PLC藥品自動灌裝機的設計.doc

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1、 目錄 第1章 引言 1 1.1藥品罐裝機的發(fā)展歷程 1 1.2藥品罐裝機的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3藥品罐裝機發(fā)展中所面臨的問題 2 1.3.1 從產(chǎn)品質(zhì)量、性能及應用方面看國產(chǎn)藥品罐裝機的差距 2 1.3.2 從整個行業(yè)看藥品罐裝機所存在的問題 2 1.4 藥品罐裝機的發(fā)展趨勢 3 1.4.1 實現(xiàn)罐裝自動化 3 1.4.2 環(huán)保設計 3 1.5控制要求 4 1.6總體結(jié)構設計 4 第2章 系統(tǒng)硬件設計 6 2.1 硬件選擇 6 2.2 PLC選擇 6 2.2.1 PLC定義 6 2.2.2 PLC的基本結(jié)構和功能 7 2.2.3 PLC的功能 8 2.2.

2、4 PLC的工作原理及方式 9 2.2.5 SIMATIC S7工業(yè)軟件 10 2.3 S7-200系列PLC的硬件配置 10 2.3.1 基本單元 11 3.3.2 擴展單元 11 2.4 傳感器選擇與設計 12 2.4.1 光電開關的原理 12 3.4.2 光電開關應用設計 13 2.5 數(shù)碼顯示部分設計 14 2.6 電機的選取 15 2.6.1 M1電機的選取 15 2.6.2 M2電機的選取 16 2.6.3 M3電機的選取 18 2.7 繼電器的選擇 19 2.8 變頻器的選擇 20 2.8.1 變頻器的控制電路 20 2.8.2 變頻器與PLC的

3、連接 22 第3章 軟件設計 23 3.1程序流程圖 23 3.2功能實現(xiàn) 24 3.3梯形圖說明 26 第4章 結(jié)論 28 參考文獻 29 致 謝 30 附 錄 31 2 第1章 引言 隨著社會的進步和需求，越來越多的企業(yè)每年投入大量資金和技術對罐裝機進行技術改造，取得了良好的效果。用PLC模塊、變頻驅(qū)動技術、操控監(jiān)控設備等組成控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)編程輸入、人機交互、自動化加工的控制方式，擴大加工能力，減少故障，提高效率，已成為企業(yè)進行技術改造的有效方式。 1.1藥品罐裝機的發(fā)展歷程 早期的藥品生產(chǎn)罐裝工序主要是采用手工包裝，后來隨著科學技術的發(fā)展，人們逐漸采用

4、機械化罐裝。20 世紀70~80 年代左右，科技水平獲得了飛速發(fā)展，隨著社會的進步，藥品罐裝材料的質(zhì)量及藥瓶制作工藝等方面的技術有了更高的要求，需要罐裝機進一步改造，使得全自動罐裝機開始得到了應用與推廣。此時，藥品罐裝機改變了國外產(chǎn)品一統(tǒng)天下的局面，國產(chǎn)藥品罐裝機開始面市并獲得了廣泛的應用。20 世紀90 年代，上海某公司生產(chǎn)的HDZ-60 型全自動罐裝機首次在全國亮相，一些生產(chǎn)量大的制藥生產(chǎn)企業(yè)相繼開始采用國產(chǎn)的全自動藥品罐裝機來代替手工包裝，掀起了研制與生產(chǎn)功能更加全面的全自動藥品罐裝機高潮。 1.2藥品罐裝機的發(fā)展現(xiàn)狀 近代，市場上藥品罐裝機種類繁多、數(shù)量齊，已基本可滿足廠家生產(chǎn)的各

5、種藥品罐裝的需求。按照不同的分類方法，可將我國生產(chǎn)的全自動罐裝機分成好幾種類：1、若從罐裝機速度來分可分為3 類：第1 類為低速型；第2 類為中高速型；第3 類為高速型。2、若按罐裝類的不同，可分為泡罩板型、針劑瓶型、軟膏管型與其它型全自動罐裝機等；在國內(nèi)藥廠占有率方面，國產(chǎn)藥品罐裝機的占有率大約3 成左右。許多規(guī)模較大的藥品生產(chǎn)廠家仍以采用進口的藥品罐裝機為主，造成這一現(xiàn)象原因是國產(chǎn)藥品罐裝機的綜合性能指標達不到制藥廠家所要求的緣故。 1.3藥品罐裝機發(fā)展中所面臨的問題 1.3.1 從產(chǎn)品質(zhì)量、性能及應用方面看國產(chǎn)藥品罐裝機的差距 （1）在質(zhì)量方面，由于藥品自動罐裝機是制藥機械中較為

6、復雜的機械，它包羅了機、電、氣、光和其它技術于一體，而目前國內(nèi)藥品裝盒機制造廠無論是產(chǎn)品的最初設計水平，還是后來的加工與裝配水平，都與國外同行有著十幾年的差距，無法生產(chǎn)出真正有競爭力的產(chǎn)品。 （2）在適應性方面，國產(chǎn)自動藥品罐裝機的功能比較單一，適應面也比較窄，對待裝藥品的形狀與體積等均有較嚴格的規(guī)定，一般只適用于一二種藥品，而國內(nèi)同一藥品生產(chǎn)企業(yè)所生產(chǎn)的藥品規(guī)格各不相同，產(chǎn)量也不同，這就給相關工作帶來一定的困難。而國外藥品罐裝機生產(chǎn)廠商特別注重這方面的問題，他們所生產(chǎn)的設備功能更加靈活多變，適用范圍也更廣。 （3）在運行可靠性方面，進口自動裝盒機也要高出國產(chǎn)一截，部分國產(chǎn)藥品裝盒機的故障

7、率較高。因此，許多藥品生產(chǎn)企業(yè)不得不購買多臺國產(chǎn)自動裝盒機，以防因維修機器而影響正常生產(chǎn)。 （4）在工作效率方面，由于國產(chǎn)藥品罐裝機的運行速度大多在中低檔水平，且自動化程度一般，其生產(chǎn)效率自然不如以生產(chǎn)高檔產(chǎn)品著稱的國外同類產(chǎn)品，這樣就等于無形中增加了企業(yè)的成本，降低了企業(yè)的利潤，造成了極大的浪費?？傊壳皣a(chǎn)藥品自動裝盒機還存在著適應包裝物種類單一、紙盒尺寸的變化范圍小、生產(chǎn)速度普遍停留在中低速水平等不完善之處。 1.3.2 從整個行業(yè)看藥品罐裝機所存在的問題 藥品罐裝機的研制是一個復雜的系統(tǒng)工程，需要有雄厚的技術力量、精密的生產(chǎn)工藝等多方面的要求，而目前我國在這方面的投入甚少，行業(yè)

8、中的產(chǎn)品生產(chǎn)與基礎研究經(jīng)費的投入比例嚴重失調(diào)，生產(chǎn)廠家只顧眼前利益，不愿投入資金進行基礎研究?？梢哉f，藥品罐裝機的研發(fā)力量薄弱與經(jīng)費嚴重不足造成其技術含量低下，無法與國外同類產(chǎn)品競爭，且只能靠低價維持其市場競爭力，無法長期占領市場的現(xiàn)狀。 在行業(yè)中，藥品罐裝機低水平重復太多，應變能力不強，國內(nèi)的大部分生產(chǎn)廠商規(guī)模都很小，且大多生產(chǎn)同種類型的設備，在市場上進行低價惡性競爭，而一旦遇上市場要求變動，又無法及時轉(zhuǎn)型，從而極易被市場所淘汰。 1.4 藥品罐裝機的發(fā)展趨勢 1.4.1 實現(xiàn)罐裝自動化 自動罐裝已成為一種發(fā)展趨勢，現(xiàn)在的罐裝自動化只能說是初級階段，要實現(xiàn)真正的自動化會碰到很多問題，

9、比如傳感器等問題。對各種不同的藥品在檢測過程中所碰到的問題，此時，這就需要各行各業(yè)的共同努力。 目前制藥機械企業(yè)已經(jīng)開始用伺服電機控制代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傳動系統(tǒng)，即可以通過程序的編寫來控制整個動作的同步，又可以消除傳統(tǒng)傳動系統(tǒng)容易形成積累誤差的缺點，在調(diào)試的過程還可以對每個動作單步運行。在自動化的設計中我們主要是“模塊化”設計，將相關動作由系統(tǒng)獨立控制，又可實現(xiàn)整體控制，實際上是增加了調(diào)節(jié)的靈活性，提高了自動化程度。在對醫(yī)療罐裝機械進行自動化控制上。整體自動化罐裝車間的設計，實際上是對藥品罐裝提供一套完整的罐裝解決方式。 1.4.2 環(huán)保設計 從環(huán)保的方面看，自動罐裝機械尤其處于萌芽時期，更加需

10、要改進。泡罩罐裝機采用的無邊沖裁，它既是藥品廠家的節(jié)約之舉，也是社會資源的節(jié)約，同時還減少了環(huán)境污染。剛剛修訂過的《固體環(huán)境污染防治法草案》,草案的實施對過度包裝問題提出了具體的限制，雖然仍不完善，但這說明國家已經(jīng)將包裝所引起的環(huán)境問題提到日程上來了。據(jù)統(tǒng)計，包裝垃圾已經(jīng)占到生活垃圾的30%，而這些垃圾絕大部分都是過度包裝。順著這個思路思考一下醫(yī)藥包裝機械的整體狀況，就會發(fā)現(xiàn)我們距離“綠色包裝”有多遠。我們應當遵守這樣一條原則：減少一切可以避免的，一切廢品都是浪費，都可能對環(huán)境造成污染。在這條原則的下，我們需要從結(jié)構、工藝組合及原材料等方面相結(jié)合，來設計我們的罐裝機械，使其更加環(huán)保。 1.5

11、控制要求 （1）罐裝機啟動以后傳輸電機運行，控制器應檢測瓶子是否到位和下料盤是否有足夠的藥粒，只有這兩個條件都滿足才能啟動下料電機。 （2）罐裝機在運行中一旦檢測不到瓶子或下料盤的藥粒不足，立即停車并發(fā)出警報；停車后經(jīng)手動復位系統(tǒng)才能恢復運行。 （3）為了能夠調(diào)節(jié)罐裝速度，罐裝機的下料電機采用變頻調(diào)速。 （4）為了提高罐裝速度，擋瓶氣缸和進瓶氣缸動作應迅速。 （5）具有緊急停車的功能。 1.6總體結(jié)構設計 藥粒自動罐裝機的結(jié)構簡圖如圖1.1所示。藥粒自動罐裝機由機架，傳輸機構，下料機構，供電機構和控制器等部分組成。藥粒自動罐裝機的傳輸帶由傳輸電機拖動，用于傳送將要罐裝的瓶子，下料

12、機構包括下料電機、下料盤、下料道和出料口。下料盤由下料電機拖動，將下料盤上的藥粒送到下料道，再經(jīng)出料口裝入藥瓶中。供料機構是用于向下料盤提供藥粒的機構（圖1.1未畫出）。藥粒自動罐裝機有3個傳感器，一個是藥瓶傳感器，用作檢測傳輸帶上是否有瓶子；一個是下料傳感器，用于檢測下料盤的每一等份的藥粒是否全部掉進下料道，在這里我們選用檢測距離為10mm的接近開關作為下料傳感器；最后一個是料位傳感器，用于檢測下料盤是否需要供料，這里我們采用一個自動的雙位控制開關為料位傳感器，安裝在下料盤中。藥粒自動罐裝機的簡單工作過程如下：藥品罐裝機啟動后，傳輸電機運行，傳輸帶動待罐裝的瓶子送到出料口，在出料口的左右兩端

13、裝有兩個氣缸，一個是進瓶氣缸，另一個是的擋瓶氣缸，當進瓶縮回而擋瓶氣缸伸出時，傳送帶動瓶子送到出料口，然后進瓶氣缸再伸出，將位于出料口的瓶子鎖定位置，為瓶裝做好準備。瓶子到位后，下料電機啟動運行，帶動下料盤旋轉(zhuǎn)。下料是一個分成幾個等份而每等份鉆有數(shù)目相同的圓孔的圓盤，小料盤傾斜安裝，起上方為欲裝瓶藥粒，起下方是一塊刻有一個下料孔的圓板。當小料盤旋轉(zhuǎn)（伴隨震動）時藥粒掉入圓板，每個圓孔攜帶一個藥粒使預定數(shù)目的藥粒隨下料盤一起轉(zhuǎn)動，當圓孔經(jīng)過下料孔時藥粒下落的下料道，經(jīng)出料口裝入瓶內(nèi)。這樣，下料盤的每一等份經(jīng)過出料口后，在下一等份換沒有到達出料口之前就已該等份的藥粒經(jīng)出料口裝入子。待該等份的藥粒全

14、部進入瓶子。擋瓶氣缸縮回，放走這個已罐裝的瓶子，完成該瓶子的罐裝流程。已罐裝的瓶子離開后。擋瓶氣缸伸出同時進瓶氣缸縮回，下一個瓶子進入工位，準備裝接下料盤的下一個等份的藥粒，開始新的工作循環(huán)。 圖1.1藥品自動罐裝機結(jié)構圖 第2章 系統(tǒng)硬件設計 2.1 硬件選擇 根據(jù)以上灌裝過程描述，系統(tǒng)共需要6輸入點，8輸出點，下料傳感器，瓶子傳感器，料位傳感器，啟動按鈕，停止按鈕，復位按鈕。 表2-1 輸入/輸出地址分配 輸入設備 元件代號 輸入點地址 輸出設備 元件代號 輸出點地址 下料傳感器 SB1 I0.0 下料繼電器 KM1 Q0.0 瓶子傳感器

15、 SB2 I0.1 傳輸繼電器 KM2 Q0.1 料位傳感器 SB3 I0.2 供料繼電器 KM3 Q0.2 啟動按鈕 SB4 I0.3 進瓶氣缸 Y1 Q0.3 停止按鈕 SB5 I0.4 擋瓶氣缸 Y2 Q0.4 復位按鈕 SB6 I0.5 運行指示燈 HL1 Q0.5 故障指示燈 HL2 Q0.6 報警器 HA Q0.7 2.2 PLC選擇 2.2.1 PLC定義 可編程控制器是60年代末發(fā)明

16、的工業(yè)控制器件，是美國數(shù)字公司為美國通用公司研制開發(fā)并成功應用于汽車生產(chǎn)線上．當時人們把這第一臺可編程控制器做可編程序邏輯控制器PLC或PC，只是用來取代繼電接觸控制，僅有執(zhí)行繼電器邏輯、計時、計數(shù)等較少的功能。70年代中期出現(xiàn)了微處理器和微型計算機，人們把微機技術應用到可編程控制器中，使得它兼有計算機的一些功能。不但用邏輯控制編程取代了硬件連線邏輯，還增加了運算，數(shù)據(jù)傳送與處理及對模擬量進行控制等功能，使之真正成為一種電子計算機工業(yè)控制設備。 2.2.2 PLC的基本結(jié)構和功能 PLC的基本結(jié)構 PLC實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機，它采用了典型的計算機結(jié)構，主要 由CPU、R

17、AlI、輸入輸出接口電路等組成，其硬件結(jié)構基本上與微型計算機相同，其基本結(jié)構如圖2．1所示： 編程器 微處理器 系統(tǒng)程序存儲器 用戶程序存儲器 用戶被控設備 輸出部件 輸出部件 電源部件 圖2.1 PLC基本組成 (1)輸入部件 這是PLC與輸入控制信號連接起來的部件。輸入部件接受從開關、按鈕、繼電器觸點和傳感器等輸入的現(xiàn)場控制信號，并將這些信號轉(zhuǎn)換成中央處理器能夠接受和處理的數(shù)字信號。 (2)輸出部件 這是PLC與被控設備連接起來的部件。輸出部件接受進過中央處理器處理過的輸出數(shù)字信號，并將它轉(zhuǎn)換成被控設備或顯示裝置所能接受的電壓或電流信號，驅(qū)動接觸器、電磁閥和指

18、示器件等。 (3)中央處理單元 中央處理單元包括微處理器、系統(tǒng)程序存儲器和用戶程序存儲器。微處理器 是PLC的核心部件，整個眥的工作過程都是在中央處理單元的統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下 進行的，它的主要任務是按一定的規(guī)律和要去讀入被控對象的各種工作狀態(tài)，然 后根據(jù)用戶所編制的應用程序的要求去處理有關數(shù)據(jù)，最后在向被控對象送出相 應的控制信號。 (4)電源部件 電源部分將外部接入的交直流電源轉(zhuǎn)換成CPU、存儲器等電子電路工作所需的直流電源。PLC的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要得作用，它的好壞直接影響PLC7的功能和可靠性。如果沒有一個良好的、可靠得電源系統(tǒng)是無法正常工作的， 因此PLC的制

19、造商對電源的設計和制造也十分重視。目前大部分PLc使用開關式穩(wěn)壓電源。 (5)編程器 編程器是PLC必不可少的重要外圍設備。主要用于對用戶程序進行輸入、檢查、調(diào)試和修改，并用來監(jiān)視PLC的工作狀態(tài)。 2.2.3 PLC的功能 PLC系統(tǒng)一般由以下基本功能構成： (1)控制功能 邏輯控制：眥具有與，或、非、異或和觸發(fā)器等邏輯運算功能，可以代替繼 電器進行開關量控制。 定時控制：它為用戶提供了若干個電子定時器，用戶可自行設定：接通延時、 關斷延時和定時脈沖等方式。 計數(shù)控制：用脈沖控制可以實現(xiàn)加、減計數(shù)模式，可以連接碼盤進行位置檢測。 順序控制：在前道工序完成之后，就轉(zhuǎn)入下一

20、道工序，使一臺PLC可作為多部步迸控制器使用。 (2)輸入／輸出接口調(diào)理功能 具有A／D，D／A轉(zhuǎn)換功能，通過I／o模塊完成對模擬量的控制和調(diào)節(jié)．位數(shù)和精度可以根據(jù)用戶要求選擇。具有溫度測量接口，直接連接各種電阻或電偶。 (3)編程、調(diào)試等 使用復雜程度不同的手持、便攜和桌面式編程器、工作站和操作屏，進行編程、調(diào)試、監(jiān)視、試驗和記錄，并通過打印機打印出程序文件。 2.2.4 PLC的工作原理及方式 最初研制生產(chǎn)的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的。繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼

21、電器所有的觸點(包括其常開或常閉觸點)在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作．PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時問一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms。因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式—掃描技術。這樣在對于I／0響應要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結(jié)果上就沒有什么區(qū)別了。 PLC是采用“順序掃描，

22、不斷循環(huán)”的方式進行工作的．即在PLC運行時，CPU根據(jù)用戶按控制要求編制好并存于用戶存儲器中的程序，按指令步序號(或地址 號)作周期性循環(huán)掃描，如無跳轉(zhuǎn)指令，則從第一條指令開始逐條順序執(zhí)行用戶 程序，直至程序結(jié)束。然后重新返回第一條指令，開始下一輪新的掃描。在每次掃描過程中，還要完成對輸入信號的采樣和對輸出狀態(tài)的刷新等工作。 PLC的一個掃描周期必經(jīng)輸入采樣、程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。見圖2．2。 第N-1個掃描周期 第N個掃描周期 第N+1個掃描周期 用戶程序執(zhí)行 輸出刷新 輸出刷新 圖2.2 PLC掃

23、描周期示意圖 2.2.5 SIMATIC S7工業(yè)軟件 西門子的工業(yè)軟件分為二個不同的種類： （1）編程和工程工具 編程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于編程、組態(tài)、模擬和維護等控制所需的工具。STEP 7標準軟件包SIMATIC S7是用于S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制產(chǎn)品的組態(tài)編程和維護的項目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平臺上運行的S7-200系列PLC的編程、在線仿真軟件。 （2）基于PC的控制軟件 基于PC的控制系統(tǒng)WinAC允許使用個人計算機作為可編程序控制器（PLC）運行用戶的程序，

24、運行在安裝了Windows NT4.0操作系統(tǒng)的SIMATIC工控機或其它任何商用機。WinAC提供兩種PLC，一種是軟件PLC，在用戶計算機上作為視窗任務運行。另一種是插槽PLC（在用戶計算機上安裝一個PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC與SIMATIC S7系列處理器完全兼容，其編程采用統(tǒng)一的SIMATIC編程工具（如STEP 7），編制的程序既可運行在WinAC上，也可運行在S7系列處理器上。 2.3 S7-200系列PLC的硬件配置 S7-200系列PLC可提供4種不同的基本單元和6種型號的擴展單元。其系統(tǒng)構成包括基本單元、擴展單元、編程器、存儲卡、寫入器、文本顯示器等

25、。 2.3.1 基本單元 S7-200系列PLC中可提供4種不同的基本型號的8種CPU供選擇使用，其輸入輸出點數(shù)的分配見表2-2： 表2-2 S7-200系列PLC中CPU22X的基本單元 型 號 輸入點 輸出點 可帶擴展模塊數(shù) S7-200CPU221 6 4 — S7-200CPU222 8 6 2個擴展模塊 78路數(shù)字量I/O點或10路模擬量I/O點 S7-200CPU224 14 10 7個擴展模塊 168路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點 S7-200CPU226 24 16 2個擴展模塊 248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量

26、I/O點 S7-200CPU226XM 24 16 2個擴展模塊 48路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點 3.3.2 擴展單元 S7-200系列PLC主要有6種擴展單元，它本身沒有CPU，只能與基本單元相連接使用，用于擴展I/O點數(shù)，S7-200系列PLC擴展單元型號及輸入輸出點數(shù)的分配如表2-3所示。 表2-3 S7-200系列PLC擴展單元型號及輸入輸出點數(shù) 類 型 型 號 輸入點 輸出點 數(shù)字量擴展模塊 EM221 8 無 EM222 無 8 EM223 4/8/16 4/8/16 模擬量擴展模塊 EM231 3 無 EM232

27、 無 2 EM235 3 1 2.4 傳感器選擇與設計 光電式傳感器是自動藥品罐裝機在藥粒灌裝生產(chǎn)線上的一個關鍵設備, 藥粒灌裝的準確性,將直接影響生產(chǎn)線的生產(chǎn)質(zhì)量,所以高速準確計數(shù)是光電式自動藥品罐裝機的關鍵技術。目前,在粒狀藥品灌裝生產(chǎn)線上,廣泛采用的是模板式的計數(shù)系統(tǒng),當改變每一瓶的灌裝量時,需要換不同的計數(shù)模板, 并且該種系統(tǒng)的灌裝效率越來越不能滿足使用廠家的要求,希望有一種高效灌裝的計數(shù)方法.本文介紹的光電式自動藥品裝瓶數(shù)粒機系統(tǒng)就是為了滿足粒狀藥品高速灌裝生產(chǎn)線的需要設計的.本系統(tǒng)采用的光電計數(shù)方式是當今藥粒灌裝生產(chǎn)線上被大量使用的最新技術.該種光電式自動藥品裝瓶數(shù)粒機

28、計數(shù)準確, 提高了生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量。 2.4.1 光電開關的原理 光電開關是傳感器大家族中的成員，它把發(fā)射端和接收端之間光的強弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化以達到探測的目的。由于光電開關輸出回路和輸入回路是電隔離的，所以它可以在許多場合得到應用。光電開關（光電傳感器）是光電接近開關的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路選通電路，從而檢測物體有無的。物體不限于金屬，所有能反射光線的物體均可被檢測。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強弱或有無對目標物體進行探測。多數(shù)光電開關選用的是波長接近可見光的紅外線光波型。光電開關是由發(fā)光源和受光器兩部分組成

29、。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端，常見的發(fā)光源為發(fā)光二極管，受光器為光敏二極管、光敏三極管等等。在輸入端加電信號使發(fā)光源發(fā)光，光的強度取決于激勵電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實現(xiàn)了電一光一電的轉(zhuǎn)換 圖2.3 光電開關工作原理圖 光電開關一般都具有良好的回差特性，因而即使被檢測物在小范圍內(nèi)晃動也不會影響驅(qū)動器的輸出狀態(tài)，從而可使其保持在穩(wěn)定工作區(qū)。同時，自診斷系統(tǒng)還可以顯示受光狀態(tài)和穩(wěn)定工作區(qū)，以隨時監(jiān)視光電開關的工作。

30、3.4.2 光電開關應用設計 這里要采用對射式光電開關，由一個發(fā)光器和一個收光器組成。若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大。它的檢測距離可達幾米至幾十米。使用時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關控制信號。實際應用如圖2.4。 L H 光電傳感器 快門 藥粒 圖2.4 藥粒計數(shù)結(jié)構圖 西門子PLC有增計數(shù)和減計數(shù)兩種模式。這里我們對光電傳感器的輸出脈沖進行增計數(shù)。 2.5 數(shù)碼顯示部分設計 在PLC上有很多指示燈，可以觀察PLC的CPU單元，I/O單元，特殊單元及通信單元的工作情況。但PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)PL

31、C本身無法顯示。 為此，要用PLC的外設如簡易編程器，數(shù)據(jù)訪問器，高檔及低檔人機界面等，可以通過PLC的外設口與PKC相連，用以顯示與修改PLC的內(nèi)部數(shù)據(jù)。但是這些設施價格較貴，而且使用不方便。 此外，還可以使用輸出點驅(qū)動數(shù)碼管做數(shù)據(jù)顯示，而且數(shù)碼管還可以通過數(shù)據(jù)脈沖選通的方法顯示數(shù)據(jù)，以節(jié)省輸出點的使用。數(shù)碼管顯示分為動態(tài)顯示和靜態(tài)顯示，為了接生I/O口，我們采用動態(tài)數(shù)碼顯示。接口如圖3.3從圖知，每個數(shù)碼管都有4個8421二進制碼輸入端，每個管的這4個端又分別相連。8421端與PLC的4個半導體的輸出點相接（繼電器觸點速度低，而且不適合經(jīng)常通斷，故不適于顯示數(shù)據(jù)）.圖中每個數(shù)碼管分別有

32、一個選通信號輸入端。 圖2.5 數(shù)碼管顯示圖 StrobeA,StrobeB等。硬件設計成當選通信號有效時，8421端的當時數(shù)據(jù)有效；當選通信號無效時，8421端的原數(shù)據(jù)保持。有此硬件，用8個PLC的輸出點，4個用于接8421端，4個用與接4個選通端，即可實現(xiàn)一個字的數(shù)據(jù)顯示。 控制交流電動機的轉(zhuǎn)速有兩種方法：1、改變磁極法；2、變頻法。以往多用第一種方法，現(xiàn)在則利用變頻技術實現(xiàn)對 2.6 電機的選取 2.6.1 M1電機的選取 M1 （下料電機）選用三相異步電動機 三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)原理 三相異步電機(Triple-phase asynchronous motor)是同時

33、接入380V三相交流電源(相位差120度)供電的一類電動機，由于三相異步電機的轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速成旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率。 電機的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應定律和電磁力定律。因此，其構造的一般原則是：用適當?shù)膶Т藕蛯щ姴牧蠘嫵苫ハ噙M行電磁感應的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達到能量轉(zhuǎn)換的目的。 三相異步電機是感應電機，定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場。通電啟動后，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場間存在著相對運動而感生電動勢和電流，即旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子存在相對

34、轉(zhuǎn)速，并與磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來，實現(xiàn)能量變換。 圖2.6 三相異步電機工作圖 觀察圖2.6還可發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序有關。相序A、B、C順時針排列，磁場順時針方向旋轉(zhuǎn)，若把三根電源線中的任意兩根對調(diào)，例如將B相電流通入C相繞組中，C相電流通入B相繞組中，則相序變?yōu)椋篊、B、A，則磁場必然逆時針方向旋轉(zhuǎn)。利用這一特性我們可很方便地改變?nèi)嚯妱訖C的旋轉(zhuǎn)方向。定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場后，轉(zhuǎn)子導條（鼠籠條）將切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線而產(chǎn)生感應電流，轉(zhuǎn)子導條中的電流又與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，電磁力產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場方向以n1的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)起來。一般情

35、況下，電動機的實際轉(zhuǎn)速n1低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n。因為假設n=n1，則轉(zhuǎn)子導條與旋轉(zhuǎn)磁場就沒有相對運動，就不會切割磁力線，也就不會產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n1必然小于n。為此我們稱三相電動機為異步電動機。 鑒于以上原因，所以M1（下料電機）選用三相異步電動機 2.6.2 M2電機的選取 M2（傳輸電機），選用直流電機。直流電動機按勵磁方式不同可分為他勵、并勵、串勵和復勵四種。直流電機由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其間有一定的氣隙。其構造的主要特點是具有一個帶換向器的電樞。直流電機的定子由機座、主磁極、換向磁極、前后端蓋和刷架等部件組成。其中主磁極是產(chǎn)生直流電機氣隙磁場的主要部件，由永磁體或帶

36、有直流勵磁繞組的疊片鐵心構成。直流電機的轉(zhuǎn)子則由電樞、換向器（又稱整流子）和轉(zhuǎn)軸等部件構成。其中電樞由電樞鐵心和電樞繞組兩部分組成。電樞鐵心由硅鋼片疊成，在其外圓處均勻分布著齒槽，電樞繞組則鑲嵌于這些槽中。換向器是一種機械整流部件。由換向片疊成圓筒形后，以金屬夾件或塑料成型為一個整體。各換向片間互相絕緣。換向器質(zhì)量對運行可靠性有很大影響。 直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。根據(jù)勵磁方式的不同，直流電機可分為下列幾種類型。 圖2.7直流電機勵磁方式 改變電壓U（調(diào)壓調(diào)速 ） 當保持他勵直流電動機的勵磁電流If為額定值時，降低電樞電壓U，使轉(zhuǎn)速

37、n降低。 由式 T可見，在一定負載下，U愈低，轉(zhuǎn)速n愈小，但機械特性的硬度不變，見圖2.8 一般電動機都處在額定狀態(tài)下運行，再進行調(diào)壓調(diào)速時，為保證電動機的絕緣，一般是將電動機的電壓下調(diào)U＜U N，而轉(zhuǎn)速也下調(diào)n＜nN。 調(diào)壓調(diào)速是在額定電流下調(diào)速，是恒轉(zhuǎn)距調(diào)速。 電壓降低 Tc o T n n0 n1 n2 NN ΦN UN 圖2.8電壓調(diào)速曲線 調(diào)壓調(diào)速的優(yōu)點： 1. 機械特性較硬，電壓降低后硬度不變，穩(wěn)定性較好。 2. 調(diào)速幅度較大，其調(diào)速幅度可達到6～10倍。 3. 可均勻調(diào)節(jié)電樞電壓，得到平滑的無級調(diào)速。 這里采用電壓調(diào)節(jié)方式實現(xiàn)對直流伺服

38、電機的調(diào)速。 輸入信號啟動開關，當按下啟動開關時，M2轉(zhuǎn)動，藥粒下落，當PLC計數(shù)器數(shù)值達到設定值時，M2停止轉(zhuǎn)動。 鑒于以上原因，所以M2（傳輸電機）選用直流電機 2.6.3 M3電機的選取 M3（供料電機）選用交流電機。目前較常用的交流電動機有兩種：1、三相異步電動機。2、單相交流電動機。第一種多用在工業(yè)上，而第二種多用在民用電器上。 (1)單相交流電動機的旋轉(zhuǎn)原理 單相交流電動機只有一個繞組，轉(zhuǎn)子是鼠籠式的。當單相正弦電流通過定子繞組時，電動機就會產(chǎn)生一個交變磁場，這個磁場的強弱和方向隨時間作正弦規(guī)律變化，但在空間方位上是固定的，所以又稱這個磁場是交變脈動磁場。這個交變脈動磁

39、場可分解為兩個以相同轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)方向互為相反的旋轉(zhuǎn)磁場，當轉(zhuǎn)子靜止時，這兩個旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生兩個大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，使得合成轉(zhuǎn)矩為零，所以電動機無法旋轉(zhuǎn)。當我們用外力使電動機向某一方向旋轉(zhuǎn)時（如順時針方向旋轉(zhuǎn)），這時轉(zhuǎn)子與順時針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場間的切割磁力線運動變??；轉(zhuǎn)子與逆時針旋轉(zhuǎn)方向的旋轉(zhuǎn)磁場間的切割磁力線運動變大。這樣平衡就打破了，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的總的電磁轉(zhuǎn)矩將不再是零，轉(zhuǎn)子將順著推動方向旋轉(zhuǎn)起來。 要使單相電動機能自動旋轉(zhuǎn)起來，我們可在定子中加上一個起動繞組，起動繞組與主繞組在空間上相差90度，起動繞組要串接一個合適的電容，使得與主繞組的電流在相位上近似相差90度，即所謂的分相

40、原理。這樣兩個在時間上相差90度的電流通入兩個在空間上相差90度的繞組，將會在空間上產(chǎn)生（兩相）旋轉(zhuǎn)磁場。在這個旋轉(zhuǎn)磁場作用下，轉(zhuǎn)子就能自動起動，起動后，待轉(zhuǎn)速升到一定時，借助于一個安裝在轉(zhuǎn)子上的離心開關或其他自動控制裝置將起動繞組斷開，正常工作時只有主繞組工作。因此，起動繞組可以做成短時工作方式。但有很多時候，起動繞組并不斷開，我們稱這種電動機為電容式單相電動機，要改變這種電動機的轉(zhuǎn)向，可由改變電容器串接的位置來實現(xiàn)。 在單相電動機中，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的另一種方法稱為罩極法，又稱單相罩極式電動機。此種電動機定子做成凸極式的，有兩極和四極兩種。每個磁極在1/3--1/4全極面處開有小槽，把磁極分

41、成兩個部分，在小的部分上套裝上一個短路銅環(huán)，好象把這部分磁極罩起來一樣，所以叫罩極式電動機。單相繞組套裝在整個磁極上，每個極的線圈是串聯(lián)的，連接時必須使其產(chǎn)生的極性依次按N、S、N、S排列。當定子繞組通電后，在磁極中產(chǎn)生主磁通，根據(jù)楞次定律，其中穿過短路銅環(huán)的主磁通在銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生一個在相位上滯后90度的感應電流，此電流產(chǎn)生的磁通在相位上也滯后于主磁通，它的作用與電容式電動機的起動繞組相當，從而產(chǎn)旋轉(zhuǎn)磁場使電動機轉(zhuǎn)動起來。 鑒于以上原因，所以M3（供料電機）選用單相交流電機。 2.7 繼電器的選擇 繼電器的工作原理和特性 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)

42、（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。 2.8 變頻器的選擇 目前，市場上流行的變頻器大多分為兩類：一類是適于一般負載的一般通用變頻器；另一類是適合于高精度控制的高性能通用變頻器。高性能通用變頻器與一般通用變頻器相比，在以下幾方面具有良好的性能： 1.寬的調(diào)速范圍： 1：100以上。 2.良好的低頻起動特性。 3.額定電壓下的全范圍恒轉(zhuǎn)矩輸出。 4.變頻器系統(tǒng)具有良好的靜態(tài)特性和動態(tài)特性。 5.完整和快速的故障診斷、保護和報警功能。 6.具有網(wǎng)絡通訊功能。 7.變

43、頻器和其驅(qū)動的電動機噪聲低。 Micromaster440是用于控制三相交流電動機速度的變頻器系列。該系列有多種型號，額定功率范圍從120W到200KW（恒轉(zhuǎn)矩控制方式）。該變頻器由微處理器控制，并采用具有現(xiàn)代先進技術水平的絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為功率輸出器件。因此，它們具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其脈沖寬度調(diào)制的開關頻率是可選的，因而降低了電動機運行的噪聲。全面而完善的保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護。 Micromaster440具有缺省的工廠設置參數(shù)，它是給數(shù)量眾多的簡單的電動機控制系統(tǒng)供電的理想變頻驅(qū)動裝置。由于Micromaster440具有全面完善的控

44、制功能，在設置相關參數(shù)以后，它也可用于更高級的電動機控制系統(tǒng)。所以本設計中選用Micromaster440變頻器進行調(diào)速。 2.8.1 變頻器的控制電路 如圖2.10所示。在圖2.10中，端字1，2是變頻器為用戶提供的10V直流穩(wěn)壓電源。當采用模擬電壓信號輸入方式輸入給定頻率時，為了提高交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制精度，必須配備一個高精度的直流穩(wěn)壓電源作為模擬電壓輸入的直流電源。 模擬輸入3，4和10，11端為用戶提供了兩對模擬電壓給定輸入端作為頻率給定信號，經(jīng)變頻器內(nèi)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)成數(shù)字量，傳輸給CPU來控制系統(tǒng)。 數(shù)字輸入5，6，7，8，16，17端為用戶提供了6個完全可編程的

45、數(shù)字輸入端，數(shù)字輸入信號經(jīng)光耦隔離輸入CPU，對電動機進行正反轉(zhuǎn)，正反向點動，固定頻率設定植控制等。 輸入9，28端是24V直流電源端，用戶為變頻器的控制電路提供24V直流電源。 輸出12，13和26，27端為兩對模擬輸出端；輸出18，19，20，21，22，23，24，25端為輸出繼電器的觸頭；輸入14，15端為電動機過熱保護輸入端；輸入29，30端為RS—485端。 圖2.10 Micromaster440變頻器電路圖 2.8.2 變頻器與PLC的連接 可編程控制器(PLC)是一種能進行數(shù)字運算與操作的控制裝置，它作為新一代 的工業(yè)控制

46、器，因其具有通用性好、實用性強、硬件配套齊全、編程方法簡單易 學等優(yōu)點而廣泛應用于工業(yè)領域。下面介紹PLC與變頻器在配合時連接方面的 注意事項。 1、開關指令信號的輸入 變頻器的輸入信號中包括對運行／停止、正／反轉(zhuǎn)、微動等運行狀態(tài)進行操作 的開關型指令信號。變頻器通常利用繼電器觸點或具有繼電器觸點開關特性的元 器件(如晶體管)與PLC連接，得到運行狀態(tài)指令。在使用繼電器接點時，須考慮 避免接觸不良帶來誤動作；使用晶體管進行連接時，則須考慮晶體管本身的電壓、 電流容量等因素。在設計變頻器的輸入信號電路時應注意，輸入信號電路連接不 當，有時也會造成變頻器的誤動作。如當輸入信號電路

47、采用繼電器等感性負載時， 應盡量避免繼電器開閉產(chǎn)生的浪涌電流帶來的噪音引起變頻器誤動作。 2、數(shù)值信號的輸入 變頻器也存在一些數(shù)值型(如頻率、電壓等)指令信號的輸入，分為數(shù)字和模 擬兩種。數(shù)字輸入大都采用變頻器面板上的鍵盤操作和串行接口來給定：模擬輸 入則通過接線端子由外部給定。由于接口電路因輸入信號而不同，因此，必須根 據(jù)變頻器的輸入阻抗選擇PLC的輸出模塊。 變頻器在運行中會產(chǎn)生較強的電磁干擾。PLC主要以數(shù)字電路為主，其工作 靈敏度高，很容易收到各種外來電磁干擾的影響。為保證PLC不因變頻器主電 路斷路器及開關器件等產(chǎn)生的電磁干擾而出現(xiàn)故障，應注意以下幾點。 (1)對

48、PLC本身應按規(guī)定的接線標準和接地條件進行接地，而且應該注意避免 和變頻器使用共同的接地，應盡量分開。 (2)當電源條件不太好時，應在PLC的電源模塊及輸入／輸出模塊的電源線上 接入噪音濾波器和降低噪音用的變壓器等。必要時，在變壓器的一側(cè)也采取相應 措施。 (3)PLC安裝時應盡量遠離變頻器，以避免受到電磁干擾。當變頻器和PLC 安裝于同一操作柜時，盡可能使與變頻器有關的電線和PLC有關的電線分開。 (4)通過使用屏蔽線和雙絞線，提高系統(tǒng)抗干擾的能力。 第3章 軟件設計 3.1程序流程圖 流程圖具體描述為：當程序啟動以后首先檢測下料盤了是否足夠，如果足夠當檢測到瓶子到位以后

49、進伸出擋氣缸，啟動下料電機進行下料裝罐，如果裝滿以后擋氣缸收回，然后延時0.2S，接著氣缸復位，再延時0.2S，接著進行下一次裝罐循環(huán)，如果罐沒有裝滿，則返回重新下料裝罐，如果下料盤沒有裝滿，供料并延時1S，延時到以后，檢測是否有故障，如果有故障，則關閉傳輸下料電機出警報發(fā)，直到復位為止，返回到下料是否足夠，返回主程序。 啟動程序 下料盤料夠？ 瓶子到位？ 下料罐裝 擋氣缸收回 氣缸復位 延時0.2S 延時0.2S 供料并延時1S 延時結(jié)束？ 關閉傳輸下料電機 故障記錄 是否復位？ 出警報發(fā) 下料結(jié)束？ 氣缸，電機動作 N N N N Y Y

50、 Y N Y Y 圖3.1 自動罐裝機程序流程圖 3.2功能實現(xiàn) 在本設計主電路中一共用到三臺電機，分別為M1、M2、M3其中M1為下料電機，M1為下料電機，M2為傳輸帶電機，M3為供料電機，它們分別由KM1，KM2，KM3控制，另外設計到一共用到三個傳感器，分別為瓶子傳感器、料位傳感器、下料傳感器其具體工作過程為：藥品罐裝機啟動后，KM2得電，常開觸點閉合，傳輸電機M2啟動運行，傳輸帶動待罐裝的瓶子送到出料口，在出料口的左右兩端裝有兩個氣缸，一個是進瓶氣缸，另一個是擋瓶氣缸，這兩個氣缸由PLC去控制動作。具體由Y1和Y2兩個控制閥的通斷去控制其擋瓶氣缸和進氣缸閥門的開閉，

51、當進瓶氣缸縮回而擋瓶氣缸伸出時，傳送帶動瓶子送到出料口，然后進瓶氣缸再伸出，將位于出料口的瓶子鎖定位置，為瓶裝做好準備。瓶子到位后，瓶子傳感器發(fā)出瓶子到位信號，進而控制常開觸點KM1，使其得電，使得下料電機啟動運行，帶動下料盤旋轉(zhuǎn)。下料是一個分成幾個等份而每等份鉆有數(shù)目相同的圓孔的圓盤，小料盤傾斜安裝，起上方為欲裝瓶藥粒，起下方是一塊刻有一個下料孔的圓板。當小料盤旋轉(zhuǎn)（伴隨震動）時藥粒掉入圓板，每個圓孔攜帶一個藥粒使預定數(shù)目的藥粒隨下料盤一起轉(zhuǎn)動，當圓孔經(jīng)過下料孔時藥粒下落的下料道，經(jīng)出料口裝入瓶內(nèi)。這樣，下料盤的每一等份經(jīng)過出料口后，在下一等份還沒有到達出料口之前就已該等份的藥粒經(jīng)出料口裝入瓶子。待該等份的藥粒全部進入瓶子。擋瓶氣缸縮回，放走這個已罐裝的瓶子，完成該瓶子的罐裝流程。同時下料傳感器發(fā)出瓶子裝滿信號，此時已罐裝的瓶子離開后。擋瓶氣缸伸出同時進瓶氣缸縮回，下一個瓶子進入工位，準備裝接下料盤的下一個等份的藥粒，開始新的工作循環(huán)。，如果在此過程中，下料盤的料不足時，料位傳感器發(fā)出信號，進而控制供料電機M3起動，為其供料盤供料。 3.3梯形圖說明 28