制藥廠灌封機電氣改造

劉建（廣東省高級技工學校，廣東惠州516100）

制藥廠灌封機電氣改造

劉建
（廣東省高級技工學校，廣東惠州516100）

介紹如何對某制藥廠進口灌封機進行電氣改造。詳細介紹整個改造方案，如何選擇電氣元件，改造方法和實施步驟，重點介紹改造過程中遇到的問題以及解決問題的方法。該改造案例對于自動化設備PLC程序丟失如何解決具有參考意義。

灌封機；編碼器；改造；PLC

1　改造項目的提出

某制藥廠有一臺德國進口的灌封機故障。該灌封機是對某品牌的藥膏進行封裝，有10 g和30 g兩種規格。現在正常操作機器，機器沒有任何反應。控制設備的PLC是施耐德TSX3722101，通過觀察PLC的輸入輸出信號燈，發現有輸入信號，沒有任何輸出信號，然后分析報警指示燈，綜合得出結論為PLC程序丟失。制藥廠沒有將PLC數據備份，也沒有任何資料可以參考，只能進行改造，重新設計電氣控制系統，編寫調試程序。

2　改造方案

施耐德TSX3722101的PLC是原裝進口，手頭沒有任何相關的資料，灌封機為典型的凸輪機械，用到高速計數器，通過人機界面可以設定數據調節變頻器的頻率，用到模擬量D/A輸出模塊。沒有施耐德PLC的通訊線、編程軟件、資料，對它又不熟悉，客戶催的很急，保留原PLC的方案比較難實現，為此制定改造方案將施耐德PLC更換為三菱FX型PLC，同時將模擬量D/A輸出模塊更換成三菱的，把人機界面換成顯控SA-3.5A。

3　電氣元件選擇

3.1最初選擇

原施耐德PLC輸入輸出各32點，帶兩路專用模擬量輸出模塊控制變頻器調速，還有一臺步進電機。施耐德PLC屬于歐洲版本的，輸入內部都不含電源，需要外接電源，而且輸入公共端子可以接電源正極，也可以接電源負極，控制設備有步進電機，推斷輸出類型為晶體管，所以PLC選定FX3U-64MT-001，模擬量輸出模塊為FX2N-4DA，人機界面為顯控SA-3.5A。

3.2修正方案

（1）解決技術問題要從最難的問題開始，不解決最難點最重要的問題，整個技術改造將無法完成，帶著FX3U-64MT-001三菱PLC到制藥廠，準備先搞清步進電機的控制過程。常規兩相步進電機控制如圖1所示，步進電機由步進驅動器帶動，步進驅動器有脈沖、脫機、方向三個信號，脈沖信號控制步進電機的旋轉角度，脫機信號確定步進電機是否受步進驅動器控制，方向信號控制步進電機的旋轉方向。由于脈沖信號開關通斷的頻率非常高，而且要求通斷信號平穩，所以控制步進驅動器的控制器信號如圖1所示用晶體管做開關，所以選擇了三菱晶體管T輸出的PLC。

圖1　常規兩相步進電機控制

（2）通過編寫程序用FX3U-64MT-001的PLC對灌封機步進電機控制發現，步進驅動器只有兩個信號，一個信號控制步進電機開始旋轉，另一個信號控制步進電機停止，兩者都存在的時候，停止優先。因此，控制器的信號采用如圖2所示機械開關也可以。

圖2　常規兩相步進電機控制

（3）通過分析得出灌封機的施耐德TSX3722101的PLC輸入部分如圖3左半部分所示，對比三菱FX3U-64MT輸入部分如圖4左半部分所示，它們結構一樣，可以相互替換。但是兩者的輸出結構不一樣，施耐德TSX3722101輸出公共部分為接電源的正極，三菱FX3U-64MT輸出公共部分只能接電源負極。從兩者的輸出來看，選擇三菱晶體管T的PLC并不合適，應該選擇三菱FX3U-64MR繼電器的PLC。

圖3　常規兩相步進電機控制

圖4　常規兩相步進電機控制

（4）由于一些原因，沒辦法立即購買到三菱FX3U-64MR繼電器的PLC。公司倉庫有一臺三菱FX2N-64MR繼電器的PLC，其內部結構如圖5所示，與FX3U-64MR相比，FX2N-64MR輸入X內部含電源，拆開PLC，將主板上面短接片更改位置，得出如圖6所示的內部接線圖，滿足了灌封機外部接線改造的要求，最終根據實際情況選擇了三菱FX2N-64MR繼電器輸出型PLC。

圖5　常規兩相步進電機控制

圖6　常規兩相步進電機控制

4　項目實施

4.1分析變頻器控制

灌封機有兩個變頻器，一個控制上空管的速度，另一個控制主電機調速，確定整個設備生產藥膏的速度。兩個變頻器速度都通過人機界面設定的數字而改變。通過分析可知，兩個變頻器的控制模式相同，變頻器的啟動停止由外部端子控制，頻率的調節通過外部的模擬電壓（DC0～10 V）調節。灌封機用PLC輸出繼電器控制變頻器的啟停，用模擬量輸出模塊輸出0～10 V的電壓調節變頻器的頻率控制電機的旋轉速度。

4.2更換PLC與人機

通過前面一系列的實驗，已經知道PLC如何控制灌封機，了解了輸入信號的方式和輸出信號的方式以及變頻器、步進電機的控制過程，將原PLC拆除，更換為三菱FX2N-64MR繼電器輸出型PLC。由于原人機界面沒有軟件，同時也沒有和三菱PLC的通訊線，人機界面也一同更換，將原人機界面拆除，在其面板上開出孔，安裝新的人機界面。

4.3分析輸入輸出分配

輸入信號通過一個人按面板按鈕或讓傳感器動作，另一個人觀察PLC輸入燈的亮滅來查找。通過PLC編程軟件強制的輸出，看機器實際的動作來分析輸出信號分配，但是尤其要注意的是，任何時候只能讓一個輸出工作，以免出現事故，這是非常關鍵的。

4.4編寫調試程序

編寫和調試程序要注意方法，注意先后順序，逐步實施。先編寫上空管的程序，讓上料機構能順利上料，然后編寫調試主電機程序，再編寫送藥程序，最后讓各個部分聯合起來調試。調試的時候先用很低的速度，確保各個機構的安全。

4.5制作人機畫面

人機畫面比較簡單，只做了三個畫面，一個是系統進入畫面，一個是參數設定畫面，最后一個是報警畫面。畫面制作要注意使用的各個元件的地址、數據類型與PLC使用的元件一致。

5　難點的問題

（1）高速計數器與編碼器

灌封機是典型的凸輪加編碼器聯合控制的機械設備。大部分的動作由凸輪直接控制，有些結構不便安裝凸輪，為了簡化機械結構，在設備中安裝一個與主軸同步旋轉的編碼器，由其發信號給PLC，PLC根據主軸旋轉的角度發信號控制機構動作。由于編碼器軸與主軸同步旋轉，當主軸旋轉速度快時，編碼器發出的信號也加快，PLC控制灌封機動作的速度也加快，使所有的動作協調同步。由于普通的計數器受PLC輸入濾波和掃描周期的影響，編碼器信號必須由PLC高速計數器計數。

（2）高速計數器中斷

灌封機受編碼器控制的動作有5個，每個動作有啟動和停止信號，總共有10個信號，但是三菱FX2N-64MR PLC高速置位、高速復位總共才6個。為此不用高速置位、高速復位，選用高數計數器中斷，每個中斷程序中可以有多個輸出Y的處理。

6　小結

快速實現進口灌封機的電氣化改造，將原PLC和人機界面更換掉，在硬件上增加了一定的成本，但是改造總共時間只花掉四天，節省了大量的時間，減少了因停機造成的損失。該項目的順利實施，為不同PLC控制的設備改造和凸輪加編碼器聯合控制的設備改造提供了借鑒。

［1］劉建.機電一體化快速學習教程［M］.北京：九州出版社，2014.

(編輯：王智圣)

ElectricalRenovation of Pharmaceutical Factory Filling and Sealing M achine

LIU Jian
（Guangdong Province Technician College，Huizhou516000，China）

Electrical renovation ofan importpottingmachine in a pharmaceutical factory is introduced.Details of thewhole reconstruction scheme，how to choose the electrical components，modificationmethodsand implementation steps，focuseson the problemsencountered in reconstruction and themethods to solve the problems.The retrofit case has importantsignificance forhow to solve automation equipment PLC program loss.

fillingand sealingmachine；encoder；reform；PLC

TP27

A

1009－9492(2015)04－0105－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.028

2014－10－23

劉建，男，1983年生，湖南安鄉人，大學本科，一級實習指導教師。研究領域：機電設備設計、維修、改造。已發表論文3篇。