基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的藥片自動裝瓶PLC控制系統(tǒng)設(shè)計

唐俊濤

四川交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 四川 成都 611130

引言

根據(jù)國家“十四五”全面推進健康中國建設(shè)，把保障人民健康放在優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略位置，堅持預(yù)防為主的方針，深入實施健康中國行動，完善國民健康促進政策，筑牢國家公共衛(wèi)生防護網(wǎng)，為人民提供全方位全周期健康服務(wù)，對藥品的需求也不斷增大。據(jù)此，醫(yī)藥行業(yè)對醫(yī)藥包裝機械產(chǎn)品的需求就不斷增大，并且其種類，藥品的形狀、性質(zhì)、包裝要求也有很大差異。由于PLC具有功能強、可靠性高、使用靈活方便、易于編程以及適于在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用等一系列優(yōu)點，在工業(yè)自動化、機電一體化、傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造等方面的應(yīng)用越來越廣泛。

1 藥片自動裝瓶系統(tǒng)工藝分析

藥片自動裝瓶系統(tǒng)能夠在生產(chǎn)環(huán)境中完成藥片自動裝瓶的過程。系統(tǒng)的整個控制過程是將藥瓶自動的按照設(shè)定形成軌跡運到位，然后再將設(shè)定好的藥量裝入要瓶中。項目要涉及傳感器和自動控制閥門及傳送帶等執(zhí)行器件。具體為：第一，能夠自動地將藥瓶運送到指定位置。第二能夠在指定的位置上自動完成藥片的裝瓶。第三能夠識別裝瓶是否完畢。第四，裝瓶完畢后能夠自動地把已裝好的藥瓶運走并且根據(jù)操縱者的命令進行下一個動作[1]。

整個系統(tǒng)運行方案：按下啟動按鈕SB1，電動機驅(qū)動皮帶機運轉(zhuǎn)以帶動藥瓶運動到相應(yīng)的位置，當(dāng)皮帶機上的藥瓶到達(dá)裝瓶的位置（由位置檢測開關(guān)S1檢測，確保藥瓶停留在裝藥口的下邊），此時皮帶機停止運轉(zhuǎn)。當(dāng)皮帶停止運動時再延時2秒后，電磁閥YV1自動打開裝有藥片的儲藥罐的閥門進行裝藥，通過光電傳感器S2對進入到藥瓶的藥片進行計數(shù)，當(dāng)藥瓶中的藥片計滿10片后，電磁閥YV1斷電閥門關(guān)閉，皮帶機M重新自動啟動。使藥片裝瓶過程自動連續(xù)地運行。如果在裝藥過程中按下停止按鈕SB2，則在當(dāng)前藥瓶裝滿后，系統(tǒng)停止運行。

藥片自動裝瓶PLC控制系統(tǒng)輸入輸出如表1所示。

表1 輸入輸出表

在PLC系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是PLC工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)。因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細(xì)分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定PLC的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的PLC和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

由于本設(shè)計只包含一個閥門，一個光電傳感器，一個位置傳感器，因此所需PLC輸入輸出點數(shù)不多，但是考慮到對該系統(tǒng)的拓展與發(fā)揮，設(shè)計上需要有一定余量，因此采用16點輸入，16點繼電器輸出的三菱FX2N-32MR系列PLC。由于藥品自動裝瓶程序比較復(fù)雜，而且為了使程序簡單易懂，梯形圖采用步進順序控制法設(shè)計。

2 PLC控制系統(tǒng)總圖設(shè)計

PLC控制系統(tǒng)總圖表明了PLC與外部輸入信號、輸出信號和電源的連接關(guān)系。本設(shè)計系統(tǒng)總圖如圖1所示。

圖1 PLC控制系統(tǒng)總圖

藥片自動裝瓶系統(tǒng)狀態(tài)流程圖如圖2所示：一個工作循環(huán)由自上而下的4步組成，它們分別對應(yīng)于S0和S21-S23，步S0為初始步。PLC上電時進入RUN狀態(tài)，初始化脈沖M8002的常開觸電閉合一個掃描周期，梯形圖中第一行的SET指令將初始步S0置為活動步[2]。按下啟動按鈕，S21的STL觸點閉合后，該步的負(fù)載被驅(qū)動，皮帶運行到指定地點，計時2秒后，轉(zhuǎn)換條件得到滿足，下一步S22被置位使電磁閥工作開始裝瓶，同時指示燈亮。當(dāng)轉(zhuǎn)換條件計數(shù)10次得到滿足后，下一步S23被置位，是皮帶繼續(xù)運動并開始下一次循環(huán)。

圖2 藥片自動裝瓶系統(tǒng)狀態(tài)流程圖

3 梯形圖設(shè)計

3.1 信號預(yù)處理模塊

使所有的狀態(tài)器S0、S21、S22、S23復(fù)位，為后續(xù)步驟的進行做好準(zhǔn)備，再置位S0，步進開始，當(dāng)開關(guān)X000打開時置位S20，皮帶機開始運轉(zhuǎn)。

3.2 皮帶運動模塊

S21被置位，皮帶運動，當(dāng)運動到位置開關(guān)X002時皮帶停止運動，計時2秒，時間到則置位S22。

3.3 藥片裝瓶模塊

S22被置位，電磁閥打開使藥片落入瓶中，光電開關(guān)每感應(yīng)1次，計數(shù)器被置1一次，計滿10次后電磁閥關(guān)閉，皮帶繼續(xù)運動一段。此過程中裝瓶指示燈亮。

3.4 手動停止模塊

計數(shù)器沒有計滿10就按下停止按鈕則需在裝滿10片后才停止。

3.5 報警模塊

藥片自動裝瓶控制系統(tǒng)在最大限度地滿足生產(chǎn)控制要求的同時，還要做到安全、可靠、經(jīng)濟和使用維修方便。檢測外部設(shè)備故障的途徑有二[3]：一是設(shè)計專門的故障檢測裝置對外部設(shè)備故障進行檢測。此舉必須增加硬件設(shè)備，PLC的輸入接點也相應(yīng)要增加，即應(yīng)以昂貴的費用為代價；其二是利用PLC豐富的內(nèi)部資源及強大的功能指令，編制故障檢測程序，即以軟件方法實現(xiàn)外部故障的自動檢測與自動報警。此舉雖然使用戶程序復(fù)雜化，但卻能節(jié)省成本，使PLC控制系統(tǒng)的性能價格比提高。

用基本邏輯指令編程實現(xiàn)報警，事故信號接在PLC輸入端，聲光報警器接在輸出端，當(dāng)皮帶到達(dá)指定位置還未停止運動時，則觸發(fā)聲光報警器報警且無法進行后續(xù)工作。當(dāng)位置開關(guān)閉合后但皮帶仍在運動則報警指示燈亮且無法進行后續(xù)工作。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控

藥品自動裝瓶是一個集中管理，分散控制系統(tǒng)，在PC機上采用上位組態(tài)軟件可以實現(xiàn)此功能。本設(shè)計采用易控組態(tài)軟件作為上位監(jiān)控界面。易控（INSPEC）是一套通用的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集（SCADA）軟件。根據(jù)題目要求，本設(shè)計的易控監(jiān)控畫面一共有以下幾個圖形元素：

兩個按鈕、一個LED燈、一個料斗、一個電磁閥、一個光電傳感器、一個位置開關(guān)、一個藥瓶和一條皮帶。

實時數(shù)據(jù)庫的變量設(shè)置，易控將工程中變化的數(shù)據(jù)稱為“變量”。有些變量是所有工程都具有的，如和時間相關(guān)的Year、Month、Day、Hour、Minute、Second 等，是一類特殊的變量，稱為“系統(tǒng)變量”。系統(tǒng)變量在新建工程后都默認(rèn)存在于一個叫System Variable的組中，不需要自己建立，也不能刪除和修改，其他變量都是用戶根據(jù)工程的需要自己建立的。

動畫的連接。動畫是畫面的動態(tài)部分，是畫面開發(fā)過程的重要一步。圖形的顏色、位置、大小等屬性隨著工程變量的數(shù)值變化而變化的關(guān)系。如當(dāng)一個現(xiàn)場的開關(guān)信號在On/Off之間變化時，畫面上一個表示該信號的圖形對象的顏色可以在綠色和紅色之間切換，就是一種動畫。這種直觀化、簡單化、圖形化的數(shù)據(jù)表示方法極大方便了對工業(yè)現(xiàn)場信號的監(jiān)控。在易控組態(tài)軟件上繪制的藥品自動裝瓶控制系統(tǒng)界面如圖3所示。

圖3 藥品自動裝瓶控制系統(tǒng)組態(tài)界面

5 結(jié)束語

本文通過三菱FX2N系列PLC和易控上位組態(tài)軟件，完成了基于遠(yuǎn)程監(jiān)控的藥片自動裝瓶系統(tǒng)進行設(shè)計，實現(xiàn)了集中管理，分散控制，通過通信協(xié)議直接控制電機，能夠?qū)崿F(xiàn)對裝藥機方式運行的控制，而且能夠根據(jù)需要靈活控制裝藥時間，達(dá)到節(jié)約電能，降低成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量的目的。