《基于PLC藥品自動(dòng)包裝機(jī)設(shè)計(jì)》11000字【論文】

緒論1.1研究背景及意義包裝機(jī)在中國發(fā)展起步較晚。我國首臺(tái)全自動(dòng)藥品包裝機(jī)于20世紀(jì)90年代誕生[1]。在社會(huì)不斷改革與發(fā)展的今天，市場(chǎng)在擴(kuò)大，藥品包裝市場(chǎng)需求日益增加。通過去歐美日發(fā)達(dá)國家參觀、日本是發(fā)達(dá)國家，調(diào)研國外先進(jìn)產(chǎn)品，介紹最新的技術(shù)，并且經(jīng)過自身研究、消化、吸收并自行研制、設(shè)計(jì)、仿制，中國藥品包裝機(jī)生產(chǎn)技術(shù)及自動(dòng)化程度有較大發(fā)展。尤其對(duì)產(chǎn)品的功能、生產(chǎn)方法、控制精度、產(chǎn)品質(zhì)量等發(fā)生明顯變化。目前中國絕大部分醫(yī)藥包裝產(chǎn)品尚未達(dá)到上世紀(jì)七八十年代其他發(fā)達(dá)國家的水平。美、德、日等發(fā)達(dá)國家，藥品的價(jià)值在很大程度上要靠藥品包裝來實(shí)現(xiàn)，大約占25%左右，但在中國，這個(gè)比例比較低，在15%以下。國內(nèi)藥品包裝企業(yè)在裝備方面和國外相比，并沒有太大的差距，但是軟件環(huán)境存在很大的落差。出現(xiàn)這一差距，主要有以下幾個(gè)方面的原因，我國醫(yī)藥行業(yè)的總體水平較為滯后，生產(chǎn)技術(shù)落后，致使相關(guān)醫(yī)藥企業(yè)發(fā)展較為緩慢。盡管國內(nèi)醫(yī)藥企業(yè)眾多，但是生產(chǎn)規(guī)模不大，重復(fù)率較高。往往同一款藥品有很多企業(yè)生產(chǎn)，同時(shí)企業(yè)的管理能力較差、生產(chǎn)效率不高。另一方面醫(yī)院又是醫(yī)藥產(chǎn)品的銷售主體。多數(shù)藥物僅在醫(yī)院銷售，僅有的幾種藥物是在藥店銷售，從而制約著制藥公司包裝技術(shù)的提高。藥品包裝未變，很難推陳出新。從業(yè)者缺少中高檔人才，這也制約著醫(yī)藥包裝行業(yè)前進(jìn)與發(fā)展。制藥企業(yè)包裝工作多為手工，特別對(duì)某些較復(fù)雜的藥品進(jìn)行了分類、排序、添加。很多操作人員使得藥品的包裝工作沒有統(tǒng)一性、穩(wěn)定性。甚至有些制藥公司也采用了包裝機(jī)，他們也只是在一些環(huán)節(jié)上使用，而非將其應(yīng)用于包裝鏈的全過程。時(shí)代在進(jìn)步，人民生活水平得到極大改善，思想觀念上得到極大解放。越來越多的人開始關(guān)注包裝的品質(zhì)與品種。從而給藥品包裝提出新思路，不只是滿足單純的包裝與設(shè)計(jì)，并出于安全和健康的考慮，藥品自動(dòng)化包裝是時(shí)代潮流，如藥品仍象過去那樣靠工人人工包裝，便無法滿足人民群眾對(duì)健康的需求，而工人的手工包裝是勞動(dòng)密集的、速度緩慢，不可控因素多，產(chǎn)品質(zhì)量得不到保證，在生產(chǎn)效率方面也出現(xiàn)了一些問題，與經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展要求不相適應(yīng)。全自動(dòng)化藥品包裝機(jī)的發(fā)展帶來機(jī)遇，需要用設(shè)備替代完成這些工作[2]。包裝機(jī)標(biāo)志著包裝工業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化模式，在包裝工業(yè)中處于基礎(chǔ)地位。包裝機(jī)就是產(chǎn)品包裝達(dá)到現(xiàn)代化、機(jī)械化、智能化、自動(dòng)化的基本保證。藥品包裝機(jī)是包裝機(jī)械中最具代表性的一種機(jī)械，在藥品包裝生產(chǎn)過程中能夠顯著提升生產(chǎn)的質(zhì)量與效益，保護(hù)環(huán)境、節(jié)約原材料和生產(chǎn)成本，完善工作環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，這對(duì)于改進(jìn)包裝產(chǎn)品的質(zhì)量是十分重要的。先進(jìn)包裝機(jī)也有如下優(yōu)勢(shì)：產(chǎn)品包裝造型均勻整潔、美觀大方、計(jì)量精度高、封口緊的優(yōu)點(diǎn)。一臺(tái)好的藥品包裝機(jī)，不但可以提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，而且也可以以此來增強(qiáng)產(chǎn)品保質(zhì)期，這樣才能最大限度地提高產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益，便于產(chǎn)品流通。藥品包裝是否良好，它直接影響著醫(yī)藥產(chǎn)品的品質(zhì)與價(jià)值。因此對(duì)全自動(dòng)藥品包裝機(jī)進(jìn)行研究具有深遠(yuǎn)的意義[3]。1.2包裝機(jī)械行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1我國包裝機(jī)械行業(yè)現(xiàn)狀改革開放以后，我國包裝工業(yè)得到了迅速的發(fā)展。在后期發(fā)射階段，多數(shù)設(shè)備引進(jìn)國外設(shè)備，然后進(jìn)行加工、開發(fā)。80年代初，中國政府在機(jī)械產(chǎn)品目錄中沒有包裝設(shè)備，沒有獨(dú)立的包裝產(chǎn)業(yè)。70年代中期以前，我國包裝技術(shù)和包裝設(shè)備還比較落后。大部分食品公司主要采用包裝和批銷的手工方式，僅在某些方面使用機(jī)械包裝，如糖果和煙草，但是設(shè)備的結(jié)構(gòu)是這樣的。只是在技術(shù)上落后。這一行業(yè)從零開始，從小到大，逐步發(fā)展。二十多年來，我們?cè)讵?dú)立之初，積極吸收國外先進(jìn)技術(shù)。在包裝機(jī)械工業(yè)中，包裝的機(jī)械化和自動(dòng)化已引起世界矚目。發(fā)展初期形成了一套獨(dú)立的研究、設(shè)計(jì)、包裝設(shè)備生產(chǎn)系統(tǒng)。裝備的數(shù)量、種類和水平都有很大提高，已成為十大產(chǎn)業(yè)之一。我國的機(jī)械工業(yè)。同時(shí)由于多數(shù)企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)、技術(shù)專家與產(chǎn)業(yè)工人合作，新產(chǎn)品不斷產(chǎn)生改造。但中國還遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界先進(jìn)水平，尤其我國包裝機(jī)械生產(chǎn)中，尤以糧食、建材、化工、冶金及其他需加工工業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，材料浪費(fèi)大、能耗大。1.2.2目前我國包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的共性問題（1）產(chǎn)品質(zhì)量差距產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，我國包裝設(shè)備基本上是由國外引進(jìn)消化而成，外形大同小異，而用途卻千差萬別。（2）產(chǎn)品技術(shù)差距國外當(dāng)前的趨勢(shì)是智能化和遠(yuǎn)程控制盡管中國已在起步，但是離國外先進(jìn)技術(shù)水平仍有很大距離。（3）產(chǎn)品品種差距我國現(xiàn)有包裝材料1700多種，國外有3000多種。差別主要體現(xiàn)為高水平與高水平的產(chǎn)品之間的懸殊。據(jù)全國包裝行業(yè)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，雖有上述問題，但是中國包裝行業(yè)整體上是在正常發(fā)展中，得到了較為迅速的發(fā)展，結(jié)構(gòu)調(diào)整的變化，整體實(shí)力增強(qiáng)。（4）高起點(diǎn)企業(yè)少，低水平重復(fù)多就包裝機(jī)械行業(yè)而言，因?yàn)閲?、集體、民營企業(yè)的本質(zhì)是不一樣的，從資金、裝備、技術(shù)實(shí)力等等都有很大的不同，出發(fā)點(diǎn)也不同。通常情況下，多數(shù)企業(yè)設(shè)備水平不高、起點(diǎn)較低。舉例來說，某一地區(qū)約有100家生產(chǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單、規(guī)模較小的自動(dòng)大麻煙機(jī)的企業(yè)，在過去20年間變化不大。只因?yàn)橐M(jìn)專業(yè)產(chǎn)品。生產(chǎn)費(fèi)大幅度降低。其嚴(yán)重后果是市場(chǎng)被破壞、技術(shù)落后、企業(yè)自殺、產(chǎn)業(yè)損害等。（5）低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重，利潤空間小一些出口企業(yè)在發(fā)現(xiàn)國外市場(chǎng)的一些商機(jī)時(shí)，往往一哄而上，降低價(jià)格以搶奪顧客，不但無利可圖，而且還可能導(dǎo)致國外將我國產(chǎn)品作為反“傾銷”調(diào)查對(duì)象。一些包裝機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)眾多，低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致偷工減料、減少鋼號(hào)，以致耐磨性、耐蝕性大大下降。有的企業(yè)只是跟在別人后面看，看什么設(shè)備好，別人用什么設(shè)備賺錢就模仿什么設(shè)備，造成市場(chǎng)混亂。雖然市場(chǎng)需求巨大，但同區(qū)域內(nèi)的大量重復(fù)生產(chǎn)導(dǎo)致了低價(jià)的劇烈競(jìng)爭(zhēng)和利潤空間的狹小。1.3國內(nèi)外包裝機(jī)械研究現(xiàn)狀在經(jīng)濟(jì)全球化的推動(dòng)下，許多實(shí)力雄厚的制藥企業(yè)開始重視藥品包裝機(jī)的開發(fā)和使用。這一現(xiàn)象不僅發(fā)生在中國，也發(fā)生在其他國家[4]。由于發(fā)達(dá)國家在工業(yè)技術(shù)上領(lǐng)先于發(fā)展中國家，呈現(xiàn)出一種不平衡的狀態(tài)。有些發(fā)達(dá)國家的自動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)很成熟，例如德國、美國、日本，在藥品自動(dòng)包裝技術(shù)上處于任何一個(gè)國家領(lǐng)先地位。德國是工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，不愧為工業(yè)機(jī)器強(qiáng)國。包裝工業(yè)比較發(fā)達(dá)，藥品包裝機(jī)械出口大國。20世紀(jì)八九十年代，美國對(duì)藥品包裝的研究已經(jīng)起步。其主要研究領(lǐng)域?yàn)闄C(jī)電一體化控制及計(jì)算機(jī)及機(jī)械設(shè)備，其中，以機(jī)電一體化自動(dòng)控制研究投入最多，當(dāng)前，美國包裝機(jī)產(chǎn)量之多，種類之多均屬世界一流。在該行業(yè)發(fā)展中，日本亦領(lǐng)先于世界各國。以日本中小藥品包裝機(jī)為主。該公司制造的藥品包裝機(jī)具有高度自動(dòng)化，產(chǎn)品輕便、便于安裝和維修。國外對(duì)藥品包裝機(jī)研究的特點(diǎn)有以下幾個(gè)方面：（1）控制系統(tǒng)領(lǐng)域：達(dá)到了高效智能產(chǎn)品的目的[5]。利用智能機(jī)器設(shè)備可對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行展示與控制，包裝機(jī)還可對(duì)其本身誤差進(jìn)行檢查報(bào)警。（2）就運(yùn)行速度領(lǐng)域：在PLC技術(shù)日趨成熟的今天，在藥品包裝機(jī)中的使用范圍也在逐步拓展。PLC技術(shù)與其他機(jī)械設(shè)備相結(jié)合，在藥品包裝中的應(yīng)用，能夠?qū)Χ喾N機(jī)械操作進(jìn)行有效的控制，使得整個(gè)機(jī)械設(shè)備不管是在控制精度上，還是在移動(dòng)速度的準(zhǔn)確性上，均得到大幅度的提升。（3）自動(dòng)化程度的地區(qū)：美國、歐洲、日本和其他發(fā)達(dá)國家的公司在包裝系統(tǒng)中運(yùn)用了很多高新技術(shù)，提升包裝機(jī)自動(dòng)化程度，達(dá)到無人操作的目的。同國外包裝水平相比較，我國包裝技術(shù)仍存在著許多問題：（1）改善產(chǎn)品性能。由于我國工業(yè)化體系的不健全，部分先進(jìn)機(jī)械設(shè)備仍需引進(jìn)，低水平機(jī)械生產(chǎn)，裝備功能簡(jiǎn)單，不能滿足各種規(guī)格產(chǎn)品包裝的需要[6]。（2）包裝技術(shù)水平不高。國內(nèi)醫(yī)藥包裝企業(yè)較少，所生產(chǎn)產(chǎn)品與國際不符，國際市場(chǎng)份額較小，特別是高端產(chǎn)品。由于我國基本國情的影響和人們對(duì)基本生活需求的日益增長(zhǎng)，使得我國包裝機(jī)械對(duì)高精密設(shè)備的需求相對(duì)較小，而對(duì)于中、低精度、能滿足普通包裝生產(chǎn)要求的包裝機(jī)械的需求量較大，對(duì)包裝機(jī)械的需求量較大，對(duì)包裝機(jī)械的需求量較大。國內(nèi)一些大型包裝機(jī)械廠家加大投入，吸收國外先進(jìn)包裝技術(shù)，進(jìn)行自主研發(fā)設(shè)計(jì)，從而使我國包裝設(shè)備得到了長(zhǎng)足發(fā)展，技術(shù)水平顯著提高。在我國，有50多家大型包裝設(shè)備制造商，但大部分生產(chǎn)水平仍比較低，自動(dòng)化程度和技術(shù)含量參差不齊，包裝設(shè)備的生產(chǎn)也各不相同，有的還模仿成熟的生產(chǎn)工藝。我國包裝技術(shù)創(chuàng)新目前還沒有受到專業(yè)品牌抄襲的嚴(yán)重影響。目前，國內(nèi)包裝產(chǎn)品的包裝技術(shù)水平與國外相比還有很大差距，但仍存在很多不足。2基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1包裝機(jī)的工作原理包裝機(jī)有一個(gè)電動(dòng)機(jī)三個(gè)執(zhí)行構(gòu)件（一個(gè)送料、一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)控制運(yùn)輸爪的升降、一個(gè)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)控制往復(fù)運(yùn)動(dòng)）。根據(jù)推板定長(zhǎng)計(jì)數(shù)將香煙進(jìn)行疊裝，第1，3行擺7根，中間的一行擺6根，3列為一盒，在此過程中，推板的長(zhǎng)度應(yīng)滿足大于（n-1）b而小于nb，一般取L=（n-0.5）b（mm）。推板的高度H=（0.8到1.2）h，h為物料的高度。在此過程中，推板每第2次推時(shí)，必需要稍微傾斜一點(diǎn)這樣就可使包裝時(shí)第2層為6根，且在包裝盒中有間隙，則再重新退回到原先的位置。2.2包裝機(jī)的工藝分解全自動(dòng)藥品包裝機(jī)集供膜、裝膜、封膜、切膜、斷袋膜、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、打印日期、包裝和其他功能集一身的裝置[7]。這種材料有以下原理：先把膜固定到合適的地方，通過輸送帶驅(qū)動(dòng)薄膜向前運(yùn)動(dòng)。在其操作至材料容器的底部，傳感器收到信號(hào)。這時(shí)漏斗上的傳感器就完成了材料的測(cè)試。電氣控制系統(tǒng)對(duì)進(jìn)料機(jī)啟停進(jìn)行自動(dòng)控制，使料經(jīng)進(jìn)料容器進(jìn)入袋膜內(nèi)。物料裝填好后封膜于封膜機(jī)。通過打印機(jī)后，成品包裝的藥品通過，能自動(dòng)打印生產(chǎn)日期，包裝工序結(jié)束后，即可計(jì)數(shù)并打包。系統(tǒng)工作原理見圖2-1：圖2-1工作原理藥品包裝機(jī)控制系統(tǒng)輸入信號(hào)有：薄膜檢測(cè)、物料檢測(cè)、封裝檢測(cè)、打印日期檢測(cè)、位置檢測(cè)，等等?？刂葡到y(tǒng)輸出信號(hào)有：輸送電機(jī)、物料電機(jī)、封膜加熱管、打印電磁閥、產(chǎn)品計(jì)數(shù)器和自動(dòng)包裝機(jī)。藥品包裝控制系統(tǒng)主要分為供膜模塊、供膜模塊、封膜模塊、日期打印模塊、計(jì)數(shù)模塊和包裝系統(tǒng)。其中，在上述模塊中，封膜部分主要包括對(duì)封膜刀進(jìn)行溫度控制、縱向封膜運(yùn)動(dòng)與橫向封膜運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。對(duì)藥品封膜工作結(jié)束之后，要用封膜刀剪開藥品包裝膜。在高強(qiáng)度的工作方式下，相對(duì)于PLC控制而言，傳統(tǒng)繼電器部分動(dòng)作精度不足，所以經(jīng)廣泛思考，PLC控制為最優(yōu)方案[8]。具有穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性、靈活性強(qiáng)、速度快。就控制系統(tǒng)而言，通過不同傳感器進(jìn)行信號(hào)采集，以PLC為工具，控制執(zhí)行器的運(yùn)行模式。全自動(dòng)藥品包裝機(jī)系統(tǒng)主要以PLC為核心。以便更加精確地進(jìn)行判斷與調(diào)控，需采用光電、電容與溫度傳感器用于對(duì)系統(tǒng)內(nèi)不同信號(hào)進(jìn)行采集，例如，系統(tǒng)中封膜刀發(fā)出膜信號(hào)、位置信號(hào)、壓力信號(hào)、計(jì)數(shù)信號(hào)與溫度信號(hào)的關(guān)系。選擇24V電源保證系統(tǒng)及傳感器穩(wěn)定工作。同時(shí)選擇熱繼電器，避免電路過載。系統(tǒng)運(yùn)行方式等：按動(dòng)啟動(dòng)按鈕時(shí)，系統(tǒng)才能正常工作，完成它所設(shè)置的任務(wù)，按壓復(fù)位按鈕時(shí)，系統(tǒng)返回初始位置，等待后續(xù)的操作指令。該裝置處于真實(shí)的運(yùn)行狀態(tài)，綜合各方面條件的出現(xiàn)從而針對(duì)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)出3種停止方式，分別為正常停車、暫時(shí)停止與緊急停止，借此確保系統(tǒng)安全性，同時(shí)兼顧了控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度，藥品包裝機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行模式為循環(huán)，裝置停止應(yīng)該是接到操作人員指令或裝置失效時(shí)。此外，系統(tǒng)在執(zhí)行預(yù)設(shè)定后，還能正常駐留[9]。2.3基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)總框圖圖2-2包機(jī)控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成示意圖如PLC所示，PLC包括CPU，輸入/輸出，檢測(cè)元件（各種傳感器、接近開關(guān)等），控制元件（AC）、電磁閥、執(zhí)行元件（馬達(dá)）、觸摸屏等。操作員向設(shè)備發(fā)出指令，如：?jiǎn)?dòng)，功能切換等.探測(cè)元件探測(cè)物料的位置、投料結(jié)束訊號(hào)、指針訊號(hào)及各機(jī)械裝置的動(dòng)作?？删幊炭刂破靼凑粘绦蛩O(shè)定的控制關(guān)系，對(duì)各個(gè)輸入/輸出位置進(jìn)行循環(huán)掃描，并能自動(dòng)進(jìn)行狀態(tài)更新。在啟動(dòng)和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，觸摸屏輸入控制信號(hào)，以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備，如緊急信號(hào)發(fā)射和故障處理方法，以及啟動(dòng)和關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)接觸交流接觸器和電磁閥的主要用途，主要用于包裝材料到運(yùn)輸材料的運(yùn)輸，然后在整個(gè)過程結(jié)束前進(jìn)行打包工作。觸摸屏觸摸屏檢測(cè)元件控制元件執(zhí)行元件中央處理器單元CPU輸入輸出（I/O）單元圖2-2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總框圖3基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)基于PLC的包裝機(jī)硬件設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)見圖3-1。圖3-1硬件總體結(jié)構(gòu)圖按下啟動(dòng)鍵，電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，輸送帶開始裝袋。檢測(cè)到盒子A后，高速計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。在數(shù)到1000脈沖的時(shí)候，箱體正好到達(dá)封箱機(jī)下面進(jìn)行封箱，此時(shí)傳送帶繼續(xù)工作。在封箱過程中，箱體繼續(xù)向前推進(jìn)，在封箱機(jī)停止之前，需要500次脈沖脈沖。箱體向前推進(jìn)，當(dāng)計(jì)數(shù)脈累計(jì)300次時(shí)，噴碼機(jī)開始噴碼，噴碼時(shí)間為6秒，完整的工作流程已經(jīng)完成。按下停止按鈕使電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，輸送機(jī)不再傳送包裝箱和速度計(jì)不再計(jì)數(shù)。3.1PLC的選型可編程控制器是一種專門用于工業(yè)環(huán)境中進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算的電子設(shè)備。該系統(tǒng)使用可編程存儲(chǔ)器來儲(chǔ)存邏輯指令、順序指令、時(shí)間指令、運(yùn)算指令與算術(shù)，可以用數(shù)字輸入、輸出或者模擬輸入，以達(dá)到在不同機(jī)器或者生產(chǎn)過程中運(yùn)行的目的。當(dāng)前的plc擁有許多不同的功能和指導(dǎo)，但它們都是以微處理器為核心的專門的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。它們的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作的方法大致相同。這種設(shè)備的結(jié)構(gòu)類似于小型計(jì)算機(jī)，它的中央部件是CPU、RAM、只讀存儲(chǔ)器、輸入/輸出方式、電源、輸入/輸出擴(kuò)充介面等。隨著PLC技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已能完成以下控制功能：（1）狀態(tài)調(diào)節(jié)作用；又稱“邏輯控制”或“順序控制”，指用PLC非命令替代繼電器觸點(diǎn)串聯(lián)方式、并聯(lián)和其他邏輯連接，達(dá)到開關(guān)控制的目的。（2）計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)的控制。所謂狀態(tài)控制功能就是用PLC所提供的定時(shí)器、計(jì)數(shù)器完成一些操作，不需要定時(shí)器計(jì)數(shù)器就可以。（3）數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理功能指PLC具有數(shù)據(jù)傳輸、比較、移位、數(shù)制轉(zhuǎn)換、算術(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、編碼、解碼。（4）步控功能。stepController函數(shù)表示具有步驟指令以操作多個(gè)處理器。目前的步驟才會(huì)結(jié)束，以便對(duì)程序進(jìn)行后續(xù)控制，將步進(jìn)控制器更換為裝置。（5）模數(shù)和數(shù)字模擬功能。數(shù)值模擬和數(shù)值模擬功能是通過數(shù)字仿真模塊將模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)值。（6）動(dòng)作控制功能。通過高速計(jì)數(shù)器和位置控制模塊，運(yùn)動(dòng)控制功能是指單輪或多軸運(yùn)動(dòng)控制。（7）技術(shù)過程管理職能。工藝控制功能是指用PIDPLC指令或控制模塊實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、速度、成本等物理參數(shù)的封閉循環(huán)。（8）增強(qiáng)功能。擴(kuò)充功能是指將輸入輸出模塊（t.e.擴(kuò)展模塊）連接起來，增加不同的智能模塊和特殊功能模塊，以增強(qiáng)plc的控制。（9）遠(yuǎn)距離輸入輸出功能。遠(yuǎn)距離的輸入輸出功能是連接遠(yuǎn)端輸入輸出設(shè)備，通過遠(yuǎn)距離輸入輸出裝置與主機(jī)plc相連。（10）通信網(wǎng)功能。通訊網(wǎng)絡(luò)功能包括：plc網(wǎng)絡(luò)、plc與上位機(jī)通訊、遠(yuǎn)程輸入控制、數(shù)據(jù)交換等功能。（11）監(jiān)測(cè)功能意味著，plc能夠追蹤系統(tǒng)的工作狀態(tài)和進(jìn)程，追蹤信號(hào)和記錄系統(tǒng)中的異常情況，甚至是自動(dòng)關(guān)機(jī)；也可在網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)程序中調(diào)節(jié)并改變定時(shí)器設(shè)置及計(jì)數(shù)器值或者強(qiáng)制輸入輸出狀態(tài)?？删幊炭刂破饔布?個(gè)模塊：中央處理器（CPU）模塊、內(nèi)存模塊（RAM）模塊、I/O模塊以及編程器模塊。方案結(jié)構(gòu)可以劃分為兩大部分：（1）監(jiān)視程序：本系統(tǒng)自帶的程序，用于控制PLC的操作（2）使用者程式：使用者所寫的程式，用以控制所受控制的系統(tǒng)之操作。PLC具體結(jié)構(gòu)圖如圖3-2：圖3-2PLC結(jié)構(gòu)圖在應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)中，PLC選擇得當(dāng)非常關(guān)鍵。不同的機(jī)型分別與其結(jié)構(gòu)類型、性能、能力，指令系統(tǒng)、編程方式和價(jià)格相對(duì)應(yīng)。國產(chǎn)PLC以西門子、AB、歐姆龍、三菱、臺(tái)達(dá)為主。本論文針對(duì)下列因素，選取了特定PLC模型：（1）結(jié)構(gòu)型式：PLC的結(jié)構(gòu)類型以整體式和模塊化。機(jī)床的I/O點(diǎn)集中于PLC,CPU，很難進(jìn)行擴(kuò)充，主要應(yīng)用在工藝流程比較簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)中；功能模塊以模塊化的方式分布，易于擴(kuò)充。I/O點(diǎn)的種類繁多，數(shù)量眾多，拓展靈活，使用方便。主要應(yīng)用在大型操作系統(tǒng)中。（2）安裝方式：PLC可以分為集中式、遠(yuǎn)端輸入/輸出、分布式和其他形式，這取決于安裝的方式、可編程控制器網(wǎng)絡(luò)。集中式方式無需安裝遠(yuǎn)距離裝置，系統(tǒng)反應(yīng)快，成本低；遠(yuǎn)距離輸入輸出系統(tǒng)設(shè)備分布廣泛，遠(yuǎn)距離輸入輸出裝置分散，使得連接更加方便；分布式應(yīng)用程序可在同一時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)多個(gè)PLC網(wǎng)絡(luò)，獨(dú)立管理多個(gè)設(shè)備。（3）功能要求：普通PLC的邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、定時(shí)和記憶功能能達(dá)到一般控制的要求。（4）響應(yīng)速度：在自動(dòng)化領(lǐng)域中，PLC作為通用控制器，各級(jí)控制器響應(yīng)速度相差較大，少則數(shù)毫秒，多則數(shù)百毫秒。通過分析控制需求，選用適當(dāng)?shù)目刂破鳎扇〉霉δ芎徒?jīng)濟(jì)相統(tǒng)一的好效果。（5）型號(hào)統(tǒng)一：某一裝置控制系統(tǒng)型號(hào)要盡量均勻，做到裝置通用性好、易采購、易交流、資源共享?？傊疚倪x用西門子s7-200plc為核心控制芯片對(duì)包裝機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。它具有以下特點(diǎn)：一是邏輯指令中包含著大量函數(shù)指令。其命令超過了200條，不但能實(shí)現(xiàn)普通邏輯控制，也能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制、位置控制與模擬，能夠?qū)ψ冾l器電機(jī)的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)直接的控制。二是快速的CPU運(yùn)算能力。每個(gè)基礎(chǔ)指令的執(zhí)行速率約為0.22微秒。三是用戶程序具有較大的存儲(chǔ)能力。適用于復(fù)雜的控制及數(shù)據(jù)的處理。四是具有V4.0step7-micro/WINSP3的功能。本系統(tǒng)是西門子公司基于S7-200PLC開發(fā)的一款軟件，它的主要功能是為使用者提供控制程序，并可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)使用者的程序運(yùn)行。五是強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力.CPU226具有兩個(gè)RS485接口，可以直接與PC機(jī)或觸摸屏進(jìn)行連接，而無需插頭。S7-200系列輸入電路的連接顯示為3-3。當(dāng)執(zhí)行輸入電路時(shí)，主要需要連接輸入元件和相應(yīng)的輸入點(diǎn)，再根據(jù)輸入繼電器將信息傳送給PLC。PLC在輸入信號(hào)采樣階段能夠得到需要的信息，只需要改變輸入組件狀態(tài)即可改變輸入繼電器狀態(tài)。圖3-3輸入信號(hào)采集回路一般情況下，輸出界面可分為繼電輸出、提利斯輸出和提利斯輸出。各輸出電路均采用弧形技術(shù)，外部供電，輸出電流0.5~2A，負(fù)載特性對(duì)輸出電流的影響較大。輸出電路為PLC負(fù)載控制電路，輸出電路連接如圖3-4所示。負(fù)載根據(jù)輸入點(diǎn)與供電端相連，構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，通過輸入點(diǎn)PLC的切換來實(shí)現(xiàn)負(fù)載的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到對(duì)負(fù)載的作用。根據(jù)輸入點(diǎn)的技術(shù)指標(biāo)及對(duì)其性能的需求，確定了負(fù)荷的選取標(biāo)準(zhǔn)。圖3-4輸出回路的連接3.2噴碼機(jī)的選型在噴碼設(shè)備的選型中，要從控制系統(tǒng)中獲取批號(hào)、生產(chǎn)日期等信息，通訊是噴碼裝置的重要作用，要保證噴碼裝置上的信息清楚、容易辨認(rèn)，就必須采用大型噴碼機(jī)。按照上述要求，以及噴碼的速度、品質(zhì)、設(shè)備成本及其他因素，最后選用偉迪捷公司的VideoJet2120噴碼機(jī)，這種噴碼機(jī)能夠清楚地打印出不同種類的包裝材料、字體與條形碼。噴碼機(jī)可根據(jù)需要打印單線和雙線字符。字符的高度可以按需調(diào)節(jié)，裝有大型存儲(chǔ)器。3.3傳感器的選型（1）光電傳感器在分析了各種位移近開關(guān)的工作機(jī)理、工作條件及工作特性的基礎(chǔ)上，針對(duì)包裝過程中所處的工作條件和要求，選用了一種新型的光電接近開關(guān)，以最大限度地降低工作條件對(duì)其測(cè)量準(zhǔn)確率的影響。最后，選擇BannerQS18系列聚焦式光電傳感器，具體型號(hào)為QS18VP6CV45Q5。（2）旋轉(zhuǎn)編碼器在本課題中，用一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器（encoder）來控制設(shè)備的旋轉(zhuǎn)。如果需要提升包裝層，設(shè)備中的一對(duì)齒輪相互相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)90度。在裝置位置安裝位移傳感器，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)齒輪對(duì)角度的控制。角動(dòng)量傳感器根據(jù)實(shí)際情況選用了倍加福增量型光電旋轉(zhuǎn)編碼器RVI58L。3.4電機(jī)的選型對(duì)包裝機(jī)而言，所謂傳輸方式，就是機(jī)械設(shè)備中能量傳遞方式。動(dòng)力傳動(dòng)通常采用鏈條傳動(dòng)和皮帶傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)等。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)可分為三大類，即液壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)與電動(dòng)傳動(dòng)。實(shí)際上，機(jī)械部分主要是用電驅(qū)動(dòng)作為動(dòng)力，執(zhí)行機(jī)械結(jié)構(gòu)以完成特定的傳輸過程。內(nèi)燃機(jī)是一種常用的能量傳遞裝置，主要由異步引擎、步進(jìn)引擎、伺服引擎等組成。感應(yīng)驅(qū)動(dòng)器是一種把電能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能的電磁裝置。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，主要用于驅(qū)動(dòng)力矩，以及作為電力設(shè)備或各種機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)力。三相異步發(fā)動(dòng)機(jī)性能好，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，操作可靠，重量輕，使用范圍廣，使用方便。步進(jìn)電機(jī)是當(dāng)今數(shù)字程控系統(tǒng)中的重要執(zhí)行器，也是開環(huán)控制中的一種。其原理就是把電脈沖變成角位移，以及由脈沖頻率及個(gè)數(shù)控制電機(jī)移動(dòng)距離，使得電機(jī)收到脈沖后，能夠按一定角度移動(dòng)，即步距角。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)要求具有將直流電轉(zhuǎn)變成分時(shí)電源的脈沖信號(hào)，并利用多相定時(shí)控制電流，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作。是一種用于對(duì)伺服系統(tǒng)各機(jī)械部件進(jìn)行操作的引擎，是輔助馬達(dá)的非直接換檔機(jī)構(gòu)。伺服系統(tǒng)利用電壓訊號(hào)轉(zhuǎn)換成力矩或速度來驅(qū)動(dòng)受控對(duì)象，以達(dá)到準(zhǔn)確的位置及速度等參數(shù)。采用伺服電機(jī)構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，將運(yùn)動(dòng)部分反饋的運(yùn)動(dòng)結(jié)果與預(yù)置指令進(jìn)行比較，進(jìn)一步校正運(yùn)動(dòng)結(jié)果，提高系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度。這種伺服電機(jī)的特點(diǎn)是：（1）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩高；（二）運(yùn)行范圍廣泛；（3）無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。針對(duì)該工程中包裝機(jī)動(dòng)作過程中的需要，對(duì)于運(yùn)動(dòng)精度的要求并不太高，因此選擇三相異步電機(jī)，電機(jī)的具體型號(hào)為R37FDT71D4/BMG/HF/ASB1/0.37KW。3.5I/O地址分配控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)啟動(dòng)、復(fù)位、停止按鈕1個(gè)，50、70、90按鈕各1個(gè)，光電傳感器3個(gè)，電感傳感器3個(gè)，現(xiàn)場(chǎng)傳感器1個(gè)，總計(jì)13個(gè)；輸出信號(hào)有夾緊電磁閥三個(gè)，指示燈三個(gè)，封膜機(jī)、貼標(biāo)機(jī)、裝箱機(jī)各一個(gè)，總計(jì)15個(gè)。針對(duì)藥品包裝機(jī)系統(tǒng)控制需求，已知期望輸入信號(hào)及輸出信號(hào)?？傊盘?hào)分布表見表3-1：表3-1I/O分配表輸入系統(tǒng)輸出系統(tǒng)符號(hào)地址名稱符號(hào)地址名稱SB1I0.0復(fù)位按鈕YV1Q0.0夾緊1電磁閥SB2I0.1啟動(dòng)按鈕YV2Q0.1夾緊2電磁閥SB3I0.2停止按鈕YV3Q0.2夾緊3電磁閥SB4I0.350顆按鈕KA1Q0.3傳送帶電機(jī)變頻器SB5I0.470顆按鈕KA2Q0.4落藥電磁閥SB6I0.590顆按鈕KA3Q0.5封模機(jī)SQ1I0.6光電傳感器1KA4Q0.6貼標(biāo)機(jī)SQ2I0.7光電傳感器2KA5Q0.7裝箱機(jī)SQ3I1.0光電傳感器3SSRQ1.0加熱器SQ4I1.1電感傳感器1HL1Q1.150顆指示SQ5I1.2電感傳感器2HL2Q1.270顆指示SQ6I1.3電感傳感器3HL3Q1.390顆指示SQ7I1.4到位傳感器HL4Q1.4運(yùn)行指示HL5Q1.5停止指示HL6Q1.6報(bào)警指示4基于PLC的包裝機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)控制流程圖設(shè)計(jì)圖4-1所示為該包裝機(jī)的控制系統(tǒng)的控制流程，在使用之前，首先確定安全門是否關(guān)閉，并對(duì)控制裝置進(jìn)行檢查，如果出現(xiàn)異常，程序?qū)o法正常工作，并將報(bào)警和顯示，便于操作人員進(jìn)行故障診斷。然后進(jìn)行操作模式的判定，在自動(dòng)操作的情況下，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)程序邏輯循環(huán)工作。開始開始安全門關(guān)好？運(yùn)行方式選擇自動(dòng)運(yùn)行？運(yùn)行是否正常周期運(yùn)行是否停止報(bào)警顯示手動(dòng)運(yùn)行報(bào)警顯示程序結(jié)束NNNNYYY圖4-1系統(tǒng)控制流程圖4.2梯形圖設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的梯形圖可分為以下幾個(gè)部分：（1）初始化程序：當(dāng)按下外部常開按鈕時(shí)，I0.0的電源接通，Q0.0的置位線圈收到信號(hào)才有輸出。當(dāng)松開外部常開按鈕時(shí)，此時(shí)I0.0斷開沒有接通，電源信號(hào)斷開系統(tǒng)失電，此時(shí)Q0.0置位線圈依然還是有輸出，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的自鎖功能。直到有復(fù)位信號(hào)時(shí)，線圈才會(huì)停止工作。當(dāng)外部常閉按鈕沒有信號(hào)接通時(shí)，復(fù)位線圈沒有獲得信號(hào)不會(huì)輸出。初始化程序如圖4-3：圖4-3初始化程序（2）傳送帶運(yùn)行程序：當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕I0.1，傳送帶程序收到運(yùn)行指令Q1.4開始運(yùn)作。傳送帶上的電感傳感器I1.2和I1.3，到位傳感器I1.4，傳送帶電機(jī)Q0.3自動(dòng)啟動(dòng)并工作。傳送機(jī)運(yùn)行程序如圖4-4：圖4-4傳送機(jī)運(yùn)行程序（3）啟停程序：按下啟動(dòng)按鈕I0.1，Q1.4得電，系統(tǒng)運(yùn)行按下停止按鈕I0.2，Q1.4失電，這樣實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的啟停。其中I0.1為啟動(dòng)按鈕，I0.2為停止按鈕，Q1.4為控制輸出端。啟停程序如圖4-5：圖4-5啟停程序（4）產(chǎn)品計(jì)數(shù)程序：I1.4用于計(jì)數(shù)產(chǎn)品的光電傳感器，當(dāng)接受到運(yùn)行指示Q1.4的信號(hào)后開始運(yùn)作，在檢測(cè)產(chǎn)品時(shí)，當(dāng)光電傳感器檢測(cè)到產(chǎn)品。完成作一次計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)完成數(shù)量達(dá)到5以后，機(jī)械手開始拾取產(chǎn)品。指令執(zhí)行，計(jì)數(shù)重置，準(zhǔn)備下次計(jì)數(shù)。產(chǎn)品計(jì)數(shù)程序如圖4-6：圖4-6產(chǎn)品計(jì)數(shù)程序5系統(tǒng)調(diào)試5.1硬件調(diào)試接線后，切勿勿匆匆忙忙地接上電源，認(rèn)真查看各個(gè)軟體元件的插腳是否有短路，錯(cuò)接，脫線，接觸不良，虛焊，漏焊等情況。檢修完畢后，起動(dòng)電源，觀察其運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)不正常時(shí)應(yīng)立刻關(guān)掉主電源，并及時(shí)關(guān)掉所有的電力，并認(rèn)真地進(jìn)行檢測(cè)。正反兩面都做了相同的實(shí)驗(yàn)，直至恢復(fù)正常，再檢查一下設(shè)備的各個(gè)方面有沒有毛病，再按照常規(guī)的時(shí)間檢測(cè)1次或者2次或者3次。5.2軟件調(diào)試程序的編譯，連接，執(zhí)行，發(fā)現(xiàn)并消除程序中的語法和邏輯上的差錯(cuò)。在執(zhí)行完編輯器之后，請(qǐng)查看是否有邏輯上的問題。常見的程序錯(cuò)誤有：程序失控、中斷、輸入、輸出、結(jié)果等，并根據(jù)各種錯(cuò)誤的發(fā)生情況，采取相應(yīng)的處理方法，及時(shí)查找錯(cuò)誤，糾正程序，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)行。5.3調(diào)試注意事項(xiàng)在籌備調(diào)試過程中，首先需進(jìn)行認(rèn)真目視檢查，檢查焊接時(shí)有無短路，引腳連接不正確等現(xiàn)象，查看元件型號(hào)有無擺放不正確，第一腳放錯(cuò)、漏裝、漏裝等等，再用萬用表測(cè)一下每個(gè)電源電阻有無短路及引腳接錯(cuò)。試運(yùn)行期間，要保持平和的態(tài)度。出現(xiàn)問題是正常的，所要做到的是多多對(duì)比，多多分析，逐步消除可能出現(xiàn)的各種理由，堅(jiān)信“凡事都有辦法解決