1、 畢業設計（論文）題 目基于PLC的自動藥片裝瓶機 控制系統的設計 系 （院）專 業班 級學生學 號指導教師職 稱二一三年六月二十日獨 創 聲 明本人重聲明：所呈交的畢業設計(論文)，是本人在指導老師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產權爭議。據我所知，除文中已經注明引用的容外，本設計（論文）不含任何其他個人或集體已經發表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名:年 月 日畢業設計（論文）使用授權聲明本人完全了解濱州學院關于收集、保存、使用畢業設計（論文）的規定。本人愿意按照學校要求提交學位論文的

2、印刷本和電子版，同意學校保存學位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數字化或其它復制手段保存設計（論文）；同意學校在不以營利為目的的前提下，建立目錄檢索與閱覽服務系統，公布設計（論文）的部分或全部容，允許他人依法合理使用。（論文在解密后遵守此規定）作者簽名:年 月 日32 / 38基于PLC的自動藥片裝瓶機控制系統的設計摘要現行裝藥系統多為轉盤式或電子計數式裝藥系統，其裝藥種類與包裝方式存在局限性，在處理小型瓶裝式流水線時，存在著計藥數量不精確，成本較高等缺點。而本設計采用三菱公司PLC作為主控制器，通過PLC控制傳送帶步進電機、下藥斗電磁繼電器，并且通過IO口讀入光電藥片計數器的狀態，實現分片

3、裝藥功能。為了保證裝藥精度，使用了毛刷式下藥斗作為下藥機構，使用高速槽型光耦自行設計了光電傳感器，在保證計數和下藥精度的同時，使用了THB7128作為步進電機驅動器，在節約PLC的IO資源的同時，精確控制步進電機，實現傳送帶與下藥斗的工作同步。為了提高整個系統的適應性，采用了多種裝藥數量組合搭配的綜合輸入設定方式，無需修改程序，即可通過外部按鈕實現藥片輸入數量組合選擇，提高了系統的適應性。關鍵詞：光電對管，步進電機，PLCThe design of PLC-based Automatic tablet bottling machine control systemAbstractThe cur

4、rent charging system is the rotating disk or electronic counter type charging system, the types of loading and packing have limitations in dealing with a small bottle type line, the counting number is not accurate and the cost is high. This design adopts FXPLC as the main controller, it controls the

5、 conveyor stepper motor and the remedy to the case electromagnetic relay through the PLC, and reads the state of photoelectric counter pills through IO interface, implementing sharding charging function. In order to guarantee the loading accuracy, it uses a brush type remedy as a drugging agency, it

6、 also uses high-speed slot type optical coupling to design a photoelectric sensor. With the time of ensuring accuracy of counting and remedy to the case, it uses the THB7128 to drive the stepper motor, while saving the resources of PLC I/O, it controls the step motor accurately to achieve the goal o

7、f conveyor belt and remedy to the case of bucket working in sync. In order to improve the adaptability of the whole system, it uses a variety of charging quantity combination collocation tickets to enter setting mode. Without changing the program, it can be achieved by external button selection comb

8、ination pill input number, improve the adaptability of the system.Key words: photoelectric tube, stepper motor, PLC目 錄第一章 緒論11.1 自動藥片裝瓶機的研究發展狀況11.2 自動藥片裝瓶機的研究目的與意義2第二章 系統總體方案設計32.1 系統設計綜述32.1.1 系統設計要求32.1.2 工作原理方框圖42.2 系統的設計方案4第三章 系統硬件設計63.1 PLC機型的選擇63.1.1 PLC簡介63.1.2 系統PLC機型選擇83.2 PLC外圍電路器件的選擇113.2

9、.1 光電式傳感器113.2.2 步進電動機133.2.3 裝藥機構153.2.4 帶式皮帶機163.2.5 電磁閥173.3 供蓋封蓋模塊183.4 控制系統方框圖18第四章 系統軟件設計214.1 PLC I/O口的分布214.2 程序設計流程圖224.3 程序設計梯形圖234.4 程序指令表26第五章 結論29參考文獻30辭31第一章 緒論隨著科技的日漸發展，相應PLC的應用圍正被不斷擴大，其發揮主導作用的領域擴展著，醫藥行業的應用包含其中，其中具代表性的有自動裝瓶機的應用與發展。目前，在藥片自動包裝設備方面，關于PLC的自動裝瓶技術已日顯成熟，并且現在國外均有相關設備。本技術應用PLC

10、可以通過其通信協議直接地控制電機運行，這樣自動藥片裝瓶機的運行方式得到了監控，而且裝藥時間也可根據需要得到預先規定，從而節約資源，降低生產成本，提高產品質量。很顯然的，此設計采用FX2N系列PLC實現對藥片自動裝瓶機的控制，實現對系統的功能控制。1.1 自動藥片裝瓶機的研究發展狀況國外發展狀況：“藥片文化”還是“飲食文化”從很早以前就困擾著外國公眾，并且當我國民眾還處于為實現民族獨立，人民解放奮戰的水深火熱中，他們的這種困擾已經開始。美國雜志刊登的一份研究報告曾指出，從1974到1997的23個年頭里，針對死亡率問題，包括美國在的九個西方國家接受調查。調查結果顯示，因疾病引起的死亡率增長了近乎

11、兩倍。其中飲食結構不合理是發病率的主要原因。尤其是在二戰后，在崇尚速度和效率的美國，快餐業迅速崛起。就這樣，餐飲業給業主帶來利益并給民眾帶來方便的同時，民眾的健康與壽命受到的消極影響顯而易見。各種疾病產生，危與生存。隨之醫療產業崛起，速度更是可想而知。這時隨著PLC等自動化技術的發展，PLC的應用領域正不斷擴大著，藥片自動裝瓶應需產生，發展迅速。 國發展狀況：我國一直秉承的企業優劣性指標是一個企業的技術工藝是否具有代表性，是否存在市場方面的競爭。改革開放以來，隨著我國藥物生產設備市場的迅速發展，與此市場相關的技術開發與實踐也備受業關注。了解國外藥物裝瓶設備生產技術的開發動向、機械設備情況、發展

12、趨勢同時了解國最新動向，對于企業規產品技術，提高市場競爭力十分有利。 目前我國食品藥品安全的現狀并不令人滿意，國家食品藥品監督管理局指出近年來藥品安全性危險事件不斷發生。其原因主要有，一是藥品生產企業在生產過程中不遵守生產工藝、躲避生產監管，不安全因素潛在。二是一些企業在不滿足我國藥品生產質量管理規的流水線廠房生產醫療產品。為此想改變現狀，應該建立和完善我國藥品風險管理體系，在加強藥品不良反應監測的同時，針對藥品風險來源，擴大安全監測圍，逐步以立法的形式實施風險管理，緩解我國面臨的藥品安全形勢。首先我們要做的是要著力消除生產和包裝這種源頭問題，著手于生產環節，將生產采用自動化。顯而易見，此自動

13、控制系統的設計解決了其中的主要問題。 我國醫藥與醫療機械行業中，有關醫藥包裝的機械產品種類已非常豐富。為滿足我們對不同藥片包裝的要求，以與對批量生產的需求。采用PLC直接控制電機運轉，使得資源利用率以與產品質量相應提高，同時降低了生產成本。另外PLC具有I/O指示功能并且查找故障點十分迅速、方便。當然，最重要的是PLC具有系統工作穩定可靠，自身故障率低的優點。因此，本文采用FX2N系列PLC設計自動藥片裝瓶機系統。 我國自動裝瓶設備行業和技術得到了快速發展，重點表現為以下幾個方面，一是專門化：自動藥片裝瓶系統具有較高的可靠性，工作平穩，零故障運行為用戶首選。同時為保障我國藥片安全形勢，產品專業

14、化程度越來越高。二是智能化：該領域引入一些新技術，采用全電腦自動控制系統，使得系統更加快捷、準確、可靠。三是高自動化：自動藥片裝瓶的高自動化主要表現為先進的自動控制科學知識應用其中，實現產品的高自動化。生產率提高的同時，最重要的是能達到國家藥品安全規定的各項規標準。1.2 自動藥片裝瓶機的研究目的與意義首先，自動藥片裝瓶與傳統的手工裝瓶相比，其優點是可以避免我們直接與藥品接觸，同時也避免了人與藥品直接接觸帶來的對藥品的玷污，使藥品質量得到保證的同時，相應的保障人體健康。其次，由于傳統的手工裝瓶在生產管理方面比較困難，出現錯誤的狀況在所難免。自動藥片裝瓶機的設計使得管理更加強調流程和自動化。只有

15、這樣經營系統才能改善，生產效率才能提高，控制運行才能更加健康可靠。第二章 系統總體方案設計2.1 系統設計綜述經由前節分析，需要設計一個能夠自主選擇裝藥數量的系統，完成對整個系統的裝藥過程。為了實現其裝藥流程，需要對整個系統進行分析，并得出設計要求。自動裝瓶機基本可分為4個動作機構：主傳動機構、數粒機構、自動供瓶機構和自動供蓋封蓋機構。通過以上4個機構的聯動實現包裝產品傳動、藥丸高速計數、自動供瓶和自動供蓋封蓋等功能。生產中，主傳動機構作為整個生產過程的運輸鏈，連接所有的動作。供瓶、數粒、供蓋封蓋這三個生產過程都將在這條主傳動機構上完成。其中供瓶機構為，從料斗中落下的瓶，通過電動震動器以與震動

16、通道，依次進入落瓶通道，通道中有三組氣缸聯動，保證瓶子在設計時間以正確的方向進入主傳動鏈，之后運送到數粒機構。瓶子到了數粒機構后，開始數粒模塊。數粒圓盤在步進電機帶動下轉動所設計的角度，從料斗中選出生產要求的藥粒粒數，通過落粒通道落入瓶中。裝有藥粒的藥瓶繼續被傳動鏈帶至供蓋封蓋機構。蓋子通過料斗和震動器、震動通道依次進入等待區域，鉗蓋用氣缸組將蓋子鉗起，由步進電機帶至藥瓶上方，然后由該氣缸組與壓蓋氣缸組配合完成封蓋動作。本設計的機械設計要求較多，因此主要完成對供瓶數粒的PLC控制。2.1.1 系統設計要求前文分析可知，現有的裝藥機有電子計數式與轉盤式兩種裝藥方式，而藥品的主要包裝樣式為瓶裝式，

17、轉盤式裝藥機雖然精度高，適用于瓶裝式結構，但其機械結構復雜，造價昂貴，不利于大規模的開發與使用。而帶式裝藥機器效率高，速度快，但結構過于簡單，不利于高精度的設計實現。綜上所述，本設計需要設計一個控制系統，此控制系統是將規定數量的藥片，有序自動地裝入到藥瓶中。實現自動裝瓶的功能，其裝瓶方式為帶式裝瓶，向每個藥瓶裝入規定數量的藥片。其藥片裝瓶數量需要方便設置，適用于不同的裝藥需求。查閱資料可知，常規的瓶裝式藥片數量有20片、30片、40片等多種規格，并且通過組合，能在這幾種規格的基礎上，設置100片以上的裝藥要求。而系統的裝藥裝置需要設計，保證控制器能對單一藥片能被篩選出來，實現精準的藥片裝填。采

18、用FX2N系列PLC控制藥片裝瓶機運行，其中按鈕、開關，光電傳感器分別接PLC輸入口相應位置。電機、電磁閥、指示燈分別接PLC輸出口相應位置。就這樣，通過按藥片數量選擇按鈕S1、S2或S3，可選擇裝入藥瓶中藥片的數量，按S1為20片，按S2為30片，按S3為40片。相應數量上的指示燈H的亮暗表示目前藥瓶裝藥數量。當裝藥數量被選定，接著系統啟停被接通，電動機M帶動皮帶轉動，延時5秒后，皮帶機將停止運轉，這時皮帶上的裝藥瓶到達指定位置進行裝藥。裝有藥片的裝置由電磁閥打開，經由光電感應傳感器，那么裝入藥瓶的藥片被一一計數。藥瓶中的藥片數量達到預先規定值時，電磁閥Y會關閉，皮帶機重新開始運行，使藥片裝

19、瓶過程控制順利進行。在裝藥過程中，當藥片裝入的量需要更改時，這時只有當前皮帶機上的藥瓶中藥片裝滿后，且從下一個藥瓶開始，裝填改變后的藥片數量。如果在裝藥過程中系統啟停開關被斷開，則只有當前藥瓶中藥片裝滿后，控制系統的運轉才能停止。為了保證裝藥機運行的準確性，需要使用PLC的定時功能完成對與傳送帶的配合，密切配合傳送帶的停止與運行。綜上，PLC需要使用兩路IO口分別控制傳送帶與裝藥器電磁閥，同時，通過讀光電傳感器返回的數字量對當前裝藥數進行計數。同時使用三路IO口讀取裝藥數設定值，完成裝藥數量的控制。2.1.2 工作原理方框圖人工控制自動藥片裝瓶機三菱FX系列PLC設定裝藥 數量實現裝藥流程圖2

20、-2 系統原理方框圖2.2 系統的設計方案根據自動藥片裝瓶機需要實現的控制要求和功能，首先應制定出系統硬件控制的方案。硬件設計包括PLC的選型依據與其具體型號選擇，外圍電路器件的選型依據與具體型號，其中包括按鈕、電機、電磁閥、光電傳感器、指示燈等，然后是PLC的硬件接線設計。最后是制定軟件部分的設計方案，包括PLC各個I/O口的分配、程序設計思路、流程圖、指令表、梯形圖等。即通過軟硬件結合的方式，通過按動啟動、停止按鈕等控制命令來驅動電機帶動皮帶運動或停止。通過光電傳感器，對裝入瓶中的藥片進行數量統計，如果藥瓶中藥片數量達到預先規定值，此時電磁閥將停止工作。第3章 系統硬件設計根據自動裝瓶機的

21、控制功能要求，設計該設備控制系統的硬件結構方案。方案設計包括各步進電機、電磁閥、下藥斗、光電傳感器、皮帶機等的選型與設計。3.1 PLC機型的選擇3.1.1 PLC簡介隨著科學技術的發展，為了滿足制造業對市場的需求，這就要求控制系統的簡潔性以與方便靈活性的生產設備自動化。為順應這一趨勢，Programmable Logic Controller(可編程控制器)產生，它是以計算機處理器為核心的自動控制裝置。PLC的各種操作指令是在可編程序的存儲器中進行完成，并以A/D形式的輸入輸出方式控制操作系統的順利運行。從上述論述可以看出，PLC是一種通過程序的改變來實現與上位機聯合控制工業控制系統，其除了

22、具有控制作用外，還有可以進行與其他上位機進行通信聯網的功能。PLC的發展歷程有以下幾個方面：（1）小型化、低成本 新型微電子技術不斷發展，同時新型器件功能提高，價格卻相應的降低。（2）標準化、模塊化為實現推動技術標準進程的目標，一些國際型組織，如國際電工委員會（IEC），為PLC的不斷發展制定出了新的標準和規定，對不同類型的PLC產品做出歸納或定義，使其標準化、模塊化。（3）高速化、超高性能化一些大型PLC采用多微處理器系統才能滿足要求，如有的控制系統采用32位微處理器，可同時多任務進行操作，從而提高處理速度，增加存儲容量。（4）網絡化當代PLC最大的發展趨勢是其網絡功能，這種需由現代信息技術

23、的快速發展決定的，是為實現企業自動化與現代化目標而設計的。PLC主要有CPU（中央處理器）模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程器組成。其組成示意圖可由圖3-1所示： 可編程序控制器被控對象控制對象輸出模塊輸入模塊CPU中央處理器編程器圖3-1 PLC控制系統示意圖PLC主要模塊組成下面將分別予以介紹：（1）CPU模塊 CPU模塊主要由微處理器存儲器組成。在控制系統中，此模塊起著重要的作用，它不斷地進行著輸入信號的采集，用戶程序的執行，刷新系統的輸出；存儲器用來用戶程序和數據的存儲。（2）I/O模塊輸入模塊和輸出模塊是系統外部現場設備和CPU模塊相互連接的橋梁，也可以稱作為系統的眼、耳、手、腳。輸入模

24、塊是用來接受和采集系統外部輸入信號，又可分為開關量輸入模塊、模擬量輸入模塊。開關量輸入模塊主要是對按鈕、光電開關、限位開關、壓力繼電器等信號進行接收。它是用來控制接觸器、指示燈、電磁閥、數字顯示和報警等裝置；模擬量輸入模塊主要針對電位器、測速器和變送器等提供的連續變化的模擬量電流電壓信號進行接收，它是用來控制調節閥、變頻器等執行裝置。在I/O模塊中，用光耦合器、光敏晶閘管、小型繼電器等器件來隔離PLC的部電路和外部的I/O電路。I/O模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與隔離作用。（3）編程器編程器是用來生成用戶程序，并且可以用來進行程序的編輯、檢查、修改和監視用戶程序的執行情況。針對程序的寫入我

25、們目前可以通過手持式編程器或者是使用編程軟件兩種方式。手持式編程器對于輸入和編輯梯形圖是不能直接進行的，只能輸入和編輯指令表程序，而編程軟件可以通過計算機直接編輯梯形圖或者指令表程序，并且可以進行不同編輯語言之間的相互轉換。程序編譯完成后可直接下載到PLC，也就是程序的寫入過程，也可以將PLC中的程序讀入到計算機，即所謂的讀過程。（4）電源PLC一般使用的電源為AC 220V 或DC 24V，部的開關電源為各模塊提供DC 5V、DC正負12V和DC 24V等電源。小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC 24V電源，驅動PLC負載的直流電源一般由用戶提供。CPU模塊的工作電壓一般是5

26、V，而PLC的輸入/輸出信號電壓較高，例如DC 24V和AC 220V。從外部引入的尖峰電壓和干擾噪聲可能會損壞CPU模塊中的元器件或使PLC不能正常工作。PLC控制系統設計的一般步驟：（1）根據工藝要求，分析研究控制系統。（2）I/O設備的確定。（3）PLC選型。（4）程序設計。（5）編寫梯形圖程序，這一步是設計的核心。（6）程序的檢測調試。將程序通過計算機與軟件相結合寫入到PLC，然后對程序進行測試，找到程序的缺陷和故障，進而進行改進和對錯誤進行更改。3.1.2 系統PLC機型選擇機型選擇標準的基本要求為滿足系統的功能要求，并且應最大程度上滿足系統可靠性、維護使用方便性與性能價格比良好性等

27、優點。考慮因素包括以下幾個方面：（1）結構合理根據工藝過程、環境條件以與維修量的大小，選用不同結構的PLC。（2）功能強大根據控制系統開關量控制與控制速度要求的不同，選用不同檔次的PLC。（3）機型統一整體式和模塊式是PLC的兩種結構形式。雖然整體式結構的PLC有其特有的優點，但通常整體式結構PLC功能有缺陷，因此一般大型的控制系統都使用模塊式結構，以使得系統功能得到擴展。（4） 環境適應性在PLC系統設計時，首先應確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設計選型。工藝流程的特點和應用要設計選型的主要依據。因此，工程設計選型和估算時，應詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務和圍確定所需的

28、操作和動作，然后根據控制要求，估算輸入輸出點數、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設計相應的控制系統。輸入輸出點數的估算。I/O點數估算時應考慮適當的余量，通常根據估計的輸入輸出點數，再增加10% -20%的可擴展。余量后，作為輸入輸出點數估算數據。實際訂貨時，還需根據制造商PLC的產品特點，對輸入輸出點數進行圓整。根據估算的方法故本設計的I/O點數為輸入6點，輸出8點。存儲器容量是可編程序控制器本身提供的硬件存儲單元大小，程序容量是存儲器中用戶應用項目使用的存儲單元的大小，因此程序容量小于存儲容量。設計階段，由于用戶應用程序還未編制。因此，程

29、序容量在設計階段是未知的，需在程序調試后才知道。為了設計選型時能對程序容量有一定估算，通常采用存儲器容量的估算來代替。存儲器存儲量的估算沒固定的公式，許多文獻資料中給出了不同的公式，大體上都是按數字量I/O點數的10-15倍，加上模擬I/O點數的100倍，以此數為存的總字數，另外再按此數的25%考慮余量。另外PLC這種工業控制器可直接用于工業控制各個領域。因此，大多數生產廠家會把PLC設計為可在較差工作環境條件下仍可靠穩定工作的優良特性。每種PLC自然會有其特殊的環境技術要求，因此在控制系統的設計時，應充分考慮環境條件。面對眾多廠家提出的多種系列、功能各異的PLC產品，其結構、性能、價格各不一

30、樣。三菱FX2N-16MR型號，其輸入輸出點分別為8，FX2N是FX系列中功能最強、速度最高的微型PLC。他的基本指令執行時間高達0.08us，置的用戶存儲器為8K步，可擴展到16K步，最大可以擴展到256個I/O點，有多種特殊功能模塊或功能擴展板，可為裝箱機提供最大的方便和控制能力。根據課題研究系統自動藥片裝瓶機控制所用的外圍設備，我們可以來設計PLC輸入輸出設備的執行元器件的點數。輸入輸出部分的點數分別如3-1、3-2表所示：表3-1 輸入部分點數輸入部分點數系統開按鈕1系統關按鈕1數量選擇按鈕11數量選擇按鈕21數量選擇按鈕31光電傳感器1 表3-2 輸出部分點數輸出部分點數皮帶機驅動器

31、1指示燈11指示燈21指示燈31電磁閥1步進電機驅動器1步進電機驅動器1頻率發生器1針對本課題的研究特點和系統性能要求的輸入輸出總點數，本系統采用三菱公司FX2N系列中的16MR，即FX2N-16MR類型。其為三菱FX2N系列、輸入輸出總點數為16、繼電器輸出。此PLC滿足系統設計的要求，并且在小型PLC控制系統中得到了廣泛的應用。3.2 PLC外圍電路器件的選擇3.2.1 光電式傳感器光電式傳感器（photoelectric transducer），即基于光電效應的一種傳感器，當可見光照射傳感器，光電效應就會產生，光信號將被轉換成電信號從而輸出。在測量位移溫度等物理量方面均應用廣泛。光電測量

32、時不與被測對象直接接觸，光束的質量又近似為零，在測量中不存在摩擦和對被測對象幾乎不施加壓力。同時在測量時，光電式傳感器的優點是與被測對象之間無摩擦和壓力，保證測量準確性。在某些方面，光電式傳感器也有其缺點，包括成本較高，測量的環境條件要求較高等。光電式傳感器的種類很多，測量準確、靈敏、非接觸，并且測量參數多。本設計的控制系統中，其中的光電式傳感器對裝入藥瓶的藥片數進行一一計數，可以滿足本設計的要求。常見的光電式傳感器有對射式與反射式兩種類型，其中反射式傳感器安裝要求低，占地小，但其由于為反射式檢測方式，紅外調制發射器與接收器均在一端安裝，其檢測準確率較低，而對射式光電傳感器雖然安裝復雜，但由于

33、發射器與接收器分開，其檢測精度較高，非常適合于本設計。同時為了兼容PLC的24V輸入輸出電平，需要選擇電平與反應速度均兼容的光電傳感器完成此部分設計。經過甄選，最終采用了億光公司的槽型光耦作為光電式傳感器，其體積小巧，便于安裝，但需要設計外圍電路，完成光電傳感器的數字量輸出。光電式傳感器與其計數電路如圖3-2所示：通過LM358搭建了24V的正向放大器，放大器為正反饋放大器，即搭建成為比較器電路，在高于設定12V時產生輸出信號跳變，從而對光電傳感器的返回波形進行整形，完成光電傳感器與PLC的IO口信號匹配。光電傳感器輸出波形整形電路如圖3-3所示：圖3-2 光電傳感器與其計數電路圖3-3 光電

34、傳感器輸出波形整形電路 3.2.2 步進電動機步進式伺服驅動系統是典型的開環控制系統。在此系統中，執行元件是步進電機。它受驅動控制線路的控制，將進給脈沖的電平信號直接變換為具有一定方向、大小和速度的機械轉角位移，并通過齒輪和絲杠帶動工作臺移動。由于該系統沒有反饋檢測環節，它的精度較差，速度也受到步進電機性能的限制。但它的結構和控制簡單、容易調整，故在速度和精度要求不太高的場合具有一定的使用價值。步進電機的工作原理實際上是電磁鐵的作用原理。步進電機的主要特性有以下幾個方面：（1）步距角：步進電機的步距角是反映步進電機定子繞組的通電狀態每改變一次，轉子轉過的角度。它是決定步進伺服系統脈沖當量的重要

35、參數。步距角越小，數控機床的控制精度越高。（2）矩角特性：矩角特性是步進電機的一個重要特性，它是指步進電機產生的靜態轉矩與失調角之間的變化規律。（3）啟動頻率：空載時，步進電機由靜止突然啟動到正常運行所允許的最高頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率。若啟動時頻率大于突跳頻率，步進電機就不能正常啟動。空載啟動時，步進電機定子繞組通電狀態變化的頻率不能高于該突跳頻率。（4）連續運行的最高工作頻率：步進電機連續運行時，它所能接受的，即保證不丟步運行的極限頻率，稱為最高工作頻率。它是決定定子繞組通電狀態最高變化頻率的參數，它決定了步進電機的最高轉速。（5）加減速特性：步進電機的加減速特性是描述步進電機由靜止到

36、工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程中，定子繞組通電狀態的變化頻率與時間的關系。當要求步進電機啟動到大于突跳頻率的工作頻率時，變化速度必須逐漸上升。同樣，從最高工作頻率或高于突跳頻率的工作頻率停止時，變化速度必須逐漸下降。其中逐漸上升和下降的加速時間、減速時間不能過小，否則會出現失步或超步。我們用加速時間常數和減速時間常數來描述步進電機的升速和降速特性。步進電動機有如下六個特點：（1）步進電動機的角位移與輸入脈沖數嚴格成正比。因此，當它轉一圈后，沒有累計誤差，具有良好的跟隨性。（2）由步進電動機與驅動電路組成的開環數控系統既簡單、廉價又非常可靠。同時，它也可以與角度反饋環節組成高性能的閉環數

37、控系統。（3）步進電動機的動態響應快，易于啟停、正反轉與變速。（4）速度可在相當寬的圍平穩調整，低速下仍能獲得較大轉矩，因此一般可以不用減速器而直接驅動負載。（5）步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，不能直接使用交流電源和直流電源。（6） 步進電機存在振蕩和失步現象，必須對控制系統和機械負載采取相應措施。在選擇步進電動機時首先考慮的是步進電動機的類型選擇，其次是具體的品種選擇，在該自動藥片裝瓶機控制系統設計中要求步進電動機的電壓低、電流小、有定位轉矩，確定步進電動機采用二相八拍混合式步進電動機。在進行步進電動機的品種選擇時，要綜合考慮速比、軸向力、額定轉矩和運行頻率，以確定步進電動機的具體規

38、格和控制裝置。選用電機型號為BS110HB99-05，為了完成PLC對步進電機的控制，需要設計步進電機驅動器對步進電機進行驅動。為了節約PLC的IO資源，同時提高PLC的控制性能，需要設計一個可由PWM控制的，高細分度的步進電機控制器。THB7128為國產的128高細分度二相步進電機驅動芯片，其單相通路輸出電流在24V時最大為3.3A。同時其部高速MOS管搭建的雙H橋驅動電路保證開關速度。實現了PLC慢速輸出與驅動電路高速控制的匹配。其原理圖如圖3-4所示：圖3-4 THB7128原理圖由于步進電機控制傳送帶，而傳送帶的工作穩定性直接決定了裝藥的成功與否，故128細分度的THB7128控制器為

39、不二之選。在實際使用時，僅需要設計PLC的Y0口輸出固定數量脈沖，即可實現步進電機步進角度的控制。3.2.3 裝藥機構由于裝藥機通過對裝藥數量計數來實現裝藥數量的精確控制，故需要設計一個完整的裝藥機構，完成對藥片的單個分離與釋放，實現系統的預計功能。常見的藥片分離器為多級傳送帶式分離系統，通過舵機傳送帶對藥片進行分離后，進入下藥斗，完成單片藥片的裝填。而為了簡化設計，本設計直接采用了現有的集成式下藥斗完成藥片的分離，而僅在下藥口安裝光電傳感器完成對藥片裝填數量的控制。1為底板用螺釘安裝在支架組件的側面板上，4為料斗固裝在1底板上，而實現控片以準確計數的部件采用轉刷3，它由2轉刷電機直接驅動。當

40、皮帶上模孔組通過加料器下方時，由于轉刷與皮帶在接觸區域的速度是反向的，這樣就將模孔上方多余的藥物阻擋住，從而保證藥片掉落的準確性。圖3-5 下藥斗3.2.4 帶式皮帶機皮帶輸送機也叫帶式輸送機或膠帶輸送機，是組成有節奏的流水作業線所不可缺少的經濟型物流輸送設備。皮帶式輸送機具有輸送量大、結構簡單、維修方便、部件標準化等優點。其廣泛應用于礦山、冶金、煤炭等行業，用來輸送松散物料或成件物品，根據輸送工藝要求，可單臺輸送，也可多臺組成或與其它輸送設備組成水平或傾斜的輸送系統，以滿足不同布置型式的作業線需要，適用于輸送堆積密度小于1.67/噸/立方米，易于掏取的粉狀、粒狀、小塊狀的低磨琢性物料與袋裝物

41、料，如煤、碎石、砂、水泥、化肥、糧食等。被送物料溫度小于60度。其機長與裝配形式可根據用戶要求確定，傳動可用電滾筒，也可用帶驅動架的驅動裝置。皮帶輸送機結構形式多樣，有槽型皮帶機、平型皮帶機、爬坡皮帶機、側傾皮帶機、轉彎皮帶機等多種形式。常用的膠帶輸送機可分為：普通帆布芯膠帶輸送機、鋼繩芯高強度膠帶輸機、全防爆下運膠帶輸送機、難燃型膠帶輸送機、雙速雙運膠帶輸送機、可逆移動式膠帶輸送機、耐寒膠帶輸送機等等。皮帶輸送機主要由機架、輸送皮帶、皮帶輥筒、緊裝置、傳動裝置等組成。皮帶機按其輸送能力可分為重型皮帶機如礦用皮帶輸送機，輕型皮帶機如用在電子塑料，食品輕工，化工醫藥等行業。皮帶輸送機具有輸送能力

42、強，輸送距離遠，結構簡單易于維護，能方便地實行程序化控制和自動化操作。當運用輸送帶的連續或間歇運動來輸送100KG以下的物品或粉狀、顆狀物品時，其運行高速、平穩，噪音低，并可以上下坡傳送。皮帶輸送機廣泛應用于家電、電子、電器、機械、煙草、注塑、郵電、印刷、食品等各行各業，物件的組裝、檢測、調試、包裝與運輸等。線體輸送可根據工藝要求選用普通連續運行、節拍運行、變速運行等多種控制方式。線體因地制宜選用直線、彎道、斜坡等線體形式。由前文可知，現有的裝藥機有電子計數式與轉盤式兩種裝藥方式，而藥品的主要包裝樣式為瓶裝式，轉盤式裝藥機雖然精度高，適用于瓶裝式結構，但其機械結構復雜，造價昂貴，不利于大規模的

43、開發與使用。而帶式裝藥機器效率高，速度快，但結構過于簡單，不利于高精度的設計實現。綜上所述，本設計需要設計一個控制系統，此控制系統是將規定數量的藥片，有序自動地裝入到藥瓶中。實現自動裝瓶的功能，其裝瓶方式為帶式裝瓶，向每個藥瓶裝入規定數量的藥片。其藥片裝瓶數量需要方便設置，適用于不同的裝藥需求。3.2.5 電磁閥電磁閥（Electromagnetic valve）是用電磁控制的工業設備，是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執行器，并不限于液壓、氣動。用在工業控制系統中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數。電磁閥可以配合不同的電路來實現預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種

44、，不同的電磁閥在控制系統的不同位置發揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調節閥等。電磁閥里有密閉的腔，在不同位置開有通孔，每個孔連接不同的油管，腔中間是活塞，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來開啟或關閉不同的排油孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油缸的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞桿帶動機械裝置。這樣通過控制電磁鐵的電流通斷就控制了機械運動。電磁閥從原理上分為三大類：（1）直動式電磁閥：原理：通電時，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，閥門關閉

45、。特點：在真空、負壓、零壓時能正常工作，但通徑一般不超過25mm。（2）分步直動式電磁閥：原理：它是一種直動和先導式相結合的原理，當入口與出口沒有壓差時，通電后，電磁力直接把先導小閥和主閥關閉件依次向上提起，閥門打開。當入口與出口達到啟動壓差時，通電后，電磁力先導小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時，先導閥利用彈簧力或介質壓力推動關閉件，向下移動，使閥門關閉。特點：在零壓差或真空、高壓時亦能動作，但功率較大，要求必須水平安裝。（3）先導式電磁閥：原理：通電時，電磁力把先導孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關 閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關閉件向上移動

46、，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導孔關閉，入口壓力通過旁通孔迅速腔室在關閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動關閉件向下移動，關閉閥門。特點：流體壓力圍上限較高，可任意安裝但必須滿足流體壓差條件。根據本設計的要求，采用直動式電磁閥進行設計。3.3 供蓋封蓋模塊供蓋封蓋模塊中，機械方案要求兩組氣缸被步進電機帶動，先來到已排序的瓶蓋上方，氣缸動作后鉗起瓶蓋，再由步進電機帶動至裝有瓶子和藥粒的模具上方，氣缸組動作，塞上瓶蓋。由于瓶蓋和瓶子尺寸超小，電機帶動氣缸組的停止位置精度同樣有很高要求(±0.3mm)。對于實現瓶蓋上方的位置精度，使用限位塊方案。3.4 控制系統方框圖控制系統方框圖如圖

47、3-6圖所示：圖3-6 控制系統方框圖根據自動裝瓶機的控制功能要求，設計該設備控制系統的結構方案。包括主傳動步進電機轉動、數粒步進電機轉動、數粒粒數、供蓋步進電機轉動、延時時間等。通過按鈕控制，可進行生產開始、生產停止、急停等操作。經PLC程序進行相應的處理，變成步進電機正/反轉、電機轉動、步數等控制命令輸出到步進電機驅動器，驅動步進電機，實現主傳動鏈前進、數粒電機和供蓋步進電機的轉動，或者輸出到繼電器，驅動電磁閥動作，實現各個氣缸組的聯動。3.5 PLC硬件接線圖PLC的硬件接線圖如下圖所示：圖3-7 PLC的硬件接線圖第4章 系統軟件設計裝瓶過程主要程序設計的思路可以認為系統采用手動操作。

48、首先應該選擇裝入藥瓶中藥片數量，當按下數量選擇按鈕S1，此時電磁閥被打開，裝藥開始進行，此過程過數據計數器和光電式傳感器對藥片裝入數進行統計，當藥片數量達到預先規定值時電磁閥關閉，裝藥停止；當按下數量選擇按鈕S2，此時電磁閥被打開，裝藥開始進行，此過程過數據計數器和光電式傳感器對藥片裝入數進行統計，當藥片數量達到預先規定值時電磁閥關閉，裝藥停止；當按下數量選擇按鈕S3，此時電磁閥被打開，裝藥開始進行，此過程過光電式傳感器和數據計數器對藥片裝入數進行統計，當藥片數量達到預先規定值時電磁閥關閉，裝藥停止。當手動皮帶機驅動按鈕被按下，皮帶機開始轉動，5秒后將停止運轉，在此過程中各個數據計數器將會復位

49、，同時在此過程中可選擇裝入藥瓶中的藥片數量繼續裝藥。4.1 PLC I/O口的分布基于PLC的自動藥片裝藥機其I/O分配表如表4-1所示：表4-1 I/O口分配輸入器件地址輸出器件地址系統開ONXO皮帶機驅動KMY0系統關OFFX1步進電機驅動MY1每瓶裝20片按鈕S1X2步進電機驅動 MY2每瓶裝30片按鈕S2X3頻率發生器MY3每瓶裝40片按鈕S3X420片指示燈H1Y4光電傳感器B1X530片指示燈 H2Y540片指示燈H3Y6電磁閥YY7 其他編程元件的地址分配表如表4-2所示：表4-2 地址分配表編程元件編程地址符號作用輔助繼電器M0M0狀態標志M1M1狀態標志M2M2狀態標志M3M

50、3狀態標志M4M4狀態標志M5M5狀態標志M6M6狀態標志計數器C1C1計數C2C2計數C3C3計數定時器T0T0到達裝瓶位置4.2 程序設計流程圖控制系統的程序設計流程圖如圖4-1所示：圖4-1 程序流程圖裝粒過程程序設計流程圖如圖 4-2所示：圖4-2 裝粒過程程序流程圖4.3 程序設計梯形圖圖4-3 梯形圖4.4 程序指令表程序指令表如表4-3所示：表4-3 程序指令表0 LD X0001 OR M02 ANI M33 OUT M04 LD Y0015 AND Y0026 AND C17 LD Y0018 AND Y0029 AND C210 ORB 11 LD Y00212 AND Y

51、00313 AND C214 ORB15 LD Y00216 AND Y00317 AND C318 ORB19 LD Y00320 AND Y00121 AND C122 ORB 23 LD Y00324 AND Y00125 AND C326 ORB27 OUT M128 LD X00129 OR M230 ANI M331 OUT M232 LD M233 AND C134 LD M235 AND C236 ORB37 LD M338 AND C339 ORB40 OUT M341 LD CI42 AND Y00243 LD C144 AND Y00345 ORB46 OUT M447 LD C248 AND Y00149 LD C250 AND Y00351 ORB52 OUT M553 LD C354 AN Y00155 LD C356 AND Y00257 ORB 58 OUT M659 LD Y00160 OR Y00261 OR Y0