實(shí)驗(yàn)型螺桿分裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)-

1、的控制用氣動(dòng)和電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。為此本中心集中一批多年從事執(zhí)行機(jī)構(gòu)研制開(kāi)發(fā)的高級(jí)技術(shù)人員,在消化吸收國(guó)外先進(jìn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上,獨(dú)立開(kāi)發(fā)了具有自主產(chǎn)權(quán)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),產(chǎn)品形成了系列,并可替代進(jìn)口產(chǎn)品。6 1 該閥門(mén)特點(diǎn)(1閥體采用一字梁結(jié)構(gòu),從而提供了最大的流通面積,最小的流通阻力。(2由于對(duì)膜片進(jìn)行三維設(shè)計(jì),以及對(duì)活塞式氣動(dòng)執(zhí)行器的平衡力、密封和摩擦等進(jìn)行了精密計(jì)算和反復(fù)試驗(yàn),使該閥具有優(yōu)良的啟閉速度和高可靠性。(3壽命長(zhǎng),該閥經(jīng)100萬(wàn)次壽命試驗(yàn)后,拆開(kāi)檢查密封件完好。(4與介質(zhì)接觸的通道均經(jīng)研磨拋光處理,密封件(橡膠、塑料都符合食品衛(wèi)生要求標(biāo)準(zhǔn)?？沙惺芨邷叵?。因采用獨(dú)特設(shè)計(jì),可達(dá)到無(wú)死角、無(wú)菌要

2、求,特別適合抗生素發(fā)酵、化學(xué)工業(yè)及食品工業(yè)等行業(yè)使用。(5控制壓力低,氣源壓力在1.31.8bar可正常工作,可使用發(fā)酵用空氣而不必設(shè)儀表用空壓機(jī),符合抗生素生產(chǎn)廠家使用要求。而國(guó)外同類(lèi)型產(chǎn)品,如德國(guó)的GEM 公司和Burkert公司的這類(lèi)閥閥門(mén)控制壓力在3-6bar以上,在我國(guó)制藥廠使用必須提供專(zhuān)用儀表氣源。(6提供開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示。由于以上這些特點(diǎn)使該新型無(wú)菌氣動(dòng)隔膜閥有極大推廣應(yīng)用價(jià)值。收稿日期:2001-11-27實(shí)驗(yàn)型螺桿分裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)孫懷遠(yuǎn)1 張?jiān)掠?1上海醫(yī)療器械高等專(zhuān)科學(xué)校(200093 2上海英華實(shí)業(yè)有限公司(200433摘要 本文結(jié)合粉針生產(chǎn)中最常用設(shè)備之一的螺桿粉針?lè)盅b

3、機(jī)的生產(chǎn)工藝,介紹了應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)型螺桿分裝機(jī)上的P LC 控制方案及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì),給出了有關(guān)實(shí)驗(yàn)操作的參數(shù)設(shè)置相態(tài)。關(guān)鍵詞 實(shí)驗(yàn)型 分裝機(jī) PL C 控制1 概述螺桿分裝機(jī)是制藥工業(yè)中用于抗生素等粉劑計(jì)量分裝的最常用的設(shè)備之一,它是以螺桿的的螺旋槽為計(jì)量容腔,利用螺桿的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)將藥物裝入瓶中,其生產(chǎn)工藝為:進(jìn)瓶 (步進(jìn)送瓶 分瓶 (步進(jìn)送瓶 蓋塞 出瓶。即經(jīng)潔凈處理的玻璃瓶裝由進(jìn)瓶裝置依次被推送至撥瓶轉(zhuǎn)盤(pán)的定位槽中,并隨轉(zhuǎn)盤(pán)一起作間歇轉(zhuǎn)動(dòng),在此過(guò)程中,分裝頭完成間歇裝粉、蓋塞機(jī)構(gòu)完成上塞蓋塞,之后瓶子被撥至出瓶輸送帶而送出。應(yīng)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)型螺桿分裝機(jī)要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,具有直觀性、典型性;能模

4、擬生產(chǎn)過(guò)程及其檢測(cè)與控制。因此其主要結(jié)構(gòu)由進(jìn)瓶輸送部件、撥瓶轉(zhuǎn)盤(pán)部件、喂料與分裝機(jī)構(gòu)、理蓋塞裝置、出瓶裝置、動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)、控制與檢測(cè)系統(tǒng)等組成。為保證計(jì)量精度和工作穩(wěn)定可靠性,分裝螺桿直接用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)。檢測(cè)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足控制對(duì)象的工藝要求,保證分裝機(jī)能按照工藝流程準(zhǔn)確而可靠地工作,并以控制系統(tǒng)為中心,實(shí)現(xiàn)各部分動(dòng)作協(xié)調(diào)。2 控制方案及其組成根據(jù)實(shí)驗(yàn)型螺桿分裝機(jī)的工藝流程、工作狀態(tài)、控制要求和控制點(diǎn)少的特點(diǎn),本機(jī)選用松下FPO-C16T型PLC作為控制器,它具尺寸小、高性能、高兼容性、可單臺(tái)使用或多模塊組合的特點(diǎn),內(nèi)存使用EEPROM,可在運(yùn)行中修改程序。本機(jī)須檢測(cè)和控制的項(xiàng)目有:(

5、1以PLC為控制核心,實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)動(dòng)作協(xié)調(diào)。即要求撥瓶轉(zhuǎn)盤(pán)、分裝機(jī)構(gòu)、蓋塞裝置等工作機(jī)構(gòu)能協(xié)調(diào)地完成粉劑分裝與蓋塞的工藝流程。(2瓶子定位與缺瓶檢測(cè)控制 分裝位上只有瓶子到位,分裝螺桿方可進(jìn)行推粉分裝;無(wú)瓶時(shí),須能實(shí)現(xiàn)缺瓶不分裝功能。(3分裝量的控制與檢測(cè) 能對(duì)分裝量進(jìn)行設(shè)置與調(diào)節(jié),并且能根據(jù)稱量情況通過(guò)PLC控制系統(tǒng)對(duì)影響分裝量的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行步數(shù)進(jìn)行修正。(4防金屬屑自動(dòng)檢測(cè)控制 由于藥品的特殊性,為防止分裝螺桿與漏斗部件接觸而污染藥物,設(shè)計(jì)中必須對(duì)分裝過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控,并能及時(shí)報(bào)警。(5自動(dòng)加粉控制 為了保證計(jì)量精度,必須使粉斗內(nèi)的藥物量保持相對(duì)穩(wěn)定,即要對(duì)分裝過(guò)程中的藥粉輸送和補(bǔ)充給予控制。(

6、6生產(chǎn)量計(jì)數(shù)和顯示。由上可知,本機(jī)控制系統(tǒng)由PLC控制核心、操作監(jiān)控裝置、檢測(cè)系統(tǒng)及輔助硬件等組成,如圖所示。控制系統(tǒng)組成示意圖3 控制與檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3 1 各機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)工作檢測(cè)控制在實(shí)驗(yàn)型螺桿分裝機(jī)上主要完成粉劑分裝和上塞蓋塞工作,而這兩個(gè)過(guò)程是在撥瓶轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)瓶子進(jìn)行間歇旋轉(zhuǎn)時(shí)完成的。在分裝機(jī)構(gòu)中起計(jì)量分裝工作的分裝螺桿由步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)間歇旋轉(zhuǎn),蓋膠塞機(jī)構(gòu)的間歇?jiǎng)幼饔芍鱾鲃?dòng)系統(tǒng)中分配軸上盤(pán)形凸輪控制,因此撥瓶轉(zhuǎn)盤(pán)和分裝螺桿及蓋膠塞機(jī)構(gòu)三者的協(xié)調(diào)工作至關(guān)重要,即只有當(dāng)轉(zhuǎn)盤(pán)定位槽轉(zhuǎn)至分裝斗下方并停穩(wěn)時(shí),分裝螺桿和蓋塞機(jī)構(gòu)方能工作。為此,在主軸上裝一帶缺口的光電盤(pán),利用一光電開(kāi)關(guān)對(duì)該缺口進(jìn)行

7、檢測(cè):當(dāng)撥瓶轉(zhuǎn)盤(pán)剛起步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),缺口正好進(jìn)入光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)區(qū)域,而當(dāng)撥瓶轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到位時(shí),缺口正好離開(kāi)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)區(qū)域。光電開(kāi)關(guān)的接通與斷開(kāi)信號(hào)被送入PLC控制系統(tǒng),即可作為步進(jìn)電機(jī)的步起信號(hào)和封鎖信號(hào),以保證不出現(xiàn)一個(gè)瓶子多次裝粉和裝粉過(guò)程中瓶子離位等不正常情況,從而實(shí)現(xiàn)各機(jī)構(gòu)工作協(xié)調(diào)。3 2 瓶子定位與缺瓶檢測(cè)控制粉劑分裝的工藝操作過(guò)程要求:在分裝位下方的撥瓶轉(zhuǎn)盤(pán)定位槽中無(wú)瓶時(shí),分裝螺桿不進(jìn)行推粉分裝工作,以免造成藥物的浪費(fèi)和污染機(jī)器。因此,在每一個(gè)分裝頭下方、撥瓶轉(zhuǎn)盤(pán)外圍擋板地應(yīng)瓶子的位置上分裝頭下方、撥瓶轉(zhuǎn)盤(pán)外圍擋板對(duì)應(yīng)瓶子的位置上分別裝一個(gè)CA-M O424型電感式接近開(kāi)關(guān)。當(dāng)撥瓶轉(zhuǎn)盤(pán)定位

8、槽中有瓶子到位時(shí),瓶子推動(dòng)頂桿,并使其接近于接近開(kāi)關(guān),接近開(kāi)關(guān)則給PLC 控制系統(tǒng)一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào),而PLC則使步進(jìn)電機(jī)按一定規(guī)律旋轉(zhuǎn)并帶動(dòng)分裝螺桿進(jìn)行分裝。若某分裝頭下無(wú)瓶子,PLC控制系統(tǒng)未收到相應(yīng)信號(hào),則該分裝頭的步進(jìn)電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)缺瓶不分裝功能。當(dāng)然,實(shí)驗(yàn)時(shí)可能性設(shè)定接近開(kāi)關(guān)對(duì)步進(jìn)電機(jī)不同的控制方式,以實(shí)現(xiàn)不同的下粉工作狀態(tài):(1兩接近開(kāi)關(guān)都相對(duì)獨(dú)立工作,兩個(gè)分裝頭有瓶下粉,無(wú)瓶不分裝。(2接近開(kāi)關(guān)A(1號(hào)探頭工作,控制兩分裝頭有瓶下粉分裝。(3接近開(kāi)關(guān)B(2號(hào)探頭,控制兩分裝頭有瓶下粉分裝。(4兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)都不工作,1號(hào)分裝頭常通下粉分裝,2號(hào)分裝頭不分裝。(5兩接近開(kāi)關(guān)都不工作

9、,步進(jìn)電機(jī)點(diǎn)動(dòng)。3 3 分裝量的控制與檢測(cè)分裝螺桿是由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的,所以控制分裝量實(shí)際上就是調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)數(shù)。在本機(jī)中,根據(jù)觸摸屏所設(shè)置的步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行條件,經(jīng)PLC 控制系統(tǒng)計(jì)算后輸出一定頻率和數(shù)量的脈沖給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器將其功率放大并按一定規(guī)律分配給步進(jìn)電機(jī)各繞組,驅(qū)使步進(jìn)電機(jī)按預(yù)先的設(shè)置旋轉(zhuǎn),從而帶動(dòng)分裝螺桿以要求的轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)數(shù)間歇運(yùn)行,達(dá)到控制和調(diào)節(jié)分裝量的目的。對(duì)不同流動(dòng)性的粉末,在設(shè)置步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行步數(shù)及周期分布時(shí)要有所不同,以保證分裝螺桿不過(guò)沖或后滯分失步。運(yùn)行頻率是根據(jù)分裝量而設(shè)置的,頻率值盡可能小,調(diào)整到轉(zhuǎn)盤(pán)工作時(shí)保證不拖粉為止。步進(jìn)電機(jī)還可通過(guò)功能菜單參數(shù)設(shè)置選擇最

10、后幾步進(jìn)行反轉(zhuǎn),這對(duì)振落粘附在分裝口上的粉末、提高分裝精度是很有利的。在分裝過(guò)程中,可以隨機(jī)抽樣,秤出分裝量。若結(jié)果與工藝要求偏差超過(guò)允許值,可將稱量結(jié)果數(shù)值直接輸入到功能菜單中,PLC控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)算出偏差值和應(yīng)修改的步數(shù),并自動(dòng)將步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行步數(shù)修改成正確的設(shè)定值。3 4 附金屬屑自動(dòng)檢測(cè)控制為防止分裝螺桿在推粉過(guò)程中與漏斗下部的送藥銅嘴接觸生產(chǎn)微粒而污染物,設(shè)計(jì)中,將螺桿和送藥銅嘴分別作為一回路中兩極,并在每個(gè)分裝頭的送藥嘴上夾一個(gè)帶聯(lián)接線的鱷魚(yú)式夾頭,當(dāng)分裝螺桿與送藥銅嘴一旦相碰接觸時(shí),則回路接通,并有一信號(hào)傳入PLC控制系統(tǒng),系統(tǒng)將切斷電源使機(jī)器立 刻停止工作,顯示屏顯示出故障信號(hào)

11、并報(bào)警,待故障排除后方可重新啟動(dòng)。將切斷電源機(jī)器立刻停止工作,顯示屏顯示故障信號(hào)并報(bào)警,待故障排除后方可重新啟動(dòng)。該檢測(cè)是機(jī)器一通電就開(kāi)始執(zhí)行的一項(xiàng)功能,以保證生產(chǎn)藥品的安全性。3 5 自動(dòng)加粉控制為保證分裝頭粉斗內(nèi)的藥粉位恒定,須通過(guò)一定手段控制送粉裝置將粉盒中的粉末輸送到粉斗內(nèi),以補(bǔ)充由于分裝而下降的粉位。由于調(diào)試和實(shí)驗(yàn)的需要,本機(jī)控制系統(tǒng)中對(duì)粉位控制設(shè)計(jì)了手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式。自動(dòng)加粉過(guò)程由PLC系統(tǒng)控制的,操作人員只需在功能菜單的 加粉間隔 欄中輸入瓶數(shù)后,PLC控制系統(tǒng)即可根據(jù)機(jī)器所分裝的瓶數(shù)自動(dòng)進(jìn)行間斷加粉,從而保證粉斗內(nèi)粉位恒定。3 6 生產(chǎn)量自動(dòng)檢測(cè)和計(jì)數(shù)控制為使操作者能直觀地掌

12、握生產(chǎn)速度和生產(chǎn)量,本機(jī)控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置:在出瓶軌道處安裝一光電開(kāi)關(guān)對(duì)瓶子進(jìn)行檢測(cè),當(dāng)蓋好膠塞的瓶子通過(guò)時(shí),會(huì)發(fā)出一脈沖信號(hào)給PLC控制系統(tǒng),其中的計(jì)數(shù)模塊便進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù),并將數(shù)據(jù)顯示于操作屏幕上。在實(shí)驗(yàn)狀態(tài),可通過(guò)觸摸屏進(jìn)行不同計(jì)數(shù)方式的設(shè)置,如兩瓶計(jì)一次數(shù)的裝瓶總量計(jì)數(shù)、實(shí)驗(yàn)總瓶數(shù)計(jì)數(shù)等。4 參數(shù)設(shè)置組態(tài)及通訊由于粉劑分裝的要求較高,在分裝機(jī)工作過(guò)程中,必須對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行控制。為適應(yīng)各參數(shù)的設(shè)置和修改,使調(diào)節(jié)和操作容易,本機(jī)控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì),使用松下CT10型智能觸摸顯示屏進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,并以菜單形式顯示機(jī)器啟停、工況檢測(cè)、數(shù)據(jù)輸入與修改、運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警等,使參數(shù)組態(tài)變

13、得更為方便。由于機(jī)控制系統(tǒng)功能菜單較多,此處只列舉分裝下粉控制的操作來(lái)介紹本機(jī)參數(shù)設(shè)置組態(tài)。頁(yè)1表示機(jī)器啟動(dòng)后正常工作的狀態(tài),當(dāng)要進(jìn)行分裝頭下粉控制設(shè)置時(shí),可進(jìn)行如下操作:按頁(yè)1中的 換頁(yè) 進(jìn)入頁(yè)2;接頁(yè)2中的 (二 進(jìn)入頁(yè)3;按頁(yè)3中的 幫助 進(jìn)入幫助菜單頁(yè)5;按頁(yè)5中的 概述 進(jìn)入頁(yè)10;按頁(yè)10中的 下粉控制 進(jìn)入頁(yè)11。 根據(jù)要求參照和選擇相應(yīng)的參數(shù),例如只要求2號(hào)瓶子定位檢測(cè)探頭工作,而1號(hào)分裝頭常通下粉,則選擇 #2 ,輸入完備按 ENT 使數(shù)字窗口消失;再依次按頁(yè)5、頁(yè)3中的 退出 及頁(yè)2中的 換頁(yè) 分別返回到頁(yè)3、頁(yè)2及頁(yè)1,如此便完成了分裝頭下粉控制的設(shè)置。當(dāng)然,如果熟知下粉

14、控制設(shè)置的對(duì)應(yīng)參數(shù),則可在進(jìn)入幫助菜單頁(yè)5之后,直接按 系統(tǒng)參數(shù) 行中的 # 進(jìn)行設(shè)置即可,而不必再進(jìn)入頁(yè)10和頁(yè)11。由此可見(jiàn),本機(jī)參數(shù)設(shè)置組態(tài)很直觀、相當(dāng)方便,只需按程序功能菜單操作即可。角摸屏與PLC 之間是直接進(jìn)行通訊的,PLC 對(duì)觸摸屏輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并加以執(zhí)行,同時(shí)將結(jié)果反饋到觸摸顯示屏進(jìn)行顯示。下面以分裝量調(diào)節(jié)和檢測(cè)修正的操作程序?yàn)槔?說(shuō)明觸摸屏與PLC 之間的通訊關(guān)系。頁(yè)1 步數(shù) 行中兩組數(shù)據(jù) # 分別表示1號(hào)分裝和2號(hào)分裝頭的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)步數(shù),它們代表了對(duì)應(yīng)分裝螺桿的分裝量。當(dāng)要進(jìn)行分裝量調(diào)節(jié)時(shí),可采用下列兩種方式 :(1在頁(yè)1顯示屏上觸摸 調(diào)整 ,使程序進(jìn)入 調(diào)整 子菜單

15、頁(yè)4。觸摸頁(yè)4 步數(shù) 行下面的 或 ,PLC 便會(huì)按先前設(shè)置的 步距 更改對(duì)應(yīng)分裝頭步進(jìn)電機(jī)的 步數(shù) ( 步距 可通過(guò)前述的 幫助 菜單頁(yè)5進(jìn)行設(shè)置。如原來(lái)步數(shù)為1500,先前設(shè)置的步距為20,則按五次 或 ,就使得對(duì)應(yīng)的 步數(shù) 增加或減少100,即修改為1600或1400,從而達(dá)到對(duì)分裝量的調(diào)節(jié)。此后按 退出 返回頁(yè)1界面。(2直接在頁(yè)1界面上按 步數(shù) 行中數(shù)據(jù) # ,使顯示屏上出現(xiàn)頁(yè)1 所示的數(shù)字窗口,步數(shù)的設(shè)置或修改即可在該窗口中進(jìn)行。輸入完備按 ENT 使數(shù)字窗口消失,如此便完成了步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行步數(shù)即分裝量的設(shè)置或調(diào)節(jié)。在此過(guò)程中,PLC 系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)指令,進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和處理,并同步將 結(jié)果顯示于觸摸顯示屏上。當(dāng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢測(cè)時(shí),若發(fā)現(xiàn)稱量結(jié)果與工藝要求的分裝量偏差超過(guò)允許值,這時(shí)可觸摸頁(yè)1 稱量 行中數(shù)據(jù) # ,使顯示屏上出現(xiàn)頁(yè)1 所示同樣的數(shù)字窗口,鍵入稱量結(jié)果后按 ENT 使數(shù)字窗口消失,頁(yè)P(yáng)LC 控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)