基于PLC全自動(dòng)藥品包裝機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

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1、河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文題目：基于PLC的藥品包裝機(jī)控制設(shè)計(jì)姓 名：賈曉明學(xué) 號(hào)：26專業(yè)班級(jí)：機(jī)電1402班指導(dǎo)老師：耿驚濤2016年12月13日河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文摘要現(xiàn)代社會(huì)對(duì)物品的包裝要求越來(lái)越高，藥品也不例外，為使包裝出的藥品整齊美觀并且具有良好的包裝質(zhì)量，要求包裝機(jī)具有精確的動(dòng)作、定位精度及較高的生產(chǎn)率和一定的柔性，因此對(duì)包裝機(jī)的控制要求是越來(lái)越高。傳統(tǒng)的繼電器已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代藥品生產(chǎn)的要求了，所以高效、經(jīng)濟(jì)且有一定柔性的新型包裝機(jī)械是市場(chǎng)迫切需要的。本文著重介紹了一種基于PLC的全自動(dòng)袋成型藥品包裝機(jī)，對(duì)控制系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)做了詳細(xì)的介紹。

2、該藥品包裝機(jī)選用的是FX2N-48MR型編程器，使用STL指令編程能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)、單步、單周期、回原點(diǎn)、連續(xù)各種不同的工作方式的切換。論文主要內(nèi)容：1.介紹研制全自動(dòng)藥品包裝機(jī)的意義，國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及以前的藥品包裝存在的問(wèn)題，本次設(shè)計(jì)的目的；2.結(jié)合袋成型自動(dòng)包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，分析其工作過(guò)程為自動(dòng)控制做準(zhǔn)備；3.設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的硬件，畫(huà)外部接線圖分配輸入輸出點(diǎn)，根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)選擇PLC型號(hào)；4.設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)的軟件，編寫梯形圖程序，并且進(jìn)行仿真調(diào)試。經(jīng)過(guò)三周的努力終于完成了以上的工作，該藥品包裝機(jī)可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的控制要求，但控制精度還有待于提高。關(guān)鍵詞：藥品包裝機(jī)；袋成型；PLC；F

3、X2N-48MR1 目錄第1章 概述11.1 課題研究背景11.2 課題研究意義21.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.3.1國(guó)外袋成型包裝機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀31.3.2國(guó)內(nèi)袋成型包裝機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀41.3.3自動(dòng)包裝機(jī)存在的問(wèn)題51.4 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容61.4.1設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求61.4.2設(shè)計(jì)工作任務(wù)和工作量的要求6第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)72.1袋成型自動(dòng)藥品包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及工作原理72.2工藝分析82.2.1 內(nèi)裝物的工藝特性分析82.2.2 包裝材料的要求82.2.3 系統(tǒng)工作循環(huán)過(guò)程92.2.4 包裝機(jī)原理框圖9第3章 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)103.1 硬件配置103.2 操作面板的設(shè)計(jì)10

4、3.3 輸入輸出點(diǎn)分配113.4 PLC選型123.5 A/D模塊的選擇123.6 PLC外部接線及電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路13第4章 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)164.1 步進(jìn)指令編程的介紹164.2 控制系統(tǒng)的主程序164.3 初始化程序174.4 手動(dòng)程序184.5 自動(dòng)回原點(diǎn)程序194.6 自動(dòng)程序21第5章 結(jié)束語(yǔ)245.1方案綜合評(píng)價(jià)和結(jié)論245.2體會(huì)和展望24參考文獻(xiàn)25河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 概述1.1 課題研究背景隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康的發(fā)展，我國(guó)已成為世界十大醫(yī)藥生產(chǎn)國(guó)和原料出口國(guó)之一，但目前我國(guó)醫(yī)藥包裝的整體水平還落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。據(jù)上海藥品包裝測(cè)試所所長(zhǎng)紀(jì)煒介紹，高速度、

5、低效益、高消耗的粗放型增長(zhǎng)是我國(guó)醫(yī)藥包裝發(fā)展的典型特征，國(guó)內(nèi)大多數(shù)醫(yī)藥產(chǎn)品的包裝質(zhì)量與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距。目前，我國(guó)有65%的醫(yī)藥包裝產(chǎn)品還達(dá)不到發(fā)達(dá)國(guó)家20世紀(jì)80年代的水平;包裝材料質(zhì)量及包裝對(duì)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的貢獻(xiàn)率偏低。在發(fā)達(dá)國(guó)家，醫(yī)藥包裝占藥品價(jià)值的30%，而我國(guó)的比例還不足10%。其中，國(guó)內(nèi)規(guī)模較大的醫(yī)藥包裝企業(yè)雖然在設(shè)備上與國(guó)外差距不大，但在軟件環(huán)境上卻不盡如人意。據(jù)了解，造成這種差距主要有3個(gè)原因：首先是我國(guó)制藥行業(yè)整體水平較低，醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)相對(duì)較落后。我國(guó)制藥企業(yè)數(shù)量多，但規(guī)模小，重復(fù)生產(chǎn)嚴(yán)重，企業(yè)管理水平較低。其次,是醫(yī)藥產(chǎn)品長(zhǎng)期以醫(yī)院銷售為主，在藥店銷售的藥品只占總量很小

6、的一部分，企業(yè)自然很難在包裝上下大力氣改革，醫(yī)藥包裝長(zhǎng)期保持老面孔。最后是醫(yī)藥包裝機(jī)械設(shè)備和材料的技術(shù)水平落后、從業(yè)人員的質(zhì)量意識(shí)不強(qiáng)，也制約著我國(guó)醫(yī)藥包裝業(yè)的發(fā)展。對(duì)于包裝設(shè)備而言，國(guó)內(nèi)規(guī)模較大的醫(yī)藥包裝企業(yè)雖然在設(shè)備上與國(guó)外差距不大，但在軟件環(huán)境上卻不盡如人意。國(guó)內(nèi)藥廠的大部分包裝工作，特別是較復(fù)雜一些的包裝物品的排列、裝配等工作基本上是人工操作，眾多的操作人員無(wú)法保證包裝的統(tǒng)一和穩(wěn)定。有些藥廠即使使用某些包裝機(jī)械，也只是應(yīng)用在整個(gè)包裝鏈的某個(gè)環(huán)節(jié)上。改進(jìn)措施：(1)提高自動(dòng)化程度是藥品包裝機(jī)械發(fā)展的重要趨勢(shì)。高自動(dòng)化的設(shè)備應(yīng)具有：一是每個(gè)機(jī)械手均由電腦控制，一臺(tái)包裝機(jī)械為完成復(fù)雜的包裝動(dòng)

7、作，需要由多個(gè)機(jī)械手完成。完成包裝動(dòng)作時(shí)，在電腦控制的攝像機(jī)錄取信息和監(jiān)控下，機(jī)械手按其發(fā)出的指令完成規(guī)定的動(dòng)作，確保包裝質(zhì)量；二是具有對(duì)材質(zhì)及厚度的高分辨能力，在包裝過(guò)程中包裝材料的厚度及材質(zhì)變化不易為人眼所辨別，所以應(yīng)在包裝機(jī)械上采用由電腦控制的攝像機(jī)和探測(cè)器來(lái)分辨包裝材料厚度和材質(zhì)的變化，并在顯示屏上顯示。同時(shí)機(jī)器會(huì)根據(jù)分辨后材料的變化來(lái)改變有關(guān)參數(shù)，進(jìn)而使設(shè)備在最優(yōu)狀態(tài)下運(yùn)行；(2)機(jī)械功能要求多元化。1.2 課題研究意義隨著社會(huì)的發(fā)展、生活水平的提高，人民對(duì)藥品包裝提出了更高的要求。如果藥品用手工進(jìn)行包裝，勞動(dòng)強(qiáng)度大，速度慢，效益和質(zhì)量差，而且手工包裝不能滿足衛(wèi)生要求。因此需采用自動(dòng)

8、包裝機(jī)來(lái)完成這些工作。包裝機(jī)械是現(xiàn)代包裝工業(yè)的基本設(shè)備，是商品生產(chǎn)中必不可少的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們?cè)絹?lái)越重視包裝的質(zhì)量、品種類型，包裝機(jī)械在包裝領(lǐng)域中起著重要的作用。包裝機(jī)械是使產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證。它能夠大幅度地提高生產(chǎn)效率；降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；保護(hù)環(huán)境，節(jié)約原材料，降低產(chǎn)品成本；有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)銷售的競(jìng)爭(zhēng)力；由于包裝機(jī)械的計(jì)量精度高，產(chǎn)品包裝的外形美觀、整齊、統(tǒng)一、封口嚴(yán)密，提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量，增強(qiáng)了產(chǎn)品銷售的競(jìng)爭(zhēng)力，可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益；延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期，方便產(chǎn)品的流通。包裝

9、機(jī)械保證包裝產(chǎn)品質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高、品種多、生產(chǎn)環(huán)境好、生產(chǎn)成本低、環(huán)境污染小，因而獲得較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。自動(dòng)包裝機(jī)堪稱為擁有漫長(zhǎng)發(fā)展歷史和富有強(qiáng)大生命力的主導(dǎo)機(jī)型?，F(xiàn)已被各國(guó)視為前景較好的包裝機(jī)械。由于現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)袋成型自動(dòng)包裝機(jī)存在的軟硬件問(wèn)題，并且缺少相應(yīng)的設(shè)計(jì)指導(dǎo)理論，所以對(duì)其進(jìn)行研究改進(jìn)是非常有意義的。包裝容器的制袋-充填-封口是包裝工藝必須的工序。充填的精確度影響到廠家經(jīng)濟(jì)效益；封口的好壞則影響包裝產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和保質(zhì)期。因此，包裝質(zhì)量在很大程度上取決于袋長(zhǎng)的精確控制以及封口質(zhì)量，本研究對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)了解的基礎(chǔ)上針對(duì)縱封、橫封的封口形式完成了對(duì)薄膜輸送系統(tǒng)等關(guān)

10、鍵部分硬件設(shè)計(jì)其在實(shí)際生產(chǎn)中也具有十分重要的指導(dǎo)意義。1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀為滿足現(xiàn)代商品包裝多樣化的要求，目前國(guó)內(nèi)外開(kāi)始不斷發(fā)展適應(yīng)多品種、小批量的通用包裝機(jī)械和設(shè)備，從而使得包裝機(jī)械的形式日趨增多。袋成型自動(dòng)包裝機(jī)是將具有熱塑性的塑料復(fù)合膜經(jīng)加熱軟化制成包裝容器，在一臺(tái)設(shè)備上自動(dòng)完成制袋成型、計(jì)量充填、封合剪切等全過(guò)程的自動(dòng)包裝設(shè)備。1.3.1國(guó)外袋成型包裝機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外袋成型包裝機(jī)發(fā)展全面，優(yōu)勢(shì)明顯，主要特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。用一臺(tái)包裝機(jī)完成對(duì)不同物料的包裝時(shí)，利用原有機(jī)型的模塊化設(shè)計(jì)可在短時(shí)間內(nèi)迅速進(jìn)行規(guī)格更換或轉(zhuǎn)換為其他包裝形式的機(jī)型，并為不同的計(jì)量系統(tǒng)提供了足夠的空間。包

11、裝速度高速化。目前，國(guó)外的小袋包裝機(jī)單列包裝速度一般為30-80袋/分，近些年來(lái)很多公司推出的多列式包裝機(jī)（2列到10列不等）可使包裝速度大大提高。如意大利ILAPAK公司的300和400系列枕型包裝機(jī)，計(jì)量范圍150到450g，包裝速度120袋/分：日本橫濱電機(jī)制作所的YDE-70型四邊封合包裝機(jī)，計(jì)量范圍:0.5到30ml，可以2到10列，最高速度為800袋/分。結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)高精度化。由于采用各種新技術(shù)，如通過(guò)伺服電機(jī)、編碼器及數(shù)字控制、動(dòng)力負(fù)載控制PLC等高精密執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制各種動(dòng)作，使整機(jī)的充填計(jì)量精度和制袋精度都有所提高。如日本東京自動(dòng)機(jī)械的SIGMA3型粉末計(jì)量機(jī)，配有可調(diào)速驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，采

12、用螺桿下料填充，最大充填為每次1.2kg，充填精度60.25%。控制智能化、彈性化。國(guó)外大多機(jī)器都通過(guò)智能型控制儀表和觸摸屏上的菜單式應(yīng)用軟件對(duì)機(jī)器的各種參數(shù)進(jìn)行跟蹤調(diào)整。電子顯示屏顯示切袋長(zhǎng)度、包裝速度、充填物的凈含量以及包裝產(chǎn)量等，一目了然。標(biāo)準(zhǔn)的色標(biāo)跟蹤光電系統(tǒng)能絕對(duì)保證包裝產(chǎn)品的印刷圖案正確。另外，機(jī)器可對(duì)工作過(guò)程進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷分析，一旦發(fā)生問(wèn)題，自動(dòng)停機(jī)，并顯示故障原因及解決方法。包裝形式多樣化。國(guó)外的袋包裝目前既有三邊封合袋、四邊封合袋、枕形袋，還有風(fēng)琴式、自立袋等。用戶可以根據(jù)市場(chǎng)的需要，具有更大的選擇空間。國(guó)外的袋包裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)趨于簡(jiǎn)單，橫封、縱封等動(dòng)作的

13、執(zhí)行機(jī)構(gòu)都采用氣動(dòng)原件，包裝動(dòng)作簡(jiǎn)捷快速，整機(jī)噪聲小；采用變頻調(diào)速裝置，實(shí)現(xiàn)無(wú)極變速，不僅調(diào)速范圍大、平滑性好、低速特性，而且可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，節(jié)電效果也十分明顯。1.3.2國(guó)內(nèi)袋成型包裝機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)包裝機(jī)械發(fā)展較晚，目前正處于起步應(yīng)用階段。而且由于用戶的技術(shù)水平和各種環(huán)境因素的限制，我國(guó)包裝機(jī)械的需要就像一座“金字塔”。對(duì)高、精、尖設(shè)備的需求就是塔尖，越尖端的設(shè)備需求越??；對(duì)中、低檔設(shè)備的需求就像“金字塔”底部，量大面廣，商機(jī)無(wú)限。隨著市場(chǎng)需求的不斷增加，九十年代后，我國(guó)袋成型自動(dòng)包裝機(jī)有了較快的發(fā)展。通過(guò)參考國(guó)外產(chǎn)品，進(jìn)行消化、吸收及自主開(kāi)發(fā)、研制，技術(shù)上有了很大的提高，計(jì)量范圍從1g

14、到1000g不等，特別是產(chǎn)品功能和自動(dòng)化方面也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。我國(guó)通過(guò)參考國(guó)外同類型產(chǎn)品，進(jìn)行消化、吸收及自主開(kāi)發(fā)研制，技術(shù)上有了很大的發(fā)展和提高。我國(guó)現(xiàn)有的袋成型自動(dòng)包裝機(jī)應(yīng)用廣泛，機(jī)型分為立式和臥式兩種，可包裝液體、糊狀物料、粉狀物料、顆粒和固體物料，包裝形式有枕型袋、三封袋、四封袋、磚形帶、屋形帶、角形自立袋等多種類型。通過(guò)PLC和PC控制技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，使袋成型自動(dòng)包裝機(jī)的自動(dòng)化程度得到了很大的提高。我國(guó)生產(chǎn)的袋成型自動(dòng)包裝機(jī)以普通型、通用型為主，即在同一臺(tái)設(shè)備上，同一豎直方向上自動(dòng)完成包裝袋成型、計(jì)量、打印日期、充填、封口、切斷、輸出等工序。包裝物料一般為：液體、粘稠體、顆粒物

15、料、粉料、膏體、片劑、膨化食品等。充填計(jì)量方式一般為：容積式、稱重式。容積式又可分為量杯式、旋轉(zhuǎn)閥式、柱塞式；稱重式又可分為電子秤、杠桿秤兩種。有些包裝機(jī)還采用組合式，粗供料采用容積式，精供料采用稱重式等。所有包裝材料主要是具有可熱封的塑料單膜和各種復(fù)合膜。包裝成型袋以扁平袋為多。熱封方式主要：有往復(fù)、L型閉合式、旋轉(zhuǎn)式。國(guó)產(chǎn)中型袋包裝機(jī)多采用的橫封裝置是連續(xù)對(duì)輥式，其缺點(diǎn)是開(kāi)機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)，在輥輪中間都要夾持部分包裝材料，既難于清洗又浪費(fèi)材料。小型袋包裝機(jī)，橫封裝置采用的是扇形開(kāi)合的封口方法，當(dāng)包裝袋的尺寸擴(kuò)大后，其封口質(zhì)量難以保證?？陀^地講，我國(guó)生產(chǎn)的袋成型自動(dòng)包裝機(jī)綜合性能與國(guó)外先進(jìn)國(guó)家的產(chǎn)

16、品還存在著很大差距。比較突出的問(wèn)題是：機(jī)械加工工藝技術(shù)水平低；機(jī)構(gòu)動(dòng)作的同步、協(xié)調(diào)性差；關(guān)鍵零部件、易損件、電氣元件壽命短、可靠性差；生產(chǎn)速度一般都比較慢，自動(dòng)化水平不高，自動(dòng)化調(diào)節(jié)、自動(dòng)化控制水平低；設(shè)備的可操控性差，維護(hù)保養(yǎng)較麻煩；充填精度低、速度慢；外觀造型和表面質(zhì)量差。1.3.3自動(dòng)包裝機(jī)存在的問(wèn)題據(jù)調(diào)查，現(xiàn)有自動(dòng)包裝機(jī)存在以下問(wèn)題：1.包裝機(jī)長(zhǎng)期存在著包裝材料輸送速度難以控制的問(wèn)題，薄膜輸送速度不穩(wěn)，對(duì)袋長(zhǎng)精度和袋形精度和袋形質(zhì)量的影響；工作初期和末期，帶膜卷的直徑速度變化很大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化，造成包裝輸送時(shí)拉力不均勻，使得袋封長(zhǎng)度變化，袋長(zhǎng)控制精度不高。2.包裝精度（充填精度）低且工

17、作時(shí)不穩(wěn)定。3.包裝速度低；目前國(guó)產(chǎn)包裝機(jī)的包裝速度，小袋包裝在60120袋/分之間，包裝速度超過(guò)80袋/分時(shí)包裝質(zhì)量將下降；中袋包裝為3560袋/分。國(guó)外設(shè)備的包裝速度以達(dá)到1200袋/分，中袋包裝160袋/分。4.封口質(zhì)量難以保證5.外觀質(zhì)量。國(guó)家規(guī)定，包裝袋的封口處應(yīng)平整，網(wǎng)紋清晰，不得有灼化和壓穿現(xiàn)象。而現(xiàn)有的包裝機(jī)不能很好的達(dá)到國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)；包裝成品的封口強(qiáng)度低；由于塑料包裝材料與被包裝物之間的靜電作用，在塑料袋內(nèi)壁上會(huì)吸附細(xì)小的被包裝物粉粒，若不除去會(huì)造成橫封口處封口不牢，嚴(yán)重影響包裝袋封口質(zhì)量。自動(dòng)包裝機(jī)的橫封機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)形式的不合理，將導(dǎo)致封口質(zhì)量問(wèn)題。傳統(tǒng)的包裝機(jī)的封口機(jī)構(gòu)，其作用

18、封塊是扇形開(kāi)合，封口部位熱封時(shí)間不同，導(dǎo)致封口處不平滑，部分灼化或者強(qiáng)度不夠。兩橫封快機(jī)構(gòu)采用左橫封快運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩橫封快對(duì)包裝袋的作用力不同，會(huì)造成其封口不勻。而且封口周期長(zhǎng)，包裝速度慢。1.4 本次設(shè)計(jì)的任務(wù)和設(shè)計(jì)內(nèi)容1.4.1設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求全自動(dòng)藥品包裝機(jī)工藝全過(guò)程包括：制袋、充填、封口、日期打印、切斷袋膜等，設(shè)計(jì)采用PLC對(duì)藥品包裝機(jī)工藝過(guò)程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)工作方式。1.4.2設(shè)計(jì)工作任務(wù)和工作量的要求（1）畫(huà)出PLC I/O端口接線圖，并按圖接線。（2）編制控制程序，并畫(huà)出梯形邏輯圖。（3）完成系統(tǒng)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)控制要求。（4） 完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1袋成型自

19、動(dòng)藥品包裝機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及工作原理袋成型自動(dòng)藥品包裝機(jī)是將具有熱塑性的包材經(jīng)加熱軟化制成包裝容器，在一臺(tái)設(shè)備上自動(dòng)完成制袋成型、計(jì)量充填、封合剪切等全過(guò)程的自動(dòng)包裝設(shè)備。該機(jī)主要由計(jì)量裝置、拉膜機(jī)構(gòu)、縱封機(jī)構(gòu)、橫封機(jī)構(gòu)、糾偏機(jī)構(gòu)等組成。機(jī)構(gòu)原理如圖2-1：圖2-1 機(jī)構(gòu)原理圖當(dāng)袋成型藥品自動(dòng)包裝機(jī)整機(jī)運(yùn)行時(shí)，拉膜電機(jī)啟動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)拉膜帶恒速連續(xù)運(yùn)行，拉膜帶的速度可以按照包裝速度設(shè)定值自動(dòng)調(diào)整。拉膜帶的內(nèi)測(cè)為齒形帶外側(cè)為高彈力的橡膠帶。高彈力橡膠帶可以增強(qiáng)其與薄膜的摩擦力，在該摩擦力的作用下，包裝材料隨拉膜帶向下運(yùn)動(dòng)。袋成型自動(dòng)藥品包裝機(jī)的工作原理如圖2-2： 圖2-2 工作原理圖2.2

20、工藝分析2.2.1 內(nèi)裝物的工藝特性分析藥品主要是顆粒狀、粉末狀或者流體，該包裝機(jī)可以在微小更改的基礎(chǔ)上完成固體物料的包裝。如果固體內(nèi)裝物的形狀變化，只需簡(jiǎn)單更改零件就可以了。如尺寸大小變更可以調(diào)整成型器或更換成型器，其它的可以只是簡(jiǎn)單調(diào)整。易碎的物件可以在中封牽引、端封切斷器上粘貼一些緩沖的物料，而無(wú)需更換零件就可以使機(jī)械適應(yīng)范圍廣。若包裝物由粉末狀變?yōu)橐后w，則需要換物料輸送模塊，以及物料填充計(jì)量裝置。總而言之，袋成型自動(dòng)包裝機(jī)的使用范圍極廣，只要是一般特性的藥品都可以包裝。2.2.2 包裝材料的要求包裝材料在包裝機(jī)設(shè)計(jì)中也是重要的。塑料包裝的問(wèn)世，引起了包裝機(jī)的革命。使包裝工藝、包裝技術(shù)發(fā)

21、生了巨大變化。如塑料包裝可以采用高頻加熱熱封包裝或電熱絲脈沖熱封包裝。醫(yī)藥行業(yè)多采用聚乙烯薄膜包裝，考慮到在薄膜牽引時(shí)，薄膜要受到較大的張力，一般來(lái)說(shuō)，包裝的速度越高，包裝材料越容易被拉斷。如果包裝材料的拉力強(qiáng)度不夠，勢(shì)必影響包裝速度的提高。因此，選擇包裝材料的質(zhì)量是十分重要的。2.2.3 系統(tǒng)工作循環(huán)過(guò)程袋成型藥品自動(dòng)包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)適合于連續(xù)式自動(dòng)包裝。從工藝上講，其包裝工作循環(huán)過(guò)程如圖2-3所示。工藝是連續(xù)的，只有在內(nèi)裝物供送時(shí)，每送入一件必須保證端封切斷器封切一件。 圖2-3 包裝工作循環(huán)過(guò)程2.2.4 包裝機(jī)原理框圖結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)的功能要求以及包裝機(jī)的工作原理和工作過(guò)程，設(shè)計(jì)出包裝機(jī)的原理

22、框圖，如圖2-4所示。 圖2-4 原理框圖第3章 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件配置系統(tǒng)硬件配置結(jié)構(gòu)如圖3-1： 系統(tǒng)硬件配置 圖3-1包括中央處理單元以及I/O擴(kuò)展單元、檢測(cè)元件（光電開(kāi)關(guān)和接近開(kāi)關(guān)等）、操作面板（旋鈕開(kāi)關(guān)、按鈕開(kāi)關(guān)）、控制元件（交流接觸器和電磁閥）以及執(zhí)行元件（電動(dòng)機(jī)和氣缸）等幾部分。操作面板作為設(shè)備控制的操作界面，接受來(lái)自操作人員的操作指令并指示設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)；檢測(cè)元件檢測(cè)料位計(jì)量、投料結(jié)束信號(hào)，以及各部分的動(dòng)作完成情況；PLC自動(dòng)循環(huán)掃描各個(gè)輸入輸出點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)梯形圖程序所確定的邏輯關(guān)系更新輸出點(diǎn)的狀態(tài)，通過(guò)斷通交流接觸器和換向電磁閥來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的啟停和氣

23、缸的動(dòng)作，從而完成從卷膜輸送到物料排出全過(guò)程的自動(dòng)控制。3.2 操作面板的設(shè)計(jì)為滿足生產(chǎn)地需要，很多設(shè)備要求設(shè)置多種工作方式，本次設(shè)計(jì)的藥品包裝機(jī)同樣需要，系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)、單周期、單步、連續(xù)和回原點(diǎn)5種工作方式。工作方式選擇開(kāi)關(guān)的5個(gè)位置對(duì)應(yīng)于5種工作方式，操作面板左下部的8個(gè)按鈕時(shí)手動(dòng)按鈕。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時(shí)）能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源設(shè)置了交流接觸器。在PLC開(kāi)始運(yùn)行時(shí)按下“負(fù)載電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點(diǎn)接通給負(fù)載提供交流電源，出現(xiàn)緊急情況是用“緊急停車”按鈕斷開(kāi)負(fù)載電源。操作面板如圖3-2： 操作面板 圖3-23.3 輸入輸出點(diǎn)分配自動(dòng)包裝機(jī)工

24、藝過(guò)程由袋成型、充填、封口、冷卻等幾部分組成，包裝機(jī)控制系統(tǒng)輸入信號(hào)有：?jiǎn)?dòng)、停止及急停信號(hào)檢測(cè)，卷膜袋長(zhǎng)色標(biāo)檢測(cè)，缺袋檢測(cè)，定量充填部分返回有無(wú)充填信號(hào)，橫封到位檢測(cè)，橫縱封結(jié)束檢測(cè)。輸出信號(hào)有：卷膜牽引啟動(dòng)，卷膜橫封控制，防止過(guò)沖剎車控制，水冷卻控制，卷膜縱封控制，卷膜切刀控制，打印控制，拌料送料電機(jī)啟停控制等。綜合上述控制要求，并基于整個(gè)控制系統(tǒng)總成本及備用點(diǎn)考慮，本設(shè)計(jì)選用輸入24點(diǎn)、輸出24點(diǎn)的PLC基本單元。I/O點(diǎn)分配如下表：輸入端子說(shuō)明輸出端子說(shuō)明X0安全門限位Y0打印氣缸電磁閥X1擴(kuò)展用Y1縱封氣缸電磁閥X2縱封到位檢測(cè)Y2動(dòng)盤氣缸電磁閥X3擴(kuò)展用Y3刮板氣缸電磁閥X4動(dòng)盤到

25、位檢測(cè)Y4橫封氣缸電磁閥X5料滿檢測(cè)Y5切刀氣缸電磁閥X6橫封到位檢測(cè)Y6走袋電動(dòng)機(jī)X7擴(kuò)展用Y7供料電動(dòng)機(jī)X10手動(dòng)Y10冷卻泵電動(dòng)機(jī)X11回原點(diǎn)Y11橫封加熱管X12單步Y(jié)12縱封加熱管X13單周期Y13空氣壓縮機(jī)X14連續(xù)Y14X15啟動(dòng)Y15X16停止Y16X17供膜Y17X20打印Y20X21縱封Y21X22動(dòng)盤移動(dòng)Y22X23供料Y23X24刮板移動(dòng)Y24X25橫封Y25X26切斷Y26X27擴(kuò)展用Y273.4 PLC選型根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)該控制系統(tǒng)采用日本三菱公司生產(chǎn)的FX2N -48MR型可編程控制器,選用AC電源, DC24V電源輸入,繼電器輸出。FX2N系列 PLC是三菱公司

26、近年來(lái)推出的高性能小型整體式PLC,能實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算,基本指令每步0.08微秒。程序容量最大 16K步,基本指令有27條,步進(jìn)指令有2條,功能指令有298條。內(nèi)附高速計(jì)數(shù)器、內(nèi)部元件很豐富 ,是一種功能很強(qiáng)大的小型 PLC。由于其結(jié)構(gòu)緊湊小巧、執(zhí)行速度快、功能強(qiáng)大及性價(jià)比較高等特點(diǎn),符合本系統(tǒng)各方面要求。3.5 A/D模塊的選擇該藥品包裝機(jī)需要對(duì)一些非開(kāi)關(guān)量（色標(biāo)檢測(cè)、溫度檢測(cè)）進(jìn)行監(jiān)控，普通的限位開(kāi)關(guān)已經(jīng)不能滿足使用要求，因此此處選用變送器來(lái)轉(zhuǎn)換這些模擬量，再通過(guò)與PLC適配的A/D模塊將信號(hào)傳送到PLC內(nèi)部。該包裝機(jī)需要檢測(cè)三個(gè)模擬量即色標(biāo)檢測(cè)、橫封溫度檢測(cè)以及縱封溫度檢測(cè)，此處選用FX2N

27、-4AD模擬量輸入模塊，該輸入模塊有4個(gè)通道可以同時(shí)接收并處理4個(gè)模擬量輸入信號(hào)最大分辨率為12位。通道1輸入色標(biāo)檢測(cè)量，通道2輸入縱封溫度檢測(cè)量，通道3輸入橫封溫度檢測(cè)量。在初始化程序中需要將這3個(gè)兩讀入PLC中。3.6 PLC外部接線及電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路全自動(dòng)藥品包裝機(jī)控制系統(tǒng)外部接線圖如圖3-3所示，依據(jù)選好的PLC型號(hào)和I/O分配表設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的外部接線。主電路圖如圖3-4所示。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)中需要多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。其中主電動(dòng)機(jī)是走袋電動(dòng)機(jī)，它給系統(tǒng)提供必需的膜，是保障系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵所在。供料電動(dòng)機(jī)、冷卻泵電動(dòng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)等分別是給系統(tǒng)提供物料、冷卻和給電磁閥提供風(fēng)源的。橫封加熱管

28、和縱封加熱管分別是給橫封運(yùn)動(dòng)和縱封運(yùn)動(dòng)提升溫度的。另外，電源模塊是給電磁閥和A/D模塊提供工作電壓的。由于要控制電機(jī)，所以系統(tǒng)中還要運(yùn)用交流接觸器來(lái)控制其通斷情況，為了防止過(guò)載等情況發(fā)生還有加入熱繼電器等。 圖3-3 外部接線圖 圖3-4 控制系統(tǒng)主電路圖 第4章 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 步進(jìn)指令編程的介紹全自動(dòng)藥品包裝機(jī)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分包括了系統(tǒng)控制流程圖和梯形圖程序的設(shè)計(jì)。有了程序的驅(qū)動(dòng)整個(gè)控制系統(tǒng)才能按照設(shè)計(jì)要求動(dòng)作，在梯形圖設(shè)計(jì)這一塊，要充分考慮各個(gè)部分要實(shí)現(xiàn)的功能等。對(duì)于復(fù)雜的控制要求使用步進(jìn)指令（STL/RET）指令編程較為簡(jiǎn)潔，用FX系列PLC的狀態(tài)繼電器編寫順序控

29、制程序時(shí)，應(yīng)與STL指令一起使用。S0S9用于初始步，S10S19用于自動(dòng)返回原點(diǎn)。使用STL指令的狀態(tài)繼電器的常開(kāi)觸點(diǎn)稱為STL觸點(diǎn)，它是一種胖觸點(diǎn)，STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路塊有三個(gè)功能，即對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)處理、指定轉(zhuǎn)換條件和指定轉(zhuǎn)換目標(biāo)。步進(jìn)指令的使用說(shuō)明： 1）STL觸點(diǎn)是與左側(cè)母線相連的常開(kāi)觸點(diǎn)，某STL觸點(diǎn)接通，則對(duì)應(yīng)的狀態(tài)為活動(dòng)步； 2）與STL觸點(diǎn)相連的觸點(diǎn)應(yīng)用LD或LDI指令，只有執(zhí)行完RET后才返回左側(cè)母線； 3）STL觸點(diǎn)可直接驅(qū)動(dòng)或通過(guò)別的觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)Y、M、S、T等元件的線圈； 4）由于PLC只執(zhí)行活動(dòng)步對(duì)應(yīng)的電路塊，所以使用STL指令時(shí)允許雙線圈輸出（順控程序在不同的步可多次驅(qū)動(dòng)

30、同一線圈）； 5) STL觸點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的電路塊中不能使用MC和MCR指令，但可以用CJ指令。4.2 控制系統(tǒng)的主程序以上設(shè)計(jì)的是控制系統(tǒng)各部分的子程序，分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)初始化、手動(dòng)控制、自動(dòng)回原點(diǎn)和自動(dòng)控制，把以上程序結(jié)合在一起成為一段程序就能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)、回原點(diǎn)、單步、單周期、連續(xù)各種不同的工作方式的變換，其主程序流程圖如圖4-1所示。 圖4-1 主程序流程圖4.3 初始化程序FX系列PLC的狀態(tài)初始化指令I(lǐng)ST與STL指令一起使用，專門用來(lái)設(shè)置具有多種工作方式的控制系統(tǒng)的初始狀態(tài)，和設(shè)置有關(guān)的特殊輔助繼電器的狀態(tài)，可以簡(jiǎn)化復(fù)雜的順序控制程序的設(shè)計(jì)工作。IST指令只能使用一次，它應(yīng)放在程序開(kāi)始的地方，

31、被它控制的STL電路應(yīng)放在它的后面。該藥品包裝機(jī)系統(tǒng)的初始化程序用來(lái)設(shè)置初始狀態(tài)和原點(diǎn)狀態(tài)條件。初始化程序如圖4-3，M30M37與X10X16的關(guān)系，已經(jīng)在程序中寫出，與工作方式開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的X10X14中同時(shí)只能用一個(gè)處于ON狀態(tài)，必須使用選擇開(kāi)關(guān)，以保證這5個(gè)輸入中不可能有兩個(gè)同事為ON。IST指令的執(zhí)行條件滿足時(shí)，初始狀態(tài)繼電器S0S2和下列狀態(tài)輔助繼電器被自動(dòng)指定為一下功能，以后即使IST指令的執(zhí)行條件變?yōu)镺FF，這些元件的功能仍保持不變： M8041禁止轉(zhuǎn)換M8042轉(zhuǎn)換啟動(dòng)M8043起動(dòng)脈沖M8044回原點(diǎn)完成M8047STL監(jiān)控有效S0手動(dòng)操作的初始狀態(tài)繼電器S1回原點(diǎn)操作的初始狀

32、態(tài)繼電器S2自動(dòng)操作的初始狀態(tài)繼電器 初始化程序如下： 圖4-2 初始化程序4.4 手動(dòng)程序圖4-3是手動(dòng)程序，手動(dòng)操作時(shí)X17X26對(duì)應(yīng)的8個(gè)按鈕控制供膜、打印、縱封、動(dòng)盤移動(dòng)、供料、刮板移動(dòng)、橫封、切斷。為了保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行，在手動(dòng)程序中設(shè)置了一些必要的軟件互鎖和按鈕聯(lián)鎖，如打印、縱封、橫封、切斷時(shí)供膜電機(jī)不能運(yùn)行，在供料時(shí)刮板不能移動(dòng)，在橫封時(shí)切刀不能移動(dòng)等，以免機(jī)械發(fā)生干涉。圖4-3 手動(dòng)程序4.5 自動(dòng)回原點(diǎn)程序由手動(dòng)工作方式切換到自動(dòng)工作方式之前必須滿足原點(diǎn)條件否則無(wú)法執(zhí)行，所以此處編寫一段回原點(diǎn)程序。自動(dòng)返回原點(diǎn)結(jié)束后，用SET指令將M8043置為ON做為標(biāo)志。回原點(diǎn)程序流程圖

33、如圖4-4，自動(dòng)回原點(diǎn)控制程序如圖4-5。該藥品包裝機(jī)的原點(diǎn)為安全門關(guān)閉、動(dòng)盤到位、走袋電動(dòng)機(jī)關(guān)閉。 圖4-4 自動(dòng)回原點(diǎn)流程圖 圖4-5 自動(dòng)回原點(diǎn)程序4.6 自動(dòng)程序圖4-6是自動(dòng)控制程序流程圖，圖4-7中是自動(dòng)控制程序，能夠在原點(diǎn)條件滿足且切換到自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行。自動(dòng)程序能夠?qū)崿F(xiàn)單周期、單步、連續(xù)的功能。使用IST指令后，系統(tǒng)的單周期、單步、連續(xù)的幾種工作方式的切換時(shí)系統(tǒng)程序自動(dòng)完成。工作方式的切換時(shí)通過(guò)特殊輔助繼電器M8040M8042實(shí)現(xiàn)的，IST指令自動(dòng)驅(qū)動(dòng)M8040M8042。 圖4-6 自動(dòng)程序流程圖 圖4-7 自動(dòng)控制程序第5章 結(jié)束語(yǔ)5.1方案綜合評(píng)價(jià)和結(jié)論本次課程

34、設(shè)計(jì)完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)工作，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、回原點(diǎn)、單步、單周期、連續(xù)各種工作方式的切換，能夠按照預(yù)期的目標(biāo)正常地運(yùn)行。程序設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)清晰，易于檢查和修改。而且為以后軟件的維護(hù)和改進(jìn)提供了方便。對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了充分的考慮，加入了各種的保護(hù)措施，盡量消除了各種可能的事故隱患。PLC非常有利于小型自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，用PLC作為下位機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)輸入和實(shí)時(shí)控制，是執(zhí)行可靠，而且有效地實(shí)現(xiàn)了分散控制。設(shè)計(jì)完成之后，也發(fā)現(xiàn)本設(shè)計(jì)中存在著一些不足和需要改進(jìn)的地方：1.本次控制系統(tǒng)中采用的是旋鈕開(kāi)關(guān)和按鈕沒(méi)有采用觸摸屏，如果設(shè)計(jì)了觸摸屏，那么一些數(shù)值就能直接通過(guò)觸摸屏設(shè)置好，使系統(tǒng)動(dòng)作更

35、加精確。而且外觀也會(huì)更美觀；2.硬件設(shè)計(jì)中采用的電機(jī)等部件會(huì)發(fā)生過(guò)熱現(xiàn)象，如果加入聲音報(bào)警功能，即當(dāng)電機(jī)過(guò)熱時(shí)，程序利用蜂鳴器發(fā)出尖銳的聲音提醒操作人員有故障發(fā)生，達(dá)到提高反應(yīng)速度、降低故障危險(xiǎn)性的目的。5.2體會(huì)和展望體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識(shí)問(wèn)題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)和自己認(rèn)真查資料后，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識(shí)，在次我們表示感謝!同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝! 我深知做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有

36、限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。平時(shí)看課本時(shí)，有時(shí)問(wèn)題老是弄不懂，做完課程設(shè)計(jì)，那些問(wèn)題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西，認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。展望1.通過(guò)數(shù)字PID控制將包材速度控制在目標(biāo)值附近，使包材速度在小范圍內(nèi)波動(dòng)；2.將拉膜機(jī)構(gòu)部分上添加拉力檢測(cè)裝置，然后對(duì)主軸電機(jī)的速度增加拉力控制，可更好地保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行；3.在計(jì)量系統(tǒng)方面，可以用單片機(jī)系統(tǒng)收集信息并返回PLC，并根據(jù)誤差變化調(diào)整充填電機(jī)的速度。也可將變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)改為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)料，以此提高包裝充填精度；4.由于本系統(tǒng)控制硬件仍有擴(kuò)展余地，可考慮在此平臺(tái)上由現(xiàn)有的單列封袋，改為多列封袋，由此提高生產(chǎn)速度。參考文獻(xiàn)【1】李學(xué)忠，張國(guó)全.全自動(dòng)包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【J】.廣西輕工業(yè).2007.2：41-42.【2】FX2N系統(tǒng)微型可編程控制器適用手冊(cè).廣州：正?？萍奸_(kāi)發(fā)有限公司，1996.【3】廖常初.FX系列PLC編程及應(yīng)用【M】.第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.【4】周亮.袋成型自動(dòng)包裝機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究：【D】.湖北：武漢理工大學(xué).2009.25