藥粒自動瓶裝系統

唐莎

摘要 本文介紹通過PLC控制的顆狀物生產線，利用PLC、變頻、伺服、步進、氣動、傳感器等技術，使生產線在瓶裝速度，精度，自動化程度，自動控制能力等關鍵技術指標上都達到國內先進水平。

關鍵字 自動瓶裝 PLC 1PG定位伺服定位

隨著現代工業生產的發展，自動瓶裝技術已經廣泛應用于食品、醫藥等眾多生產領域中，并且成為現代工業自動化水平的重要標志之一。

1． 系統組成

該生產線由送瓶裝置，圓形轉盤加工臺，物料傳送帶裝置，立體倉庫四部分組成，每一道工序都由對應的機械結構及相應的電氣控制和各類傳感器構成。

1．1．送瓶裝置

送瓶裝置由藥瓶檢測傳感器和供瓶氣缸兩部分組成。當藥瓶檢測傳感器檢測到有藥瓶時，供瓶氣缸將藥瓶推出至轉盤加工臺初始位，推出到位后氣缸自動縮回，完成送瓶動作。

1．2．圓形轉盤加工臺

圓形轉盤加工臺由落料裝置、加蓋裝置、加印裝置三部分組成。圓形轉盤加工臺由伺服電機驅動旋轉，停靠三個位置，分別為藥粒裝置處、加蓋裝置處、加印裝置處。其中藥粒裝置處的停靠由落料傳感器檢測，當落料傳感器檢測到藥瓶己到達指定位時，轉盤停止旋轉，進行藥粒灌裝，當藥瓶灌滿后轉盤繼續旋轉。加蓋裝置處和加印裝置處的停靠采用伺服系統的位置控制模式。其主要原理是利用PLC產生的脈沖數控制伺服電機的轉動帶動轉盤的旋轉，當脈沖數發送完畢，伺服電機停止旋轉，轉盤到達指定位置進行加蓋和加印。

1．3．物料傳送帶

物料傳送帶的皮帶傳輸裝置和成品檢測傳感器組成。物料的傳送速度采用變頻器控制，結合實際生產需要當業務繁忙時，選用變頻最高速運行，提供15段速度選擇，多段速的控制由PLC實現。

1．4．立體倉庫

立體倉庫由搬運機械手和儲料倉庫組成。儲料倉庫為一層貨架模型，共提供10個貨架。入庫動作由搬運機械手實現，倉庫的定位采用FX2n-1PG定位輸出模塊進行控制。

2． 設計要點

在藥顆自動瓶裝系統中，定位部分關系到藥瓶是否能夠準確加蓋、加印和入庫，是設計的重點，在本系統中采用了1PG和伺服定位兩種控制模式。

2．1．1PG定位

FX2n-1PG定位輸出模塊，簡稱PGU，可輸出一相脈沖數、頻率可變的定位脈沖。通過連接步進驅動器能實現獨立1軸的簡單定位控制,使用From/To指令于PLC進行咨訊通信。1PG模塊中專門設置了用于與PLC進行信息交換的緩沖區（簡稱BFM），BFM中包括模塊控制信號、模塊參數控制條件、工作狀態信息等內容，其中最主要的參數是設置定位脈沖數參數17和18。

2．2．伺服定位

伺服系統是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標（或給定值）的任意變動的自動控制系統。其組成原理圖如下圖1所示

圖1 伺服系統結構圖

伺服系統常見的工作模式有三種，分別為速度控制模式，轉矩控制模式，位置控制模式。位置控制模式是利用PLC產生脈沖來控制伺服電機轉動，其中脈沖的個數決定伺服電機轉動的角度（或是工作臺移動的距離），脈沖的頻率決定電機轉速。位置控制模式中，設計的關鍵在于電子齒輪比的設置，電子齒輪比是匹配電機脈沖數與機械最小移動量的，電子齒輪比與伺服電機編碼器反饋量、脈沖量、螺距相關。假如電子齒輪比設為26，上位控制器發出5000個脈沖，經過伺服驅動器后實際發給伺服電機的脈沖數應該為5000*26=130000個脈沖。

3． 控制流程

控制系統的核心采用三菱公司的FX-2n系列控制器，用梯形圖方式對系統進行編程。由于工序較多，PLC編程較復雜，采用順序控制指令實現。控制時序大體為：生產線初始化，包括轉盤對原點，搬運機械手回原點及藥粒準備工作。初始化后，藥瓶放入落藥口，供瓶氣缸將藥瓶推出至轉盤加工臺初始位，轉盤在伺服電機的驅動下旋轉。當落料傳感器檢測到藥瓶已到指定位時，轉盤停止旋轉，下料氣缸動作，藥粒落入藥瓶，5S后轉盤繼續旋轉。將裝有藥粒的藥瓶送往加蓋裝置（定位控制）,當PLC指定脈沖發送完畢，轉盤停止旋轉至加蓋口，供蓋氣缸將瓶蓋推出，配合加蓋升降氣缸，伸縮氣缸和真空吸盤，完成下降-吸蓋上升伸出-下降-放蓋上升縮回動作，加蓋氣缸縮回后轉盤繼續旋轉，將已蓋好的藥瓶送往加印口，加印位置（定位控制），當PLC指定脈沖發送完畢、轉盤停止旋轉至加印口，加印氣缸動作，印章下降并壓在瓶蓋上完成加印動作。轉盤旋轉，將成品藥瓶送往傳送帶，成品由物料傳送帶輸送到位時，成品檢測傳感器動作，傳送帶立即停止，機械手抓取成品后，根據1PG相應控制脈沖提供給步進驅動器，驅動步進電動機帶動機械手由原點定位到相應的倉位，并將其入庫。

4． 瓶裝精度及穩定性測試

為了驗證生產線的瓶裝精度及運行穩定性，采用了三向公司制造的SX-CSET-JD05進行了2h連續生產，灌裝的藥瓶規格為60g，瓶裝直徑35mm，瓶裝高度80mm，灌裝顆粒藥料為0.1g，生產線運行時間2h。生產瓶裝數240，裝瓶最大重量為61g，灌裝最大誤差為0.51%，產品合格率98%，由結果可以看出，該生產線具有較高的灌裝精度及運行可靠性。

5.參考文獻

[1] 梁洪峰、王寶光，趙琳，張元寬. 干粉滅火器自動灌裝線[J]. 科學技術與工程.200718（9）：26-30

[2]傳動和驅動技術手冊，三向公司，2012