装瓶机的智能控制系统设计研究

杨帆 许衍彬

【摘 要】目前社会上有常用的两种装药系统一种是转盘式，另一种是电子式，这两种系统在药品的包装与种类上都存在不足，通常应用在小型瓶装时就会出现计数不准确等问题而且在生产中成本比较高需要设计一个控制系统满足生产需求。故使用PLC作为药片自动装瓶机的控制系统。因为现实的生产中存在药片数量不能够保证准确性的问题，本设计利用毛刷式下斗机当作下药机构就可以有效的控制药片数量。使用步进电机作为传送机构保证运行的稳定性，用PLC控制电磁继电器的下药斗为便于控制下药，在装药过程中利用IO口读入光电药片计数器的状况，通过返回的信号检测药片数量。采用了THB7128作步进电机驱动器它可以节约IO资源，驱动器可以更好的控制步进电机，这样还达到了传送带和下药斗同步工作。利用不同的装药数量组合搭配提高了系统了的适应能力不用修改程序通过使用外部的按钮来改变药片数量。使用PLC作为控制系统可以对驱动器、电磁阀、等进行精准控制可以提高系统自动化程度，使装药的各个环节实现联动。PLC的外部硬件接线简单，降低了系统的在出现困难时的维修难度，操作简单提高了工作效率。

【关键词】光电对管;步进电机;智能控制

1 绪论

随着技术的进步，PLC的使用也更加普遍，制药行业的应用包含其中，自动装瓶机的应用及发展发挥主要作用。目前有成熟的自动装瓶机PLC技术已经应用在自动包装药片上。为了使自动药片装瓶机的运行得到监控可以利用PLC技术经过通信协议直接控制电机的工作状态，还可以依据需求自行调整装药时间，这样即避免了浪费资源又提高了产品质量。设计使用FX2N系列PLC达到对系统功能的控制进而控制药片自动装瓶机。

由于手工瓶装的过程中人工需要与药品直接接触，长时间接触药品会伤害身体，首先药片自动装瓶机不同于手工装瓶，药片自动装瓶机避免了药品和人的直接接触，防止了由于人为原因带来的对药片产生污染，也使药片的质量与人体的健康都具有了保障。使用自动装瓶机能够达到这种性能要求要也避免了由于人工的不当处理，自动装瓶机降低了药片装瓶包装的劳动强度与成本提高了生产效率，弥补了目前市场上制剂生产能力不足，医院配制制剂不能满足市场需求的缺点。

2 系统方案设计

自动装瓶机可以分成四个部分：主传动部分、数粒部分、自动供盖封盖部分、自动供瓶部分。通过PLC控制这四个机构运作实现从药瓶的传送、药品的数量计量、药品装瓶后的密封等要求。主传动部分负责产线的运输过程，药片数量计量，瓶子的封盖，产品的传输都在主传动部分完成。供瓶部分负责使瓶子经料斗通过振动机进入震动通道，通道里用三组气缸动作使药瓶能够在预定的时间进入到传送链，此时数粒部分在药瓶到达规定位置后数粒的圆盘经步进电机带动旋转到设定的角度从料斗里挑选出设定的药片数量，经光电传感器进入到药瓶。

在选择好将要装入瓶中的药片数量后，按下系统的启动按钮，系统通电，皮带机在电动机M的拖动下开始转动，药瓶进入皮带机经过5s后到达下药斗下方准备装药，皮带机停止运行。装有药品的装置由电磁阀Y开启，药片通过光电传感器记录经过的药片数量。当药片的数量到达程序规定的数量后电磁阀Y就会被关闭，电机带动皮带重新运转，装药完成，如果在装药途中想要改变装药数量，只有此时皮带机上药瓶中的药片数量达到规定值时，从后一个药瓶开始改变，正在装药的药瓶药片数量不受影响。假如系统的停止按钮在装药途中被按下，系统不会立即停止，只有当此刻药瓶中数量达到规定数值时控制系统才会停止运转。故本系统采用两路IO口的PLC控制装药部分的电磁阀和主传动部分。利用药片经过光电传感器而返回系统的信号对装入的药片进行计数。为了完成对装药数量的监控使用了三路IO口读取装药数量。

3 系统硬件设计

硬件设计方案需要参考自动装瓶机的控制功能需要。该设计包括步进电机、下药斗、皮带机、电磁阀、光电传感器等选型与设计。对于机型的选择不仅仅需要达到系统功能的基本标准，还需要最大程度上满足系统可靠性、性能价格比良好、维护使用方便性等优点。考虑因素包括以下几个方面;首先结构合理，根据环境条件、工艺和维护范围，选用不同结构的PLC.其次要求功能強大，不同的PLC在控制速度、开关量控制方面都不同。然后需要机型统一，PLC有整体式和模块，这两种模式都有各自适合的领域但是因为整体式功能通常具有不足之处所以通常比较大的都采用模块式控制系统。最后考虑环境适应性要设计一个系统首先要有明确的控制方案，在根据设计需求为系统选择合适的PLC型号，根据实际情况算出所需的输入输出点数确定PLC作用，选择合适容量的存储器与外部器件，选出适合的PLC并设计符合要求的控制系统。

方便其药片数量的设置，适合多种装药需求。通过查找资料可知，常规的瓶装式药片数量有20片、30品、40片由上述分析可知，目前的装药机分为电子计数式和转盘式装药方式，瓶装式为药品的主要包装方式，在一些要求高精度的场所适合使用转盘式，但是它的成本高，而且它的构造复杂维修困难，不适合大量投入使用，所以本次设计不采用转盘式。带式装药机不适合高精度场所但是它机构简单工作效率高，可以满足本次设计需求。

本次设计需要达到药片自动装瓶的目的还要保证装入瓶中药片数量的准确性，使用带式装瓶能够应用于不同的装药需求，药片的数量方便设置，可以实现向每一个药瓶都装入规定数量的药片。在供盖封盖部分，药瓶的瓶盖由供盖机排好，由气缸动作钳起瓶盖，气缸经步进电机带动带着瓶盖来到药瓶上空，为了使瓶盖对准瓶口，发生不封口不严或者漏封。使用限位块方案，气缸组动作完成封盖动作，这需要对瓶盖与瓶口的距离精准把控。因为丝毫的误差就会造成无法封盖或者密封不严甚至没有封盖造成严重事故。

4 实验结果分析

在制药工业中有很多种药品包装产品，自动药片装瓶机可以实现药物的装填。采用PLC作为主控制系统。利用手动选择装药数量后开始装药，其中药片的数量有多种选择，当药瓶到达指定位置时药品下落经光电传感器计数，在药片数量到达规定的数量后停止装药，药瓶在装完所需的药片数量后开始封盖。通过PLC控制系统的运行完成从药品出料、药片计数、药片装瓶的过程，实现了药片自动装瓶机的设计要求，达到了药片自动装瓶的目的且系统达到了预期效果，PLC在整个系统负责各个环节的运行，利用PLC实现了自动化流程，使用PLC让生产机械化，减少了人为因素带来生产问题，减少药片受到污染，同时减少了工作强度，也避免了人与药物直接的长时间接触带来的伤害，提高了生产效率让药品的供应可以满足国内市场需求。

对于判断药品是否完整没有破碎，设备无法在装药过程中急停，在装药数量上还需要手动按钮选择，有着些许的不足，在未来的工作中会改进这些不足之处，自动药片装瓶机的优点远远大于它的不足，自动装瓶机PLC的硬件接线简单便于维护，软件系统可以根据实际的需求进行更改。

参考文献

[1]廖常初.PLC基础及应用[M].北京：机械工业出版社，2017.

[2]吕景泉.可编程控制器及其应用[M].北京：机械工业出版社，2016.

[3]郁汉琪.电气控制与可编程序控制器应用技术[M].南京：东南大学出版社，2015.