徐忠華
摘 要:正大豐海于2011年引進一臺KGS10/5-X3抗生素灌裝加塞機,該設(shè)備在完成灌裝加塞后,只能手動將加塞后的瓶子,用刮板移到凍干專用框格內(nèi),不但很容易出現(xiàn)倒瓶現(xiàn)象,還將對產(chǎn)品產(chǎn)生二次污染,造成消耗浪費,也很難滿足新版GMP對無菌分裝的要求,為節(jié)約成本,降低能耗,我們采用PLC控制氣缸推桿,推動西林瓶進行自動進框功能,可有效地降低成品藥及包材的消耗,實現(xiàn)“控本降耗”的目的。
關(guān)鍵詞:抗生素灌裝加塞機;PLC;氣缸
中圖分類號:TH13 文獻標(biāo)識碼:A
KGS10/5-X3抗生素灌裝加塞機,是楚天科技研發(fā)的集洗瓶、烘干滅菌、灌裝加塞、冷凍干燥、軋蓋、包裝等凍干粉針聯(lián)動線之一,由于當(dāng)時我們選用的不是全自動生產(chǎn)線,從灌裝半加塞后出來的西林瓶,只能用人工進行操作,首先用刮板將瓶子刮到專用的抽屜,再套入框格,然后放到轉(zhuǎn)移小車轉(zhuǎn)入凍干箱進行冷凍干燥。以上所有的操作要求都是在A級潔凈區(qū)域中完成,如果出現(xiàn)倒瓶或者膠塞脫落現(xiàn)象,都不能將產(chǎn)品帶進下一道工序,否則生產(chǎn)出來的產(chǎn)品將會存在很大的質(zhì)量風(fēng)險,甚至?xí)霈F(xiàn)安全事故。同時也不能滿足新版GMP無菌分裝的要求。
因此,我們對此進行改進,采用PLC控制系統(tǒng),利用氣缸推瓶進框,減少人為干預(yù)。設(shè)計系統(tǒng)初始狀態(tài)為:A氣缸通電后將推桿推出等待,用閘門將一側(cè)封閉,使加塞后的西林瓶往另一側(cè)移動,并經(jīng)過計數(shù)裝置進行計量,當(dāng)加塞后的瓶子達到一定的數(shù)值時,通過光纖檢測到信號傳送到PLC控制系統(tǒng),當(dāng)控制系統(tǒng)得到指令時,A氣缸首先縮回到初始狀態(tài)后,B氣缸推出,將加塞后的西林瓶緩緩的送入到專用抽屜,并停止等待計數(shù)器再次計數(shù)到設(shè)定值后,推桿方可縮回,A氣缸再將瓶子推出后繼續(xù)等待信號的輸入,如此往復(fù)運動。氣缸分為左右兩套,交替使用且不影響出瓶速度。如果生產(chǎn)不同規(guī)格的西林瓶,可利用撥檔開關(guān)進行轉(zhuǎn)換成所需要推瓶的數(shù)量。
一、擬改進的方案分析
原來瓶子分到兩邊時,是人工用刮板將瓶子護送到專用抽屜內(nèi),現(xiàn)在用氣缸代替人工操作,并增加來瓶檢測信號進行計數(shù)推瓶數(shù)量。當(dāng)A(左)氣缸執(zhí)行命令時,瓶子會自動進入B氣缸區(qū)域內(nèi),并鎖定B氣缸不能工作,只有A氣缸回到初始位置后,B氣缸方可執(zhí)行推出命令。
二、系統(tǒng)設(shè)計
主要包括3個部分:檢測部分、程序部分和執(zhí)行關(guān)斷部分。
1 檢測計數(shù)部分:設(shè)計考慮當(dāng)瓶子達到一定數(shù)量時(根據(jù)生產(chǎn)規(guī)格大小,利用撥檔開關(guān)選擇設(shè)定來瓶的數(shù)量),計數(shù)器統(tǒng)計來瓶數(shù)量達到設(shè)定值時,將檢測到的信號送到PLC后,再由執(zhí)行機構(gòu)將瓶子推入抽屜,同時計數(shù)器清零,重新計數(shù),進入下道程序,對于光電傳感器安裝的位置是否恰當(dāng)、信號檢測與瓶子距離等都要反復(fù)調(diào)整,既不能誤檢,同時也不能漏檢,保證計量信號的準確性。
2 程序設(shè)計:需要考慮到推瓶的數(shù)量,不宜太多也不要太少,為了計數(shù)準確,瓶子只能往一邊走。因此上電后,A氣缸直接將推桿伸出,等待來瓶計數(shù),當(dāng)來瓶數(shù)量達到設(shè)定值時,伸出的氣缸開始動作,推桿縮回到初始位置后,B氣缸方可進行推瓶,并等待計數(shù)周期完成,有信號后才能返回,要保證兩邊的氣缸不能同時動作,以防止出來的瓶子無法移動而產(chǎn)生軋瓶,影響生產(chǎn)。當(dāng)計數(shù)器再次計量到規(guī)定值時,B氣缸縮回到初始狀態(tài)后,A氣缸再執(zhí)行命令,循環(huán)進行,始終要保持通道順暢,使得加塞后的西林瓶正常分出。
3 執(zhí)行關(guān)斷部分設(shè)計:當(dāng)氣缸推桿伸出時,不能讓分出的西林瓶任意往兩邊走,如果有瓶被分流到工作氣缸推桿的后面,那將會出現(xiàn)瓶子被返回的推桿帶到氣缸外圍,外圍的瓶子始終都不會再次被推桿送到裝瓶抽屜。所以要在氣缸推桿的同時,將內(nèi)側(cè)也就是靠分瓶口的地方加上關(guān)閉閥門,并使閥門與氣缸同步運動,當(dāng)推桿縮回時,關(guān)閉閥門一同縮回。
三、硬件選擇
1 PLC
FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列,它以最大范圍的包容了標(biāo)準特點、程式執(zhí)行更快、全面補充了通信功能,適合各地不同電源以及滿足單個需要的大量特殊模塊,它可以為工廠自動化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。并且有在線編輯功能,可在線改變程序,不會損失工作時間或停止生產(chǎn)運轉(zhuǎn),面板運行/停止,開關(guān)易于操作,編程軟件可以通過調(diào)制解調(diào)器通訊來監(jiān)控、上傳或卸載程序,實行遠程維護等。
2 檢測開關(guān)
選擇光電開關(guān)作為檢測來瓶信號,它對檢測物體不限于金屬、橡膠等,所有能反射光線的物體均可被檢測,具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應(yīng)速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強??勺鳛槲镂粰z測、液位控制、產(chǎn)品計數(shù)、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機以及安全防護等諸多領(lǐng)域。
3 氣動電磁閥
為滿足氣缸伸出與縮回的需要,二位五通電磁閥配合使用在雙作用氣動閥門上,當(dāng)線圈通電或斷電時,磁芯的運轉(zhuǎn)將導(dǎo)致流體通過閥體或被切斷,以達到改變流體方向的目的。我們選擇的是盛達氣動SDPC,盛達電磁閥,型號: 4V 310-080.15MPa~0.8MPa,單向二位五通氣動電磁閥。
4 推瓶氣缸
氣缸選擇體積不宜過大,行程適中:可選TN20*200S/雙作用氣缸指,兩腔可以分別輸入壓縮空氣,實現(xiàn)雙向運動的雙桿氣缸,氣壓在0.15MPa~0.8MPa,配備可以調(diào)整壓力大小的氣嘴接口,使推桿速度不宜太快,確保出瓶平穩(wěn)。
四、系統(tǒng)軟件設(shè)計
1 PLC程序流程圖設(shè)計
在機器正常運行中,由光纖檢測到有來瓶信號,PLC根據(jù)來瓶信號的數(shù)量,推動所相應(yīng)的的氣缸進行同步推瓶。如出現(xiàn)異常情況后,可按下急停按鈕,所有程序?qū)⒔K止,以保證系統(tǒng)的安全可靠性。其具體工作流程如圖1所示。
2 控制
我們選用一個啟動按鈕、一個急停按鈕、一個計數(shù)檢測和一個撥檔轉(zhuǎn)換開關(guān)。當(dāng)自動控制系統(tǒng)PLC有輸出時,電磁閥得電,二位五通電磁閥一端接通氣源到氣缸下端,氣動將推桿推出。同時氣缸上端氣體經(jīng)二位五通電磁閥的另一端排出,當(dāng)電磁閥失電時,原來接通氣源的閥門關(guān)閉并排空,而原來排空的閥門將進入氣體送到氣缸的上端,將氣缸推桿縮回。生產(chǎn)小規(guī)格計數(shù)設(shè)定值為30瓶起推,生產(chǎn)大規(guī)格計數(shù)設(shè)定值為20瓶起推。可利用轉(zhuǎn)換開關(guān)來進行選擇需要推瓶的數(shù)量,當(dāng)按下啟動按鈕時,左邊氣缸推桿直接伸出,一是讓瓶子進入右邊區(qū)域,二是等待來瓶計數(shù),當(dāng)達到設(shè)定的數(shù)量時,氣缸縮回初始位置后,右邊氣缸才能開始推瓶,并等待來瓶信號進行計數(shù),同樣讓來瓶進入到左邊區(qū)域,來瓶數(shù)量條件滿足后縮回起始位置,另一氣缸方可工作,循環(huán)進行。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時,操作人員可按下停止按鈕,氣缸將會全部停止工作,確保設(shè)備操作安全。工作氣缸須動作完成并將返回到初始狀態(tài)后,感應(yīng)到信號的另一氣缸才能進行動作,兩只氣缸必須進行互鎖,達到自動推瓶功能。
結(jié)語
本文運用了信號計數(shù)周期反復(fù)循環(huán)功能,周而復(fù)始,對氣缸實行交替使用自動控制,同時也方便操作人員有充足的時間進行周轉(zhuǎn)進箱,滿足運行操作的動作幅度不宜過大,以保證潔凈區(qū)域內(nèi)懸浮粒子和浮游菌不易超標(biāo)。還根據(jù)不同產(chǎn)品規(guī)格,對氣缸推瓶的數(shù)量進行調(diào)整,不會出現(xiàn)因規(guī)格不同,使推瓶的體積和力度發(fā)生太大的變化。對相應(yīng)需要的推瓶數(shù)量可利用撥檔開關(guān)進行轉(zhuǎn)換。經(jīng)過程序調(diào)試運行,成功地實現(xiàn)了由手工操作變成自動操作功能,并且為防止藥品的污染,起到關(guān)鍵性的作用。
參考文獻
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