要求，裝盒機(jī)的主拖動(dòng)部份擬采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，控制部分使用PLC系統(tǒng)的電氣原理圖，如圖2所示。

圖2裝盒機(jī)電器原理圖

設(shè)備的大部分操作都通過按鈕站來完成，操作指令傳送給PLC控制系統(tǒng)，PLC對(duì)這些指令進(jìn)行處理后控制相應(yīng)的設(shè)備。PLC將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)傳送給按鈕站，按鈕站用指示燈顯示相應(yīng)的信息。觸摸屏用各種畫面，可以形象直觀地顯示整個(gè)電氣系統(tǒng)的各種運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備可能發(fā)生的電氣故障。操作人員和電氣維護(hù)人員，查看觸摸屏畫面就可以了解整個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀況和故障發(fā)生的位置。PLC用于實(shí)現(xiàn)開關(guān)量邏輯控制和控制變頻電機(jī)轉(zhuǎn)速大小。旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī)同軸連接，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行測速。按鈕站的按鈕、外部接近開關(guān)、光電開關(guān)、壓力開關(guān)和操作手柄通過PLC，控制真空泵、伺服電機(jī)的啟/停、說明書的吸下、說明書的折 疊、藥盒的吸下、推板桿的動(dòng)作以及廢品的剔除。

2.2 PLC選型以及輸入輸出點(diǎn)的確定

該設(shè)備的折紙機(jī)、推板桿伺服電機(jī)、主電機(jī)與真空泵采用PLC進(jìn)行控制。根據(jù)工作要求，現(xiàn)場有光電檢測開關(guān)11個(gè)，接近檢測開關(guān)2個(gè)，壓力檢測開關(guān)1 個(gè)。另外設(shè)置手動(dòng)控制按鈕6個(gè)，自動(dòng)控制按鈕2個(gè)，工作方式選擇開關(guān)2個(gè)，其次，變頻調(diào)速系統(tǒng)需要2個(gè)數(shù)字輸入點(diǎn)，所以PLC需要26個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)。系統(tǒng)控制對(duì)象是折紙機(jī)、推板桿伺服電機(jī)、主電機(jī)與真空泵。折紙機(jī)需1個(gè)電磁閥控制。推板桿伺服電機(jī)為單向運(yùn)輸，僅需1個(gè)輸出點(diǎn)，主電機(jī)與變頻器組成變頻調(diào)速系統(tǒng)需要1個(gè)數(shù)字輸出，真空泵的輸出作為吸說明書與吸藥盒使用，其中吸說明書需一個(gè)電磁閥控制，吸藥盒需2個(gè)電磁閥控制，廢品剔除需1個(gè)電磁閥控制，給藥盒倉加料時(shí)需要1個(gè)盒倉升降控制電磁閥，故現(xiàn)場控制信號(hào)有9個(gè)，另外設(shè)置了“準(zhǔn)備就緒”、“循環(huán)”、“停比”、和“故障”等系統(tǒng)狀態(tài)指示燈4個(gè)，所以系統(tǒng)需要有20個(gè)數(shù)字量輸出。

圖3 PLC外部接線圖(一)

圖4 PLC外部接線圖(二)

根據(jù)輸入輸出信號(hào)的數(shù)量、類型及控制要求，同時(shí)考慮到系統(tǒng)維護(hù)、功能擴(kuò)展以及經(jīng)濟(jì)性等因素，主控部件決定選用西門子SIMATICS7-200 CPU226可編程控制器，其共有24個(gè)輸入點(diǎn)和16個(gè)輸出點(diǎn);同時(shí)外加一個(gè)數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM223產(chǎn)品編號(hào)為6ES7 223 - 1 PH20 -OXAO該模塊有8個(gè)數(shù)字輸入，8個(gè)數(shù)字輸出。PLC外部接線圖，如圖3所示(繼電器一接觸器控制線路部分略)。

圖5 自動(dòng)運(yùn)行SFC

2.3軟件設(shè)計(jì)
2.3.1主程序設(shè)計(jì)

根據(jù)裝盒機(jī)的工作流程可知，它是一個(gè)典型的順序控制，為此移位寄存器順序控制。自動(dòng)運(yùn)行的順序控制功能流程圖如圖5所示。

2.3.2 PLC與變頻器通信控制程序設(shè)計(jì)

主電機(jī)的拖動(dòng)控制采用變頻器完成。一般變頻器都提供有而板控制、端子控制和通訊控制等控制方。常規(guī)的控制一般采用端子控制。變頻器的啟動(dòng)/停比、方 向、警告、故障指示以及故障復(fù)位通過使用開關(guān)量控制，速度控制采用模擬量給定完成，這種方式需要大量的配線工作量，同時(shí)也需要大量的控制模塊。隨著基于現(xiàn) 場總線的底層控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，許多電氣傳動(dòng)的生產(chǎn)廠家推出了具有數(shù)據(jù)通信功能的產(chǎn)品，可以采用各種現(xiàn)場總線，如:LonWorks,PROFIBUS, CAN等，以方便系統(tǒng)組態(tài)，但一般作為附件需要另外購置接口硬件。
在藥板裝盒機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中，采用S7-200PLC通過RS485接口使用USS協(xié)議對(duì)SIEMENSMM440變頻器進(jìn)行控制。通過專門的 USS協(xié)議指令，實(shí)現(xiàn)變頻器參數(shù)的讀取、寫入、各種運(yùn)行的監(jiān)視，通訊距離可達(dá)S00m，極大地減少了線路連接的復(fù)雜性，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。

2.3.3觸摸屏軟件設(shè)計(jì)

Wncc提供了多種控制器件、圖形控件和功能組件，能組合各種顯示和控制功能。利用人機(jī)界面操作監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)PLC中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、記錄、存儲(chǔ)、處理，從而滿足各種監(jiān)控要求。軟件還可以為不同的操作人員設(shè)置不同的操作密碼和相應(yīng)的操作權(quán)限。觸摸屏軟件的設(shè)計(jì)包括創(chuàng)建畫面和信息，并將它們和 PLC程序相連。具體分為以下3個(gè)步驟:
(1)界面可視化設(shè)計(jì)
界面組態(tài)具體涉及輸入/輸出區(qū)域組態(tài)、指示器組態(tài)、功能鍵組態(tài)、控制鍵組態(tài)及文本顯示等各種格式，可根據(jù)實(shí)際控制功能的差異設(shè)計(jì)不同的畫面。
(2)定義變量
變量在觸摸屏的組態(tài)功能與PLC的相應(yīng)I/O接點(diǎn)及存儲(chǔ)單元之間建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)觸摸屏敏感元件對(duì)PLC參數(shù)的輸入、PLC當(dāng)前值及報(bào)警信號(hào)向觸摸屏的輸出。
(3)設(shè)置通信參數(shù)
實(shí)現(xiàn)觸摸屏與PLC的通信。根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)了以下3個(gè)界面。
①主界面:觸摸屏的默認(rèn)畫面。實(shí)現(xiàn)操作者密碼設(shè)定、系統(tǒng)時(shí)間設(shè)定，同時(shí)可以切換到其它任意畫面。
②手動(dòng)操作界面:畫面上設(shè)置若干功能鍵分別對(duì)裝盒機(jī)的每個(gè)動(dòng)作進(jìn)行手動(dòng)操作。
③狀態(tài)監(jiān)控界面:通過此畫面，操作人員可對(duì)裝盒機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以顯示當(dāng)前的生產(chǎn)數(shù)量及故障報(bào)警等信息。

3結(jié)束語

采用PLC一觸摸屏結(jié)合的電氣控制方案并與機(jī)械、變頻調(diào)速、傳感器技術(shù)組合一體，使整機(jī)性能可靠;設(shè)備的可維護(hù)性和靈活性得到了顯著提高。其具有良好的人機(jī)界面、完善的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制功能，使操作更方便。另因在開發(fā)中采用了PC軟件仿真，縮短了開發(fā)周期，提高了軟件的可靠性，極大的方便了程序的離線調(diào)試，可廣泛應(yīng)用于藥品、保健品、化妝品等行業(yè)。