無泄漏自動注入系統(tǒng)的控制方案設(shè)計

李金萍　王飛飛　房妤

摘要：系統(tǒng)的重點是自動注取液體和保證無泄漏，在工作時能夠快速、準(zhǔn)確地控制角度和量，且穩(wěn)定運行。文章對無泄漏自動注入系統(tǒng)的控制方案進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：無泄漏；自動注?。籔LC

1系統(tǒng)概述

整個系統(tǒng)的重點是自動注取液體和保證無泄漏。對于本研究的設(shè)計方案，由于其端口較多，控制要求較高，所以選用PLC作為其控制器。PLC建立柔性的程控系統(tǒng)，具有通用性強、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強、編程簡單等特點。為操作方便，系統(tǒng)采用觸摸屏為人機接口。

2方案構(gòu)想

根據(jù)系統(tǒng)注入要求的分析，本文提出一些相應(yīng)的解決方案：PLC作為整個系統(tǒng)的控制核心，它會收到來自光電感應(yīng)器發(fā)出的信號，判斷取液工位上是否有可以使用的原料瓶，還要接收來自注取液工作平臺的位置和電機轉(zhuǎn)動圈數(shù)的反饋信號，以及須注入藥液發(fā)生罐的位置反饋信號。它向每一個運動部件發(fā)出運動指令，控制其運動量，以達(dá)到一定精度的定位和定量。定位方案所用器材：PLC：西門子S7-224xpcn及USB下載電纜。編程及仿真用軟件為V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。系統(tǒng)控制原理如圖1所示。

3系統(tǒng)控制流程

系統(tǒng)控制流程如圖2所示。

系統(tǒng)工作流程如下：

（1）由工作人員將密封好的裝有將要注入的藥劑的藥瓶安裝到藥瓶夾座上，由傳感器檢查到是否安裝好，安裝好后向系統(tǒng)發(fā)出一個完成信號。

（2）由注入系統(tǒng)的上級工控機或人工向注入系統(tǒng)發(fā)出注入工位號n，并指定加入某個藥劑瓶號m。

（3）注入裝置的PLC系統(tǒng)接到指令對指令進(jìn)行處理，發(fā)出指令使X方向和Z方向的工作，對系統(tǒng)的兩個方向進(jìn)行基點對正，這個對正過程的程序事先已經(jīng)寫入了PLC系統(tǒng)。

（4）基點對正后，再由PLC系統(tǒng)的發(fā)出注入的指令，這時z方向的步進(jìn)電機保持自鎖不動，以確保Z方向上的位置不變。而星型撥輪上的步進(jìn)電機接到指令開始工作，驅(qū)動星型撥輪轉(zhuǎn)動，從而星型撥輪整體轉(zhuǎn)動到指定的藥瓶到注入位置，向系統(tǒng)發(fā)出一個完成信號。而X方向上的步進(jìn)電機接到指令開始工作，驅(qū)動X方向上的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而推動滑臺整體移動到指定的注入位置。這個注入的位移由系統(tǒng)程序計算完成，由所選用的絲杠的導(dǎo)程、基點設(shè)置位置、注入位置和與基點之間的距離，步進(jìn)電機的步進(jìn)角來計算步進(jìn)電機的總脈沖數(shù)。這樣由程序發(fā)出X電機總的進(jìn)給脈沖數(shù)，在沒有失步的情況下就能精確地完成走到指定的X方向注入位置的任務(wù)。

（5）當(dāng)X方向步進(jìn)驅(qū)動絲杠帶動滑臺走到指定的注入位置指令完成后，有一個反饋信號，X方向的上進(jìn)電機自鎖，將X方向絲杠固定到確定的位置。PLC系統(tǒng)接收到X方向進(jìn)給指令完成信號后，發(fā)出下壓動作信號。系統(tǒng)發(fā)出指令讓空氣泵工作，接著發(fā)出控制下壓空氣回路的電磁閥的打開指令。下壓氣缸就在空氣壓力下帶動瓶夾向下運動，完成取液針刺穿瓶塞動作。電磁閥的打開指令保持，過程完成后，向PLC系統(tǒng)發(fā)出一個信號指令。

（6）系統(tǒng)接收到指令后進(jìn)行注入藥劑過程。PLC系統(tǒng)發(fā)出Z方向進(jìn)給指令，Z方向步進(jìn)電機工作，驅(qū)動Z方向絲杠轉(zhuǎn)動，從而帶動Z方向上的滑臺整體向下移動。Z方向滑臺上安裝固定的注針和藥瓶夾座的相對位置不變。這個Z方向的注入位移由系統(tǒng)程序計算完成，由所選用的絲杠的導(dǎo)程、基點設(shè)置位置、發(fā)生池內(nèi)密封橡膠到Z方向基點之間的距離，步進(jìn)電機的步進(jìn)角來計算步進(jìn)電機的進(jìn)給脈沖數(shù)，此次進(jìn)給的Z向步進(jìn)電機的總的進(jìn)給脈沖數(shù)。由PLC系統(tǒng)發(fā)出，進(jìn)給過程完成后，Z方向步進(jìn)電機自鎖，Z向絲杠也被固定。

（7）當(dāng)注針的下端注入發(fā)生池內(nèi)后，打開密封的話，就會因發(fā)生池內(nèi)原來由真泵產(chǎn)生的負(fù)壓力，將藥劑由藥瓶內(nèi)主動的向發(fā)生池出吸入，在此同時由系統(tǒng)發(fā)出一個指令將與通氣針管相連的通氣閥打開，并同時通入一個較小的氣壓，以幫助藥劑更充分順利地注入。

（8）此過程完畢之后，藥劑的注入也隨之完成。注入達(dá)到3分鐘后，由PLC系統(tǒng)發(fā)出退針指令，啟動Z向步進(jìn)電機，Z向步進(jìn)電機反轉(zhuǎn)。此時Z向絲杠帶動Z向上的滑臺、藥瓶及注針一起退回到Z向上的基點位置，注針退出發(fā)生池的藥罐內(nèi)的單向密封接頭后，單向密封接頭彈性恢復(fù)力將這個注針孔密封。

（9）當(dāng)退回到基點位置后，步進(jìn)電機停止轉(zhuǎn)動，同時系統(tǒng)發(fā)出一個指令。

（10）系統(tǒng)接到信號，發(fā)出指令啟動X方向的步進(jìn)電機，電機反轉(zhuǎn)驅(qū)動絲杠，帶動X向滑臺及整個注入機構(gòu)一起向X向的基點退回（消除傳動副累積誤差），當(dāng)退回到X向基點對齊時，X向步進(jìn)電機停止反轉(zhuǎn)，變?yōu)檎D(zhuǎn)。

（11）反轉(zhuǎn)完成，對準(zhǔn)X向基點后，X向電機就正轉(zhuǎn)。進(jìn)入清洗藥瓶的過程，進(jìn)行清洗藥瓶的X向進(jìn)給。這個清洗的進(jìn)程由系統(tǒng)程序計算完成，由所選用的X向絲杠的導(dǎo)程、基點設(shè)置位置、清洗液回收罐的位置和基點之間的距離、步進(jìn)電機的步進(jìn)角，來計算X向步進(jìn)電機的此次進(jìn)給的總脈沖數(shù)。當(dāng)進(jìn)給到回收罐的位置時，X向步進(jìn)電機停止轉(zhuǎn)動。

（12）X向步進(jìn)電機停止后，向系統(tǒng)發(fā)出信號。系統(tǒng)接收到信號后，發(fā)出指令，啟動Z向步進(jìn)電機正向轉(zhuǎn)動，驅(qū)動絲杠，帶動Z向滑臺向下進(jìn)給。這個清洗的Z向進(jìn)程由系統(tǒng)程序計算完成，由所選用的Z向絲杠的導(dǎo)程、基點設(shè)置位置、清洗液回收罐的位置和基點之間的距離、步進(jìn)電機的步進(jìn)角，來計算Z向步進(jìn)電機的此次進(jìn)給的總脈沖數(shù)。當(dāng)進(jìn)給到回收罐的位置時，Z向步進(jìn)電機停止轉(zhuǎn)動。

（13）當(dāng)Z向進(jìn)給完成后，發(fā)一個信號給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)接收到信號后，由注入的藥劑的種類而發(fā)出指令。這個指令的發(fā)出由系統(tǒng)原來確定的注入藥劑而決定。為酸性藥劑時，就打開堿性清洗液的控制泵，為堿性藥劑，就打開酸性清洗液的控制泵，用清洗液中和反應(yīng)藥劑，使殘留藥劑失去原有的藥性不會再造成任何傷害。當(dāng)泵入一定量的清洗液后，停止清洗泵，啟動蒸餾水泵，向藥瓶中注入蒸餾水，將清洗液洗凈。當(dāng)注入一定量的蒸餾水后，關(guān)閉蒸餾水控制泵，再接通空氣泵，啟動空氣泵使用較大的壓力，用空氣將整個清洗回路中的殘余蒸餾水排盡。通氣2分鐘后，停止空氣泵的工作，向系統(tǒng)發(fā)出一個信號。

（14）當(dāng)系統(tǒng)接收到清洗完成信號后進(jìn)行處理，發(fā)出將注針退出清洗液回收罐的指令。此時啟動Z向步進(jìn)電機反轉(zhuǎn)，帶動Z向滑臺、藥瓶和注針整體向上退回到Z向基點位置。

（15）當(dāng)退回到Z向基點位置后，步進(jìn)電機停止轉(zhuǎn)動。同時系統(tǒng)發(fā)出一個指令，使控制下壓氣缸的電磁閥處于回退狀態(tài)，下壓氣缸就在彈簧壓力下向上運動，藥瓶夾座與取液針遠(yuǎn)離，完成取液針脫離瓶塞，這樣氣缸就恢復(fù)到原始狀態(tài)。

（16）上步過程完成后，系統(tǒng)發(fā)出指令啟動X方向的步進(jìn)電機，電機反轉(zhuǎn)驅(qū)動絲杠，帶動X向滑臺及整個注入機機構(gòu)一起向X向的基點退回，當(dāng)退回到X向基點對齊時，X向步進(jìn)電機停止反轉(zhuǎn)，接著向系統(tǒng)發(fā)出一個信號。

（17）系統(tǒng)接收到退回X向基點對齊時指令后，整個注入藥劑和清洗藥瓶的過程就完成了。系統(tǒng)等待其他的信號的出現(xiàn)，系統(tǒng)處理空閑狀態(tài)。

（18）注完藥劑，清洗完后的藥瓶由工作人員取下來放在指定的地方待處理。

4結(jié)語

系統(tǒng)的重點是自動注取液體和保證無泄漏，在工作時能夠快速、準(zhǔn)確地控制角度和量，且穩(wěn)定運行。文章主要確定了機構(gòu)運動的控制方法和控制流程的實施，希望能為使用該類系統(tǒng)的相關(guān)工作人員提供借鑒。