基于PLC全自動藥品包裝機系統(tǒng)設(shè)計

摘要現(xiàn)代社會對物品的包裝要求越來越高，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，要求包裝機具有精確的動作、定位精度及較高的生產(chǎn)率和一定的柔性，因此對包裝機的控制要求是越來越高。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)濟且有一定柔性的新型包裝機械是市場迫切需要的。本文著重介紹了一種基于PLC的全自動袋成型藥品包裝機，對控制系統(tǒng)中硬件設(shè)計和軟件設(shè)計做了詳細(xì)的介紹。該藥品包裝機選用的是FX2N-48MR型編程器，使用STL指令編程能夠?qū)崿F(xiàn)手動、單步、單周期、回原點、連續(xù)各種不同的工作方式的切換。論文主要內(nèi)容：1.介紹研制全自動藥品包裝機的意義，國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及以前的藥品包裝存在的問題，本次設(shè)計的目的；2.結(jié)合袋成型自動包裝機的機械結(jié)構(gòu)，分析其工作過程為自動控制做準(zhǔn)備；3.設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的硬件，畫外部接線圖分配輸入輸出點，根據(jù)輸入輸出點數(shù)選擇PLC型號；4.設(shè)計PLC控制系統(tǒng)的軟件，編寫梯形圖程序，并且進行仿真調(diào)試。經(jīng)過三周的努力終于完成了以上的工作，該藥品包裝機可以實現(xiàn)簡單的控制要求，但控制精度還有待于提高。關(guān)鍵詞：藥品包裝機；袋成型；PLC；FX2N-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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀31.3.1國外袋成型包裝機發(fā)展現(xiàn)狀31.3.2國內(nèi)袋成型包裝機的發(fā)展現(xiàn)狀41.3.3自動包裝機存在的問題51.4 本次設(shè)計的任務(wù)和設(shè)計內(nèi)容61.4.1設(shè)計內(nèi)容和要求61.4.2設(shè)計工作任務(wù)和工作量的要求6第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計72.1袋成型自動藥品包裝機的機械結(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)過程92.2.4 包裝機原理框圖9第3章 PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計103.1 硬件配置103.2 操作面板的設(shè)計103.3 輸入輸出點分配113.4 PLC選型123.5 A/D模塊的選擇123.6 PLC外部接線及電機的驅(qū)動電路13第4章 PLC控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計164.1 步進指令編程的介紹164.2 控制系統(tǒng)的主程序164.3 初始化程序174.4 手動程序184.5 自動回原點程序194.6 自動程序21第5章 結(jié)束語245.1方案綜合評價和結(jié)論245.2體會和展望24參考文獻25第1章 概述1.1 課題研究背景隨著經(jīng)濟持續(xù)健康的發(fā)展，我國已成為世界十大醫(yī)藥生產(chǎn)國和原料出口國之一，但目前我國醫(yī)藥包裝的整體水平還落后于發(fā)達國家。據(jù)上海藥品包裝測試所所長紀(jì)煒介紹，高速度、低效益、高消耗的粗放型增長是我國醫(yī)藥包裝發(fā)展的典型特征，國內(nèi)大多數(shù)醫(yī)藥產(chǎn)品的包裝質(zhì)量與發(fā)達國家存在較大差距。目前，我國有65%的醫(yī)藥包裝產(chǎn)品還達不到發(fā)達國家20世紀(jì)80年代的水平;包裝材料質(zhì)量及包裝對醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的貢獻率偏低。在發(fā)達國家，醫(yī)藥包裝占藥品價值的30%，而我國的比例還不足10%。其中，國內(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個原因：首先是我國制藥行業(yè)整體水平較低，醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)相對較落后。我國制藥企業(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)品長期以醫(yī)院銷售為主，在藥店銷售的藥品只占總量很小的一部分，企業(yè)自然很難在包裝上下大力氣改革，醫(yī)藥包裝長期保持老面孔。最后是醫(yī)藥包裝機械設(shè)備和材料的技術(shù)水平落后、從業(yè)人員的質(zhì)量意識不強，也制約著我國醫(yī)藥包裝業(yè)的發(fā)展。對于包裝設(shè)備而言，國內(nèi)規(guī)模較大的醫(yī)藥包裝企業(yè)雖然在設(shè)備上與國外差距不大，但在軟件環(huán)境上卻不盡如人意。國內(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械，也只是應(yīng)用在整個包裝鏈的某個環(huán)節(jié)上。改進措施：(1)提高自動化程度是藥品包裝機械發(fā)展的重要趨勢。高自動化的設(shè)備應(yīng)具有：一是每個機械手均由電腦控制，一臺包裝機械為完成復(fù)雜的包裝動作，需要由多個機械手完成。完成包裝動作時，在電腦控制的攝像機錄取信息和監(jiān)控下，機械手按其發(fā)出的指令完成規(guī)定的動作，確保包裝質(zhì)量；二是具有對材質(zhì)及厚度的高分辨能力，在包裝過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)在包裝機械上采用由電腦控制的攝像機和探測器來分辨包裝材料厚度和材質(zhì)的變化，并在顯示屏上顯示。同時機器會根據(jù)分辨后材料的變化來改變有關(guān)參數(shù)，進而使設(shè)備在最優(yōu)狀態(tài)下運行；(2)機械功能要求多元化。1.2 課題研究意義隨著社會的發(fā)展、生活水平的提高，人民對藥品包裝提出了更高的要求。如果藥品用手工進行包裝，勞動強度大，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。因此需采用自動包裝機來完成這些工作。包裝機械是現(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。隨著人類社會的進步，國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們越來越重視包裝的質(zhì)量、品種類型，包裝機械在包裝領(lǐng)域中起著重要的作用。包裝機械是使產(chǎn)品包裝實現(xiàn)機械化、自動化的根本保證。它能夠大幅度地提高生產(chǎn)效率；降低勞動強度，改善勞動條件；保護環(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，增強市場銷售的競爭力；由于包裝機械的計量精度高，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，增強了產(chǎn)品銷售的競爭力，可獲得較高的經(jīng)濟效益；延長產(chǎn)品的保質(zhì)期，方便產(chǎn)品的流通。包裝機械保證包裝產(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，因而獲得較強的市場競爭力，帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。自動包裝機堪稱為擁有漫長發(fā)展歷史和富有強大生命力的主導(dǎo)機型?，F(xiàn)已被各國視為前景較好的包裝機械。由于現(xiàn)有國產(chǎn)袋成型自動包裝機存在的軟硬件問題，并且缺少相應(yīng)的設(shè)計指導(dǎo)理論，所以對其進行研究改進是非常有意義的。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的精確控制以及封口質(zhì)量，本研究對整機結(jié)構(gòu)了解的基礎(chǔ)上針對縱封、橫封的封口形式完成了對薄膜輸送系統(tǒng)等關(guān)鍵部分硬件設(shè)計其在實際生產(chǎn)中也具有十分重要的指導(dǎo)意義。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀為滿足現(xiàn)代商品包裝多樣化的要求，目前國內(nèi)外開始不斷發(fā)展適應(yīng)多品種、小批量的通用包裝機械和設(shè)備，從而使得包裝機械的形式日趨增多。袋成型自動包裝機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，在一臺設(shè)備上自動完成制袋成型、計量充填、封合剪切等全過程的自動包裝設(shè)備。1.3.1國外袋成型包裝機發(fā)展現(xiàn)狀國外袋成型包裝機發(fā)展全面，優(yōu)勢明顯，主要特點有：結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。用一臺包裝機完成對不同物料的包裝時，利用原有機型的模塊化設(shè)計可在短時間內(nèi)迅速進行規(guī)格更換或轉(zhuǎn)換為其他包裝形式的機型，并為不同的計量系統(tǒng)提供了足夠的空間。包裝速度高速化。目前，國外的小袋包裝機單列包裝速度一般為30-80袋/分，近些年來很多公司推出的多列式包裝機（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，計量范圍150到450g，包裝速度120袋/分：日本橫濱電機制作所的YDE-70型四邊封合包裝機，計量范圍:0.5到30ml，可以2到10列，最高速度為800袋/分。結(jié)構(gòu)運動高精度化。由于采用各種新技術(shù)，如通過伺服電機、編碼器及數(shù)字控制、動力負(fù)載控制PLC等高精密執(zhí)行機構(gòu)控制各種動作，使整機的充填計量精度和制袋精度都有所提高。如日本東京自動機械的SIGMA3型粉末計量機，配有可調(diào)速驅(qū)動馬達，采用螺桿下料填充，最大充填為每次1.2kg，充填精度60.25%?？刂浦悄芑?、彈性化。國外大多機器都通過智能型控制儀表和觸摸屏上的菜單式應(yīng)用軟件對機器的各種參數(shù)進行跟蹤調(diào)整。電子顯示屏顯示切袋長度、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)能絕對保證包裝產(chǎn)品的印刷圖案正確。另外，機器可對工作過程進行在線狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷分析，一旦發(fā)生問題，自動停機，并顯示故障原因及解決方法。包裝形式多樣化。國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)市場的需要，具有更大的選擇空間。國外的袋包裝機執(zhí)行機構(gòu)和傳動系統(tǒng)趨于簡單，橫封、縱封等動作的執(zhí)行機構(gòu)都采用氣動原件，包裝動作簡捷快速，整機噪聲??；采用變頻調(diào)速裝置，實現(xiàn)無極變速，不僅調(diào)速范圍大、平滑性好、低速特性，而且可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，節(jié)電效果也十分明顯。1.3.2國內(nèi)袋成型包裝機的發(fā)展現(xiàn)狀我國包裝機械發(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，我國包裝機械的需要就像一座“金字塔”。對高、精、尖設(shè)備的需求就是塔尖，越尖端的設(shè)備需求越??；對中、低檔設(shè)備的需求就像“金字塔”底部，量大面廣，商機無限。隨著市場需求的不斷增加，九十年代后，我國袋成型自動包裝機有了較快的發(fā)展。通過參考國外產(chǎn)品，進行消化、吸收及自主開發(fā)、研制，技術(shù)上有了很大的提高，計量范圍從1g到1000g不等，特別是產(chǎn)品功能和自動化方面也有了長足的進步。我國通過參考國外同類型產(chǎn)品，進行消化、吸收及自主開發(fā)研制，技術(shù)上有了很大的發(fā)展和提高。我國現(xiàn)有的袋成型自動包裝機應(yīng)用廣泛，機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PLC和PC控制技術(shù)的不斷推廣和應(yīng)用，使袋成型自動包裝機的自動化程度得到了很大的提高。我國生產(chǎn)的袋成型自動包裝機以普通型、通用型為主，即在同一臺設(shè)備上，同一豎直方向上自動完成包裝袋成型、計量、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、顆粒物料、粉料、膏體、片劑、膨化食品等。充填計量方式一般為：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。國產(chǎn)中型袋包裝機多采用的橫封裝置是連續(xù)對輥式，其缺點是開機和關(guān)機時，在輥輪中間都要夾持部分包裝材料，既難于清洗又浪費材料。小型袋包裝機，橫封裝置采用的是扇形開合的封口方法，當(dāng)包裝袋的尺寸擴大后，其封口質(zhì)量難以保證?？陀^地講，我國生產(chǎn)的袋成型自動包裝機綜合性能與國外先進國家的產(chǎn)品還存在著很大差距。比較突出的問題是：機械加工工藝技術(shù)水平低；機構(gòu)動作的同步、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，自動化水平不高，自動化調(diào)節(jié)、自動化控制水平低；設(shè)備的可操控性差，維護保養(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自動包裝機存在的問題據(jù)調(diào)查，現(xiàn)有自動包裝機存在以下問題：1.包裝機長期存在著包裝材料輸送速度難以控制的問題，薄膜輸送速度不穩(wěn)，對袋長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)動慣量變化，造成包裝輸送時拉力不均勻，使得袋封長度變化，袋長控制精度不高。2.包裝精度（充填精度）低且工作時不穩(wěn)定。3.包裝速度低；目前國產(chǎn)包裝機的包裝速度，小袋包裝在60120袋/分之間，包裝速度超過80袋/分時包裝質(zhì)量將下降；中袋包裝為3560袋/分。國外設(shè)備的包裝速度以達到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)有的包裝機不能很好的達到國家的標(biāo)準(zhǔn)；包裝成品的封口強度低；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)壁上會吸附細(xì)小的被包裝物粉粒，若不除去會造成橫封口處封口不牢，嚴(yán)重影響包裝袋封口質(zhì)量。自動包裝機的橫封機構(gòu)運動形式的不合理，將導(dǎo)致封口質(zhì)量問題。傳統(tǒng)的包裝機的封口機構(gòu)，其作用封塊是扇形開合，封口部位熱封時間不同，導(dǎo)致封口處不平滑，部分灼化或者強度不夠。兩橫封快機構(gòu)采用左橫封快運動時，兩橫封快對包裝袋的作用力不同，會造成其封口不勻。而且封口周期長，包裝速度慢。1.4 本次設(shè)計的任務(wù)和設(shè)計內(nèi)容1.4.1設(shè)計內(nèi)容和要求全自動藥品包裝機工藝全過程包括：制袋、充填、封口、日期打印、切斷袋膜等，設(shè)計采用PLC對藥品包裝機工藝過程進行控制，實現(xiàn)手動、自動工作方式。1.4.2設(shè)計工作任務(wù)和工作量的要求（1）畫出PLC I/O端口接線圖，并按圖接線。（2）編制控制程序，并畫出梯形邏輯圖。（3）完成系統(tǒng)調(diào)試，實現(xiàn)控制要求。（4） 完成課程設(shè)計說明書。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計2.1袋成型自動藥品包裝機的機械結(jié)構(gòu)以及工作原理袋成型自動藥品包裝機是將具有熱塑性的包材經(jīng)加熱軟化制成包裝容器，在一臺設(shè)備上自動完成制袋成型、計量充填、封合剪切等全過程的自動包裝設(shè)備。該機主要由計量裝置、拉膜機構(gòu)、縱封機構(gòu)、橫封機構(gòu)、糾偏機構(gòu)等組成。機構(gòu)原理如圖2-1：圖2-1 機構(gòu)原理圖當(dāng)袋成型藥品自動包裝機整機運行時，拉膜電機啟動，通過傳動機構(gòu)帶動拉膜帶恒速連續(xù)運行，拉膜帶的速度可以按照包裝速度設(shè)定值自動調(diào)整。拉膜帶的內(nèi)測為齒形帶外側(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動。袋成型自動藥品包裝機的工作原理如圖2-2： 圖2-2 工作原理圖2.2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，而無需更換零件就可以使機械適應(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，以及物料填充計量裝置?？偠灾尚妥詣影b機的使用范圍極廣，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設(shè)計中也是重要的。塑料包裝的問世，引起了包裝機的革命。使包裝工藝、包裝技術(shù)發(fā)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，薄膜要受到較大的張力，一般來說，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度不夠，勢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)過程袋成型藥品自動包裝機的結(jié)構(gòu)適合于連續(xù)式自動包裝。從工藝上講，其包裝工作循環(huán)過程如圖2-3所示。工藝是連續(xù)的，只有在內(nèi)裝物供送時，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)過程2.2.4 包裝機原理框圖結(jié)合設(shè)計任務(wù)的功能要求以及包裝機的工作原理和工作過程，設(shè)計出包裝機的原理框圖，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擴展單元、檢測元件（光電開關(guān)和接近開關(guān)等）、操作面板（旋鈕開關(guān)、按鈕開關(guān)）、控制元件（交流接觸器和電磁閥）以及執(zhí)行元件（電動機和氣缸）等幾部分。操作面板作為設(shè)備控制的操作界面，接受來自操作人員的操作指令并指示設(shè)備的運行狀態(tài)；檢測元件檢測料位計量、投料結(jié)束信號，以及各部分的動作完成情況；PLC自動循環(huán)掃描各個輸入輸出點的當(dāng)前狀態(tài)，并根據(jù)梯形圖程序所確定的邏輯關(guān)系更新輸出點的狀態(tài)，通過斷通交流接觸器和換向電磁閥來控制電動機的啟停和氣缸的動作，從而完成從卷膜輸送到物料排出全過程的自動控制。3.2 操作面板的設(shè)計為滿足生產(chǎn)地需要，很多設(shè)備要求設(shè)置多種工作方式，本次設(shè)計的藥品包裝機同樣需要，系統(tǒng)設(shè)有手動、單周期、單步、連續(xù)和回原點5種工作方式。工作方式選擇開關(guān)的5個位置對應(yīng)于5種工作方式，操作面板左下部的8個按鈕時手動按鈕。為了保證在緊急情況下（包括PLC發(fā)生故障時）能可靠地切斷PLC的負(fù)載電源設(shè)置了交流接觸器。在PLC開始運行時按下“負(fù)載電源”按鈕，使KM線圈得電并自鎖，KM的主觸點接通給負(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 輸入輸出點分配自動包裝機工藝過程由袋成型、充填、封口、冷卻等幾部分組成，包裝機控制系統(tǒng)輸入信號有：啟動、停止及急停信號檢測，卷膜袋長色標(biāo)檢測，缺袋檢測，定量充填部分返回有無充填信號，橫封到位檢測，橫縱封結(jié)束檢測。輸出信號有：卷膜牽引啟動，卷膜橫封控制，防止過沖剎車控制，水冷卻控制，卷膜縱封控制，卷膜切刀控制，打印控制，拌料送料電機啟?？刂频?。綜合上述控制要求，并基于整個控制系統(tǒng)總成本及備用點考慮，本設(shè)計選用輸入24點、輸出24點的PLC基本單元。I/O點分配如下表：輸入端子說明輸出端子說明X0安全門限位Y0打印氣缸電磁閥X1擴展用Y1縱封氣缸電磁閥X2縱封到位檢測Y2動盤氣缸電磁閥X3擴展用Y3刮板氣缸電磁閥X4動盤到位檢測Y4橫封氣缸電磁閥X5料滿檢測Y5切刀氣缸電磁閥X6橫封到位檢測Y6走袋電動機X7擴展用Y7供料電動機X10手動Y10冷卻泵電動機X11回原點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X14連續(xù)Y14X15啟動Y15X16停止Y16X17供膜Y17X20打印Y20X21縱封Y21X22動盤移動Y22X23供料Y23X24刮板移動Y24X25橫封Y25X26切斷Y26X27擴展用Y273.4 PLC選型根據(jù)輸入輸出點數(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是三菱公司近年來推出的高性能小型整體式PLC,能實現(xiàn)高速運算,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,步進指令有2條,功能指令有298條。內(nèi)附高速計數(shù)器、內(nèi)部元件很豐富 ,是一種功能很強大的小型 PLC。由于其結(jié)構(gòu)緊湊小巧、執(zhí)行速度快、功能強大及性價比較高等特點,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需要對一些非開關(guān)量（色標(biāo)檢測、溫度檢測）進行監(jiān)控，普通的限位開關(guān)已經(jīng)不能滿足使用要求，因此此處選用變送器來轉(zhuǎn)換這些模擬量，再通過與PLC適配的A/D模塊將信號傳送到PLC內(nèi)部。該包裝機需要檢測三個模擬量即色標(biāo)檢測、橫封溫度檢測以及縱封溫度檢測，此處選用FX2N-4AD模擬量輸入模塊，該輸入模塊有4個通道可以同時接收并處理4個模擬量輸入信號最大分辨率為12位。通道1輸入色標(biāo)檢測量，通道2輸入縱封溫度檢測量，通道3輸入橫封溫度檢測量。在初始化程序中需要將這3個兩讀入PLC中。3.6 PLC外部接線及電機的驅(qū)動電路全自動藥品包裝機控制系統(tǒng)外部接線圖如圖3-3所示，依據(jù)選好的PLC型號和I/O分配表設(shè)計出系統(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)中需要多臺電動機。其中主電動機是走袋電動機，它給系統(tǒng)提供必需的膜，是保障系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵所在。供料電動機、冷卻泵電動機和空氣壓縮機等分別是給系統(tǒng)提供物料、冷卻和給電磁閥提供風(fēng)源的。橫封加熱管和縱封加熱管分別是給橫封運動和縱封運動提升溫度的。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，所以系統(tǒng)中還要運用交流接觸器來控制其通斷情況，為了防止過載等情況發(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4.1 步進指令編程的介紹全自動藥品包裝機控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計部分包括了系統(tǒng)控制流程圖和梯形圖程序的設(shè)計。有了程序的驅(qū)動整個控制系統(tǒng)才能按照設(shè)計要求動作，在梯形圖設(shè)計這一塊，要充分考慮各個部分要實現(xiàn)的功能等。對于復(fù)雜的控制要求使用步進指令（STL/RET）指令編程較為簡潔，用FX系列PLC的狀態(tài)繼電器編寫順序控制程序時，應(yīng)與STL指令一起使用。S0S9用于初始步，S10S19用于自動返回原點。使用STL指令的狀態(tài)繼電器的常開觸點稱為STL觸點，它是一種胖觸點，STL觸點驅(qū)動的電路塊有三個功能，即對負(fù)載的驅(qū)動處理、指定轉(zhuǎn)換條件和指定轉(zhuǎn)換目標(biāo)。步進指令的使用說明： 1）STL觸點是與左側(cè)母線相連的常開觸點，某STL觸點接通，則對應(yīng)的狀態(tài)為活動步； 2）與STL觸點相連的觸點應(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觸點可直接驅(qū)動或通過別的觸點驅(qū)動Y、M、S、T等元件的線圈； 4）由于PLC只執(zhí)行活動步對應(yīng)的電路塊，所以使用STL指令時允許雙線圈輸出（順控程序在不同的步可多次驅(qū)動同一線圈）； 5) STL觸點驅(qū)動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)計的是控制系統(tǒng)各部分的子程序，分別實現(xiàn)系統(tǒng)初始化、手動控制、自動回原點和自動控制，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、回原點、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)，可以簡化復(fù)雜的順序控制程序的設(shè)計工作。IST指令只能使用一次，它應(yīng)放在程序開始的地方，被它控制的STL電路應(yīng)放在它的后面。該藥品包裝機系統(tǒng)的初始化程序用來設(shè)置初始狀態(tài)和原點狀態(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，與工作方式開關(guān)對應(yīng)的X10X14中同時只能用一個處于ON狀態(tài)，必須使用選擇開關(guān)，以保證這5個輸入中不可能有兩個同事為ON。IST指令的執(zhí)行條件滿足時，初始狀態(tài)繼電器S0S2和下列狀態(tài)輔助繼電器被自動指定為一下功能，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M8043起動脈沖M8044回原點完成M8047STL監(jiān)控有效S0手動操作的初始狀態(tài)繼電器S1回原點操作的初始狀態(tài)繼電器S2自動操作的初始狀態(tài)繼電器 初始化程序如下： 圖4-2 初始化程序4.4 手動程序圖4-3是手動程序，手動操作時X17X26對應(yīng)的8個按鈕控制供膜、打印、縱封、動盤移動、供料、刮板移動、橫封、切斷。為了保證系統(tǒng)的安全運行，在手動程序中設(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、切斷時供膜電機不能運行，在供料時刮板不能移動，在橫封時切刀不能移動等，以免機械發(fā)生干涉。圖4-3 手動程序4.5 自動回原點程序由手動工作方式切換到自動工作方式之前必須滿足原點條件否則無法執(zhí)行，所以此處編寫一段回原點程序。自動返回原點結(jié)束后，用SET指令將M8043置為ON做為標(biāo)志?；卦c程序流程圖如圖4-4，自動回原點控制程序如圖4-5。該藥品包裝機的原點為安全門關(guān)閉、動盤到位、走袋電動機關(guān)閉。 圖4-4 自動回原點流程圖 圖4-5 自動回原點程序4.6 自動程序圖4-6是自動控制程序流程圖，圖4-7中是自動控制程序，能夠在原點條件滿足且切換到自動運行時，實現(xiàn)自動運行。自動程序能夠?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系統(tǒng)程序自動完成。工作方式的切換時通過特殊輔助繼電器M8040M8042實現(xiàn)的，IST指令自動驅(qū)動M8040M8042。 圖4-6 自動程序流程圖 圖4-7 自動控制程序第5章 結(jié)束語5.1方案綜合評價和結(jié)論本次課程設(shè)計完成了電氣控制系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計工作，可以實現(xiàn)手動、回原點、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)正常地運行。程序設(shè)計時結(jié)構(gòu)清晰，易于檢查和修改。而且為以后軟件的維護和改進提供了方便。對系統(tǒng)的可靠性進行了充分的考慮，加入了各種的保護措施，盡量消除了各種可能的事故隱患。PLC非常有利于小型自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)，用PLC作為下位機實現(xiàn)現(xiàn)場的信號輸入和實時控制，是執(zhí)行可靠，而且有效地實現(xiàn)了分散控制。設(shè)計完成之后，也發(fā)現(xiàn)本設(shè)計中存在著一些不足和需要改進的地方：1.本次控制系統(tǒng)中采用的是旋鈕開關(guān)和按鈕沒有采用觸摸屏，如果設(shè)計了觸摸屏，那么一些數(shù)值就能直接通過觸摸屏設(shè)置好，使系統(tǒng)動作更加精確。而且外觀也會更美觀；2.硬件設(shè)計中采用的電機等部件會發(fā)生過熱現(xiàn)象，如果加入聲音報警功能，即當(dāng)電機過熱時，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，達到提高反應(yīng)速度、降低故障危險性的目的。5.2體會和展望體會這次課程設(shè)計終于順利完成了，在設(shè)計中遇到了很多專業(yè)知識問題，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，在老師的身上我們學(xué)也到很多實用的知識，在次我們表示感謝!同時，對給過我?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)計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設(shè)計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西，比如Protel軟件的操作老師課上講過之后還很迷茫通過動手操作之后對它的使用就更加游刃有余了。認(rèn)識來源于實踐，實踐是認(rèn)識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。展望1.通過數(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；2.將拉膜機構(gòu)部分上添加拉力檢測裝置，然后對主軸電機的速度增加拉力控制，可更好地保證生產(chǎn)的順利進行；3.在計量系統(tǒng)方面，可以用單片機系統(tǒng)收集信息并返回PLC，并根據(jù)誤差變化調(diào)整充填電機的速度。也可將變頻器驅(qū)動電機改為步進電機驅(qū)動進料，以此提高包裝充填精度；4.由于本系統(tǒng)控制硬件仍有擴展余地，可考慮在此平臺上由現(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【1】李學(xué)忠，張國全.全自動包裝機PLC控制系統(tǒng)設(shè)計【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.廣州：正?？萍奸_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：機械工業(yè)出版社，2005.【4】周亮.袋成型自動包裝機控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究：【D】.湖北：武漢理工大學(xué).2009.畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書學(xué)生姓名指導(dǎo)教師職稱課題名稱基于三菱PLC的搖臂鉆床系統(tǒng)課題工作內(nèi)容1. 找出搖臂鉆床的資料,查找各類文獻資料,尋求解決方案2. 根據(jù)控制要求選定PLC型號,各類元器件型號,制表3. 編寫PLC程序梯形圖,并進行相關(guān)考證其可行性4. 整理本課題的論文及相關(guān)各類資料,并裝訂成冊指標(biāo)目標(biāo)要求(1) 熟練掌握可編程控制器基本結(jié)構(gòu)和外部接線方法。（2）熟練應(yīng)用可編程控制器的基本指令及相關(guān)上位編程軟件（3）熟練掌握梯形圖程序的輸入、調(diào)試、運行、監(jiān)控。（4）在設(shè)計中學(xué)習(xí)鍛煉，并獲得一定的設(shè)計經(jīng)驗。進程安排第一周 選擇課題,明確要求,研究和資料收集;第二周 確認(rèn)課題方案,進行課題設(shè)計;第三四周 進行軟件系統(tǒng)設(shè)計;第五七周 完成撰寫論文,檢查,修改并打印論文第八周 答辯;主要參與文獻(1)可編程控制器原理及應(yīng)用教程 清華大學(xué)出版社 J 主編 孫振強(2)PLC應(yīng)用開發(fā)技術(shù)與工程實踐 人民郵電出版社 J 編著求是科技地點 起止日期2014年5月1日2014年6月13日系主任： 指導(dǎo)教師：年 月 日 年 月 日說明：畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)課題的具體情況填寫，經(jīng)系部審核簽字后生效。27