基于PLC控制的智能家用煎藥機設計

摘 要：中醫藥學是中華民族對世界自然科學的重大貢獻之一，自動煎藥機是中藥現代化發展的重要成果之一，可以大大提高中藥制劑的生產效率和質量穩定性。與傳統的手工煎藥方式相比，自動煎藥機能夠精確控制火候和煎藥時間，從而保證藥效的穩定性和一致性，并減少操作誤差，降低藥品污染的可能性。采用觸摸屏與下位機PLC通信的方法實現中藥藥材的煎煮、過濾、抽取、密封、包裝、運輸等。結合傳感器技術，實時監測管道內液體的流速和溫度參數，顯著提高煎藥效率，并將數據反饋到觸摸屏。利用觸摸屏作為人機交互界面，實現對煎藥包裝一體機的控制。通過試驗臺模擬調試，該控制系統可實現對中藥煎煮和打包的模擬操作。該煎藥機降低了人為錯誤風險，對中藥煎煮技術變革具有深遠意義。

關鍵詞：自動煎藥機；PLC通信；工業物聯網；人機交互；中醫藥學；V帶傳動

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）10-00-02

0 引 言

中藥作為中國傳統醫學的重要組成部分，具有悠久的歷史和深厚的文化底蘊。傳統的煎藥方法往往需要大量的人力、物力和時間，還存在藥品質量不穩定等問題[1]。隨著現代科技的發展，中藥煎藥機的研究和應用成為了中藥現代化的必然趨勢[2]。家用煎藥機可以精確控制火候和煮藥時間，無需人工看守也能保證中藥的穩定性和一致性，減少了操作誤差，降低了藥品污染的可能性。本設計通過PLC和HMI通信、傳感器、驅動器和步進電機等，實現了中藥煎藥機的自動化控制。物聯網模塊與PLC實時通信，用戶可在線設置煎煮時長，查看煎煮狀態等。煎煮完成后可選擇裝杯或打包，實現煎后即食與存儲[3]。

1 機械結構設計

1.1 控制要求

系統啟動后，步進電機正轉，帶動過濾盤上升，當光電傳感器檢測到過濾盤時，電機停止運行，由人工在過濾盤上放置藥材，待藥材放置完后，步進電機反轉，過濾盤下降。加熱桶加熱，溫度傳感器實時檢測水溫，當水溫到達設定溫度后，停止加熱，步進電機正轉，過濾盤上升過濾藥渣，抽液泵啟動將藥劑抽進管道內[4]。步進電機通過V帶傳動提供薄膜供送的動力。為防止薄膜供送時出現褶皺，在薄膜傳輸過程中增加薄膜張緊桿，由成型卷筒向下傳輸薄膜，并緊貼上端喇叭口的管道[5]。密封刀進行縱向密封，被牽引滾輪向下提供拉力，薄膜向下移動，最后由剪切刀進行密封剪切[6]。

1.2 機械結構設計

圖1所示為煎藥包裝一體機整體結構。電控箱中配有變頻器、端子、交流接觸器、繼電器、觸摸屏等。加熱桶內置加熱電阻絲，上端開設進水閥，嵌入光電傳感器用于檢測過濾盤，步進電機通過蝸桿渦輪箱將動力傳入再經過螺旋絲杠傳動使過濾盤上升或下降，下方三相交流電機通過錐齒輪箱將動力傳輸至凸輪和曲柄，凸輪轉動時壓縮彈簧，由中間夾緊板夾緊兩根圓軸帶動剪切刀向后運動，再由彈簧使剪切刀復位，完成橫向密封并剪切的動作。曲柄處設置有一個擺動導桿機構，曲柄轉一周導桿擺動固定角度，使密封刀完成縱向密封動作[7]。牽引機構由步進電機向牽引輪傳輸動力，對薄膜附加連續拉力，在牽引輪上包裹一層防滑布提供足夠的摩擦力。當加熱桶內水溫達到指定溫度后，過濾盤上升，待加熱桶內光電傳感器再次檢測到過濾盤后，抽液泵啟動，將加熱完的藥劑抽入管道內。薄膜供應機構由步進電機通過V帶將動力傳輸進卷筒，通過控制步進電機旋轉角度進而保證每一個包裝袋的長度[8]，須將薄膜繞過張緊桿防止薄膜在供應過程中出現褶皺。

2 控制設計

2.1 電氣控制組成

智能家用煎藥機系統中，步進電機帶動V帶輪進行升降、牽引；步進電機驅動剪切刀與密封刀。

2.2 電氣控制流程設計

煎藥流程如圖2所示。系統通電復位后按下啟動鍵，升降臺上升，當加熱桶頂部的光電傳感器檢測到升降臺時停止，并延時20 s（放藥）后升降臺電機反轉，平臺下降，再次碰到底部限位開關后停止。加熱桶和密封刀開始加熱，待水溫達到設定溫度后，系統開始進行煎煮定時，待煎煮時間達到用戶設定的加熱時間后，卷筒和牽引處的步進電機啟動，隨后抽水泵與剪切電機啟動，管道內的LZM旋翼流量傳感器不斷檢測水流速并反饋給PLC，PLC通過讀取的數值改變變頻器頻率，從而實現不同流速下的不同剪切速度，以適應不同規格的包裝袋[9]。

包裝流程如圖3所示。卷筒電機啟動，為包裝膜提供動力，主桶抽液泵啟動將主桶內藥液通過軟管抽進包裝管道，當管道內傳感器檢測到液體時，密封剪切電機與封口電機啟動，將包裝膜密封成一個開口袋[10-11]，當藥液流入袋內后封口，最后插入吸管防止嗆水。包裝完成后過濾平臺電機開啟，平臺上升倒出藥渣后復位。

3 結 語

自動化是現代化加工制造業的發展趨勢，也是當今社會的重要特征。自動煎藥機能夠減少人工操作誤差，降低藥品污染的可能性，大大提高中藥制劑的生產效率和質量穩定性，對中藥煎煮技術變革具有深遠意義。

注：本文通訊作者為張陳。

參考文獻

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