实验型螺杆分装机PLC控制系统-

1、的控制用气动和电动执行机构。为此本中心集中一批多年从事执行机构研制开发的高级技术人员,在消化吸收国外先进执行机构的基础上,独立开发了具有自主产权的执行机构,产品形成了系列,并可替代进口产品。6 1 该阀门特点(1阀体采用一字梁结构,从而提供了最大的流通面积,最小的流通阻力。(2由于对膜片进行三维设计,以及对活塞式气动执行器的平衡力、密封和摩擦等进行了精密计算和反复试验,使该阀具有优良的启闭速度和高可靠性。(3寿命长,该阀经100万次寿命试验后,拆开检查密封件完好。(4与介质接触的通道均经研磨抛光处理,密封件(橡胶、塑料都符合食品卫生要求标准。可承受高温消毒。因采用独特设计,可达到无死角、无菌要

2、求,特别适合抗生素发酵、化学工业及食品工业等行业使用。(5控制压力低,气源压力在1.31.8bar可正常工作,可使用发酵用空气而不必设仪表用空压机,符合抗生素生产厂家使用要求。而国外同类型产品,如德国的GEM 公司和Burkert公司的这类阀阀门控制压力在3-6bar以上,在我国制药厂使用必须提供专用仪表气源。(6提供开关状态显示。由于以上这些特点使该新型无菌气动隔膜阀有极大推广应用价值。收稿日期:2001-11-27实验型螺杆分装机PLC控制系统孙怀远1 张月英21上海医疗器械高等专科学校(200093 2上海英华实业有限公司(200433摘要 本文结合粉针生产中最常用设备之一的螺杆粉针分装

3、机的生产工艺,介绍了应用于实验型螺杆分装机上的P LC 控制方案及其系统的设计,给出了有关实验操作的参数设置相态。关键词 实验型 分装机 PL C 控制1 概述螺杆分装机是制药工业中用于抗生素等粉剂计量分装的最常用的设备之一,它是以螺杆的的螺旋槽为计量容腔,利用螺杆的间歇转动将药物装入瓶中,其生产工艺为:进瓶 (步进送瓶 分瓶 (步进送瓶 盖塞 出瓶。即经洁净处理的玻璃瓶装由进瓶装置依次被推送至拨瓶转盘的定位槽中,并随转盘一起作间歇转动,在此过程中,分装头完成间歇装粉、盖塞机构完成上塞盖塞,之后瓶子被拨至出瓶输送带而送出。应用于教学实验中的实验型螺杆分装机要求结构简单,具有直观性、典型性;能模

4、拟生产过程及其检测与控制。因此其主要结构由进瓶输送部件、拨瓶转盘部件、喂料与分装机构、理盖塞装置、出瓶装置、动力与传动系统、控制与检测系统等组成。为保证计量精度和工作稳定可靠性,分装螺杆直接用步进电机带动。检测与控制系统的设计应满足控制对象的工艺要求,保证分装机能按照工艺流程准确而可靠地工作,并以控制系统为中心,实现各部分动作协调。2 控制方案及其组成根据实验型螺杆分装机的工艺流程、工作状态、控制要求和控制点少的特点,本机选用松下FPO-C16T型PLC作为控制器,它具尺寸小、高性能、高兼容性、可单台使用或多模块组合的特点,内存使用EEPROM,可在运行中修改程序。本机须检测和控制的项目有:(

5、1以PLC为控制核心,实现各机构动作协调。即要求拨瓶转盘、分装机构、盖塞装置等工作机构能协调地完成粉剂分装与盖塞的工艺流程。(2瓶子定位与缺瓶检测控制 分装位上只有瓶子到位,分装螺杆方可进行推粉分装;无瓶时,须能实现缺瓶不分装功能。(3分装量的控制与检测 能对分装量进行设置与调节,并且能根据称量情况通过PLC控制系统对影响分装量的步进电机运行步数进行修正。(4防金属屑自动检测控制 由于药品的特殊性,为防止分装螺杆与漏斗部件接触而污染药物,设计中必须对分装过程进行监控,并能及时报警。(5自动加粉控制 为了保证计量精度,必须使粉斗内的药物量保持相对稳定,即要对分装过程中的药粉输送和补充给予控制。(

6、6生产量计数和显示。由上可知,本机控制系统由PLC控制核心、操作监控装置、检测系统及辅助硬件等组成,如图所示。控制系统组成示意图3 控制与检测系统设计3 1 各机构协调工作检测控制在实验型螺杆分装机上主要完成粉剂分装和上塞盖塞工作,而这两个过程是在拨瓶转盘带动瓶子进行间歇旋转时完成的。在分装机构中起计量分装工作的分装螺杆由步进电机直接驱动而实现间歇旋转,盖胶塞机构的间歇动作由主传动系统中分配轴上盘形凸轮控制,因此拨瓶转盘和分装螺杆及盖胶塞机构三者的协调工作至关重要,即只有当转盘定位槽转至分装斗下方并停稳时,分装螺杆和盖塞机构方能工作。为此,在主轴上装一带缺口的光电盘,利用一光电开关对该缺口进行

7、检测:当拨瓶转盘刚起步转动时,缺口正好进入光电开关检测区域,而当拨瓶转盘转动到位时,缺口正好离开光电开关检测区域。光电开关的接通与断开信号被送入PLC控制系统,即可作为步进电机的步起信号和封锁信号,以保证不出现一个瓶子多次装粉和装粉过程中瓶子离位等不正常情况,从而实现各机构工作协调。3 2 瓶子定位与缺瓶检测控制粉剂分装的工艺操作过程要求:在分装位下方的拨瓶转盘定位槽中无瓶时,分装螺杆不进行推粉分装工作,以免造成药物的浪费和污染机器。因此,在每一个分装头下方、拨瓶转盘外围挡板地应瓶子的位置上分装头下方、拨瓶转盘外围挡板对应瓶子的位置上分别装一个CA-M O424型电感式接近开关。当拨瓶转盘定位

8、槽中有瓶子到位时,瓶子推动顶杆,并使其接近于接近开关,接近开关则给PLC 控制系统一个开关信号,而PLC则使步进电机按一定规律旋转并带动分装螺杆进行分装。若某分装头下无瓶子,PLC控制系统未收到相应信号,则该分装头的步进电机不能转动,从而实现缺瓶不分装功能。当然,实验时可能性设定接近开关对步进电机不同的控制方式,以实现不同的下粉工作状态:(1两接近开关都相对独立工作,两个分装头有瓶下粉,无瓶不分装。(2接近开关A(1号探头工作,控制两分装头有瓶下粉分装。(3接近开关B(2号探头,控制两分装头有瓶下粉分装。(4两个接近开关都不工作,1号分装头常通下粉分装,2号分装头不分装。(5两接近开关都不工作

9、,步进电机点动。3 3 分装量的控制与检测分装螺杆是由步进电机驱动的,所以控制分装量实际上就是调节步进电机转速及转数。在本机中,根据触摸屏所设置的步进电机运行条件,经PLC 控制系统计算后输出一定频率和数量的脉冲给步进电机驱动器,驱动器将其功率放大并按一定规律分配给步进电机各绕组,驱使步进电机按预先的设置旋转,从而带动分装螺杆以要求的转速及转数间歇运行,达到控制和调节分装量的目的。对不同流动性的粉末,在设置步进电机运行步数及周期分布时要有所不同,以保证分装螺杆不过冲或后滞分失步。运行频率是根据分装量而设置的,频率值尽可能小,调整到转盘工作时保证不拖粉为止。步进电机还可通过功能菜单参数设置选择最

10、后几步进行反转,这对振落粘附在分装口上的粉末、提高分装精度是很有利的。在分装过程中,可以随机抽样,秤出分装量。若结果与工艺要求偏差超过允许值,可将称量结果数值直接输入到功能菜单中,PLC控制系统会自动算出偏差值和应修改的步数,并自动将步进电机的运行步数修改成正确的设定值。3 4 附金属屑自动检测控制为防止分装螺杆在推粉过程中与漏斗下部的送药铜嘴接触生产微粒而污染物,设计中,将螺杆和送药铜嘴分别作为一回路中两极,并在每个分装头的送药嘴上夹一个带联接线的鳄鱼式夹头,当分装螺杆与送药铜嘴一旦相碰接触时,则回路接通,并有一信号传入PLC控制系统,系统将切断电源使机器立 刻停止工作,显示屏显示出故障信号

11、并报警,待故障排除后方可重新启动。将切断电源机器立刻停止工作,显示屏显示故障信号并报警,待故障排除后方可重新启动。该检测是机器一通电就开始执行的一项功能,以保证生产药品的安全性。3 5 自动加粉控制为保证分装头粉斗内的药粉位恒定,须通过一定手段控制送粉装置将粉盒中的粉末输送到粉斗内,以补充由于分装而下降的粉位。由于调试和实验的需要,本机控制系统中对粉位控制设计了手动和自动两种方式。自动加粉过程由PLC系统控制的,操作人员只需在功能菜单的 加粉间隔 栏中输入瓶数后,PLC控制系统即可根据机器所分装的瓶数自动进行间断加粉,从而保证粉斗内粉位恒定。3 6 生产量自动检测和计数控制为使操作者能直观地掌

12、握生产速度和生产量,本机控制系统中设计了自动计数装置:在出瓶轨道处安装一光电开关对瓶子进行检测,当盖好胶塞的瓶子通过时,会发出一脉冲信号给PLC控制系统,其中的计数模块便进行自动计数,并将数据显示于操作屏幕上。在实验状态,可通过触摸屏进行不同计数方式的设置,如两瓶计一次数的装瓶总量计数、实验总瓶数计数等。4 参数设置组态及通讯由于粉剂分装的要求较高,在分装机工作过程中,必须对相关参数进行控制。为适应各参数的设置和修改,使调节和操作容易,本机控制系统采用模块化设计,使用松下CT10型智能触摸显示屏进行参数设置,并以菜单形式显示机器启停、工况检测、数据输入与修改、运行状态、故障报警等,使参数组态变

13、得更为方便。由于机控制系统功能菜单较多,此处只列举分装下粉控制的操作来介绍本机参数设置组态。页1表示机器启动后正常工作的状态,当要进行分装头下粉控制设置时,可进行如下操作:按页1中的 换页 进入页2;接页2中的 (二 进入页3;按页3中的 帮助 进入帮助菜单页5;按页5中的 概述 进入页10;按页10中的 下粉控制 进入页11。 根据要求参照和选择相应的参数,例如只要求2号瓶子定位检测探头工作,而1号分装头常通下粉,则选择 #2 ,输入完备按 ENT 使数字窗口消失;再依次按页5、页3中的 退出 及页2中的 换页 分别返回到页3、页2及页1,如此便完成了分装头下粉控制的设置。当然,如果熟知下粉

14、控制设置的对应参数,则可在进入帮助菜单页5之后,直接按 系统参数 行中的 # 进行设置即可,而不必再进入页10和页11。由此可见,本机参数设置组态很直观、相当方便,只需按程序功能菜单操作即可。角摸屏与PLC 之间是直接进行通讯的,PLC 对触摸屏输入的数据进行处理并加以执行,同时将结果反馈到触摸显示屏进行显示。下面以分装量调节和检测修正的操作程序为例,说明触摸屏与PLC 之间的通讯关系。页1 步数 行中两组数据 # 分别表示1号分装和2号分装头的步进电机旋转步数,它们代表了对应分装螺杆的分装量。当要进行分装量调节时,可采用下列两种方式 :(1在页1显示屏上触摸 调整 ,使程序进入 调整 子菜单

15、页4。触摸页4 步数 行下面的 或 ,PLC 便会按先前设置的 步距 更改对应分装头步进电机的 步数 ( 步距 可通过前述的 帮助 菜单页5进行设置。如原来步数为1500,先前设置的步距为20,则按五次 或 ,就使得对应的 步数 增加或减少100,即修改为1600或1400,从而达到对分装量的调节。此后按 退出 返回页1界面。(2直接在页1界面上按 步数 行中数据 # ,使显示屏上出现页1 所示的数字窗口,步数的设置或修改即可在该窗口中进行。输入完备按 ENT 使数字窗口消失,如此便完成了步进电机运行步数即分装量的设置或调节。在此过程中,PLC 系统根据各个指令,进行相关计算和处理,并同步将 结果显示于触摸显示屏上。当对产品进行抽样检测时,若发现称量结果与工艺要求的分装量偏差超过允许值,这时可触摸页1 称量 行中数据 # ,使显示屏上出现页1 所示同样的数字窗口,键入称量结果后按 ENT 使数字窗口消失,页PLC 控制系统会根据