基于PLC全自动药品包装机系统标准设计Word格式文档下载.docx
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其中，中国规模较大医药包装企业即使在设备上和国外差距不大，但在软件环境上却不尽如人意。
据了解，造成这种差距关键有3个原因：
首先是中国制药行业整体水平较低，医药生产企业技术相对较落后。
中国制药企业数量多，但规模小，反复生产严重，企业管理水平较低。
其次,是医药产品长久以医院销售为主，在药店销售药品只占总量很小一部分，企业自然极难在包装上下大力气改革，医药包装长久保持老面孔。
最终是医药包装机械设备和材料技术水平落后、从业人员质量意识不强，也制约着中国医药包装业发展。
对于包装设备而言，中国规模较大医药包装企业即使在设备上和国外差距不大，但在软件环境上却不尽如人意。
中国药厂大部分包装工作，尤其是较复杂部分包装物品排列、装配等工作基础上是人工操作，众多操作人员无法确保包装统一和稳定。
有些药厂即使使用一些包装机械，也只是应用在整个包装链某个步骤上。
改善方法：
（1）提升自动化程度是药品包装机械发展关键趋势。
高自动化设备应含有：
一是每个机械手均由电脑控制，一台包装机械为完成复杂包装动作，需要由多个机械手完成。
完成包装动作时，在电脑控制摄像机录用信息和监控下，机械手按其发出指令完成要求动作，确保包装质量；
二是含有对材质及厚度高分辨能力，在包装过程中包装材料厚度及材质改变不易为人眼所分辨，所以应在包装机械上采取由电脑控制摄像机和探测器来分辨包装材料厚度和材质改变，并在显示器上显示。
同时机器会依据分辨后材料改变来改变相关参数，进而使设备在最优状态下运行；
（2）机械功效要求多元化。
1.2课题研究意义
伴随社会发展、生活水平提升，人民对药品包装提出了更高要求。
假如药品用手工进行包装，劳动强度大，速度慢，效益和质量差，而且手工包装不能满足卫生要求。
所以需采取自动包装机来完成这些工作。
包装机械是现代包装工业基础设备，是商品生产中必不可少关键技术设备。
伴随人类社会进步，国民经济发展，人民生活水平提升，大家越来越重视包装质量、品种类型，包装机械在包装领域中起着关键作用。
包装机械是使产品包装实现机械化、自动化根本确保。
它能够大幅度地提升生产效率；
降低劳动强度，改善劳动条件；
保护环境，节省原材料，降低产品成本；
有利于被包装产品卫生，提升产品包装质量，增强市场销售竞争力；
因为包装机械计量精度高，产品包装外形美观、整齐、统一、封口严密，提升了产品包装质量，增强了产品销售竞争力，可取得较高经济效益；
延长产品保质期，方便产品流通。
包装机械确保包装产品质量高、生产效率高、品种多、生产环境好、生产成本低、环境污染小，所以取得较强市场竞争力，带来巨大社会效益和经济效益。
自动包装机堪称为拥有漫长发展历史和富有强大生命力主导机型。
现已被各国视为前景很好包装机械。
因为现有国产袋成型自动包装机存在软硬件问题，而且缺乏对应设计指导理论，所以对其进行研究改善是很有意义。
包装容器制袋-充填-封口是包装工艺必需工序。
充填正确度影响到厂家经济效益；
封口好坏则影响包装产品外观质量和保质期。
所以，包装质量在很大程度上取决于袋长正确控制和封口质量，本研究对整机结构了解基础上针对纵封、横封封口形式完成了对薄膜输送系统等关键部分硬件设计其在实际生产中也含有十分关键指导意义。
1.3中国外研究现实状况
为满足现代商品包装多样化要求，现在中国外开始不停发展适应多品种、小批量通用包装机械和设备，从而使得包装机械形式日趋增多。
袋成型自动包装机是将含有热塑性塑料复合膜经加热软化制成包装容器，在一台设备上自动完成制袋成型、计量充填、封合剪切等全过程自动包装设备。
1.3.1国外袋成型包装机发展现实状况
国外袋成型包装机发展全方面，优势显著，关键特点有：
结构设计标准化、模块化。
用一台包装机完成对不一样物料包装时，利用原有机型模块化设计可在短时间内快速进行规格更换或转换为其它包装形式机型，并为不一样计量系统提供了足够空间。
包装速度高速化。
现在，国外小袋包装机单列包装速度通常为30-80袋/分，近些年来很多企业推出多列式包装机（2列到10列不等）可使包装速度大大提升。
如意大利ILAPAK企业300和400系列枕型包装机，计量范围150到450g，包装速度120袋/分：
日本横滨电机制作所YDE-70型四边封合包装机，计量范围:
0.5到30ml，能够2到10列，最高速度为800袋/分。
结构运动高精度化。
因为采取多种新技术，如经过伺服电机、编码器及数字控制、动力负载控制PLC等高精密实施机构控制多种动作，使整机充填计量精度和制袋精度全部有所提升。
如日本东京自动机械SIGMA3型粉末计量机，配有可调速驱动马达，采取螺杆下料填充，最大充填为每次1.2kg，充填精度60.25%。
控制智能化、弹性化。
国外大多机器全部经过智能型控制仪表和触摸屏上菜单式应用软件对机器多种参数进行跟踪调整。
电子显示器显示切袋长度、包装速度、充填物净含量和包装产量等，一目了然。
标准色标跟踪光电系统能绝对确保包装产品印刷图案正确。
另外，机器可对工作过程进行在线状态监测和故障诊疗分析，一旦发生问题，自动停机，并显示故障原因及处理方法。
包装形式多样化。
国外袋包装现在现有三边封合袋、四边封合袋、枕形袋，还有风琴式、自立袋等。
用户能够依据市场需要，含有更大选择空间。
国外袋包装机实施机构和传动系统趋于简单，横封、纵封等动作实施机构全部采取气动原件，包装动作简捷快速，整机噪声小；
采取变频调速装置，实现无极变速，不仅调速范围大、平滑性好、低速特征，而且可实现恒转矩调速，节电效果也十分显著。
1.3.2中国袋成型包装机发展现实状况
中国包装机械发展较晚，现在正处于起步应用阶段。
而且因为用户技术水平和多种环境原因限制，中国包装机械需要就像一座“金字塔”。
对高、精、尖设备需求就是塔尖，越尖端设备需求越小；
对中、低级设备需求就像“金字塔”底部，量大面广，商机无限。
伴随市场需求不停增加，九十年代后，中国袋成型自动包装机有了较快发展。
经过参考国外产品，进行消化、吸收及自主开发、研制，技术上有了很大提升，计量范围从1g到1000g不等，尤其是产品功效和自动化方面也有了长足进步。
中国经过参考国外同类型产品，进行消化、吸收及自主开发研制，技术上有了很大发展和提升。
中国现有袋成型自动包装机应用广泛，机型分为立式和卧式两种，可包装液体、糊状物料、粉状物料、颗粒和固体物料，包装形式有枕型袋、三封袋、四封袋、砖形带、屋形带、角形自立袋等多个类型。
经过PLC和PC控制技术不停推广和应用，使袋成型自动包装机自动化程度得到了很大提升。
中国生产袋成型自动包装机以一般型、通用型为主，即在同一台设备上，同一竖直方向上自动完成包装袋成型、计量、打印日期、充填、封口、切断、输出等工序。
包装物料通常为：
液体、粘稠体、颗粒物料、粉料、膏体、片剂、膨化食品等。
充填计量方法通常为：
容积式、称重式。
容积式又可分为量杯式、旋转阀式、柱塞式；
称重式又可分为电子秤、杠杆秤两种。
有些包装机还采取组合式，粗供料采取容积式，精供料采取称重式等。
全部包装材料关键是含有可热封塑料单膜和多种复合膜。
包装成型袋以扁平袋为多。
热封方法关键：
有往复、L型闭合式、旋转式。
国产中型袋包装机多采取横封装置是连续对辊式，其缺点是开机和关机时，在辊轮中间全部要夹持部分包装材料，既难于清洗又浪费材料。
小型袋包装机，横封装置采取是扇形开合封口方法，当包装袋尺寸扩大后，其封口质量难以确保。
客观地讲，中国生产袋成型自动包装机综合性能和国外优异国家产品还存在着很大差距。
比较突出问题是：
机械加工工艺技术水平低；
机构动作同时、协调性差；
关键零部件、易损件、电气元件寿命短、可靠性差；
生产速度通常全部比较慢，自动化水平不高，自动化调整、自动化控制水平低；
设备可操控性差，维护保养较麻烦；
充填精度低、速度慢；
外观造型和表面质量差。
1.3.3自动包装机存在问题
据调查，现有自动包装机存在以下问题：
1.包装机长久存在着包装材料输送速度难以控制问题，薄膜输送速度不稳，对袋长精度和袋形精度和袋形质量影响；
工作早期和末期，带膜卷直径速度改变很大，转动惯量改变，造成包装输送时拉力不均匀，使得袋封长度改变，袋长控制精度不高。
2.包装精度（充填精度）低且工作时不稳定。
3.包装速度低；
现在国产包装机包装速度，小袋包装在60~120袋/分之间，包装速度超出80袋/分时包装质量将下降；
中袋包装为35~60袋/分。
国外设备包装速度以达成1200袋/分，中袋包装160袋/分。
4.封口质量难以确保
5.外观质量。
国家要求，包装袋封口处应平整，网纹清楚，不得有灼化和压穿现象。
而现有包装机不能很好达成国家标准；
包装成品封口强度低；
因为塑料包装材料和被包装物之间静电作用，在塑料袋内壁上会吸附细小被包装物粉粒，若不除去会造成横封口处封口不牢，严重影响包装袋封口质量。
自动包装机横封机构运动形式不合理，将造成封口质量问题。
传统包装机封口机构，其作用封块是扇形开合，封口部位热封时间不一样，造成封口处不平滑，部分灼化或强度不够。
两横封快机构采取左横封快运动时，两横封快对包装袋作用力不一样，会造成其封口不匀。
而且封口周期长，包装速度慢。
1.4此次设计任务和设计内容
1.4.1设计内容和要求
全自动药品包装机工艺全过程包含：
制袋、充填、封口、日期打印、切断袋膜等，设计采取PLC对药品包装机工艺过程进行控制，实现手动、自动工作方法。
1.4.2设计工作任务和工作量要求
（1）画出PLCI/O端口接线图，并按图接线。
（2）编制控制程序，并画出梯形逻辑图。
（3）完成系统调试，实现控制要求。
（4）完成课程设计说明书。
第2章系统总体设计
2.1袋成型自动药品包装机机械结构和工作原理
袋成型自动药品包装机是将含有热塑性包材经加热软化制成包装容器，在一台设备上自动完成制袋成型、计量充填、封合剪切等全过程自动包装设备。
该机关键由计量装置、拉膜机构、纵封机构、横封机构、纠偏机构等组成。
机构原理图2-1：
图2-1机构原理图
当袋成型药品自动包装机整机运行时，拉膜电机开启，经过传动机构带动拉膜带恒速连续运行，拉膜带速度能够根据包装速度设定值自动调整。
拉膜带内测为齿形带外侧为高弹力橡胶带。
高弹力橡胶带能够增强其和薄膜摩擦力，在该摩擦力作用下，包装材料随拉膜带向下运动。
袋成型自动药品包装机工作原理图2-2：
图2-2工作原理图
2.2工艺分析
2.2.1内装物工艺特征分析
药品关键是颗粒状、粉末状或流体，该包装机能够在微小更改基础上完成固体物料包装。
假如固体内装物形状改变，只需简单更改零件就能够了。
如尺寸大小变更能够调整成型器或更换成型器，其它能够只是简单调整。
易碎物件能够在中封牵引、端封切断器上粘贴部分缓冲物料，而无需更换零件就能够使机械适应范围广。
若包装物由粉末状变为液体，则需要换物料输送模块，和物料填充计量装置。
总而言之，袋成型自动包装机使用范围极广，只要是通常特征药品全部能够包装。
2.2.2包装材料要求
包装材料在包装机设计中也是关键。
塑料包装问世，引发了包装机革命。
使包装工艺、包装技术发生了巨大改变。
如塑料包装能够采取高频加热热封包装或电热丝脉冲热封包装。
医药行业多采取聚乙烯薄膜包装，考虑到在薄膜牵引时，薄膜要受到较大张力，通常来说，包装速度越高，包装材料越轻易被拉断。
假如包装材料拉力强度不够，势必影响包装速度提升。
所以，选择包装材料质量是十分关键。
2.2.3系统工作循环过程
袋成型药品自动包装机结构适合于连续式自动包装。
从工艺上讲，其包装工作循环过程图2-3所表示。
工艺是连续，只有在内装物供送时，每送入一件必需确保端封切断器封切一件。
图2-3包装工作循环过程
2.2.4包装机原理框图
结合设计任务功效要求和包装机工作原理和工作过程，设计出包装机原理框图，图2-4所表示。
图2-4原理框图
第3章PLC控制系统硬件设计
3.1硬件配置
系统硬件配置结构图3-1：
系统硬件配置图3-1
包含中央处理单元和I/O扩展单元、检测元件（光电开关和靠近开关等）、操作面板（旋钮开关、按钮开关）、控制元件（交流接触器和电磁阀）和实施元件（电动机和气缸）等几部分。
操作面板作为设备控制操作界面，接收来自操作人员操作指令并指示设备运行状态；
检测元件检测料位计量、投料结束信号，和各部分动作完成情况；
PLC自动循环扫描各个输入输出点目前状态，并依据梯形图程序所确定逻辑关系更新输出点状态，经过断通交流接触器和换向电磁阀来控制电动机启停和气缸动作，从而完成从卷膜输送到物料排出全过程自动控制。
3.2操作面板设计
为满足生产地需要，很多设备要求设置多个工作方法，此次设计药品包装机一样需要，系统设有手动、单周期、单步、连续和回原点5种工作方法。
工作方法选择开关5个位置对应于5种工作方法，操作面板左下部8个按钮时手动按钮。
为了确保在紧急情况下（包含PLC发生故障时）能可靠地切断PLC负载电源设置了交流接触器。
在PLC开始运行时按下“负载电源”按钮，使KM线圈得电并自锁，KM主触点接通给负载提供交流电源，出现紧急情况是用“紧急停车”按钮断开负载电源。
操作面板图3-2：
操作面板图3-2
3.3输入输出点分配
自动包装机工艺过程由袋成型、充填、封口、冷却等几部分组成，包装机控制系统输入信号有：
开启、停止及急停信号检测，卷膜袋长色标检测，缺袋检测，定量充填部分返回有没有充填信号，横封到位检测，横纵封结束检测。
输出信号有：
卷膜牵引开启，卷膜横封控制，预防过冲刹车控制，水冷却控制，卷膜纵封控制，卷膜切刀控制，打印控制，拌料送料电机启停控制等。
综合上述控制要求，并基于整个控制系统总成本及备用点考虑，本设计选择输入24点、输出24点PLC基础单元。
I/O点分配以下表：
输入端子
说明
输出端子
X0
安全门限位
Y0
打印气缸电磁阀
X1
扩展用
Y1
纵封气缸电磁阀
X2
纵封到位检测
Y2
动盘气缸电磁阀
X3
Y3
刮板气缸电磁阀
X4
动盘到位检测
Y4
横封气缸电磁阀
X5
料满检测
Y5
切刀气缸电磁阀
X6
横封到位检测
Y6
走袋电动机
X7
Y7
供料电动机
X10
手动
Y10
冷却泵电动机
X11
回原点
Y11
横封加热管
X12
单步
Y12
纵封加热管
X13
单周期
Y13
空气压缩机
X14
连续
Y14
X15
开启
Y15
X16
停止
Y16
X17
供膜
Y17
X20
打印
Y20
X21
纵封
Y21
X22
动盘移动
Y22
X23
供料
Y23
X24
刮板移动
Y24
X25
横封
Y25
X26
切断
Y26
X27
Y27
3.4PLC选型
依据输入输出点数该控制系统采取日本三菱企业生产FX2N-48MR型可编程控制器,选择AC电源,DC24V电源输入,继电器输出。
FX2N系列PLC是三菱企业多年来推出高性能小型整体式PLC,能实现高速运算,基础指令每步0.08微秒。
程序容量最大16K步,基础指令有27条,步进指令有2条,功效指令有298条。
内附高速计数器、内部元件很丰富,是一个功效很强大小型PLC。
因为其结构紧凑小巧、实施速度快、功效强大及性价比较高等特点,符合本系统各方面要求。
3.5A/D模块选择
该药品包装机需要对部分非开关量（色标检测、温度检测）进行监控，一般限位开关已经不能满足使用要求，所以此处选择变送器来转换这些模拟量，再经过和PLC适配A/D模块将信号传送到PLC内部。
该包装机需要检测三个模拟量即色标检测、横封温度检测和纵封温度检测，此处选择FX2N-4AD模拟量输入模块，该输入模块有4个通道能够同时接收并处理4个模拟量输入信号最大分辨率为12位。
通道1输入色标检测量，通道2输入纵封温度检测量，通道3输入横封温度检测量。
在初始化程序中需要将这3个两读入PLC中。
3.6PLC外部接线及电机驱动电路
全自动药品包装机控制系统外部接线图图3-3所表示，依据选好PLC型号和I/O分配表设计出系统外部接线。
主电路图图3-4所表示。
依据控制系统要求，系统中需要多台电动机。
其中主电动机是走袋电动机，它给系统提供必需膜，是保障系统正常运行关键所在。
供料电动机、冷却泵电动机和空气压缩机等分别是给系统提供物料、冷却和给电磁阀提供风源。
横封加热管和纵封加热管分别是给横封运动和纵封运动提升温度。
另外，电源模块是给电磁阀和A/D模块提供工作电压。
因为要控制电机，所以系统中还要利用交流接触器来控制其通断情况，为了预防过载等情况发生还有加入热继电器等。
图3-3外部接线图
图3-4控制系统主电路图
第4章PLC控制系统软件设计
4.1步进指令编程介绍
全自动药品包装机控制系统软件设计部分包含了系统控制步骤图和梯形图程序设计。
有了程序驱动整个控制系统才能根据设计要求动作，在梯形图设计这一块，要充足考虑各个部分要实现功效等。
对于复杂控制要求使用步进指令（STL/RET）指令编程较为简练，用FX系列PLC状态继电器编写次序控制程序时，应和STL指令一起使用。
S0~S9用于初始步，S10~S19用于自动返回原点。
使用STL指令状态继电器常开触点称为STL触点，它是一个胖触点，STL触点驱动电路块有三个功效，即对负载驱动处理、指定转换条件和指定转换目标。
步进指令使用说明：
1）STL触点是和左侧母线相连常开触点，某STL触点接通，则对应状态为活动步；
2）和STL触点相连触点应用LD或LDI指令，只有实施完RET后才返回左侧母线；
3）STL触点可直接驱动或经过别触点驱动Y、M、S、T等元件线圈；
4）因为PLC只实施活动步对应电路块，所以使用STL指令时许可双线圈输出（顺控程序在不一样步可数次驱动同一线圈）；
5）STL触点驱动电路块中不能使用MC和MCR指令，但能够用CJ指令。
4.2控制系统主程序
以上设计是控制系统各部分子程序，分别实现系统初始化、手动控制、自动回原点和自动控制，把以上程序结合在一起成为一段程序就能够实现手动、回原点、单步、单周期、连续多种不一样工作方法变换，其主程序步骤图图4-1所表示。
图4-1主程序步骤图
4.3初始化程序
FX系列PLC状态初始化指令IST和STL指令一起使用，专门用来设置含有多个工作方法控制系统初始状态，和设置相关特殊辅助继电器状态，能够简化复杂次序控制程序设计工作。
IST指令只能使用一次，它应放在程序开始地方，被它控制STL电路应放在它后面。
该药品包装机系统初始化程序用来设置初始状态和原点状态条件。
初始化程序图4-3，M30~M37和X10~X16关系，已经在程序中写出，和工作方法开关对应X10~X14中同时只能用一个处于ON状态，必需使用选择开关，以确保这5个输入中不可能有两个同事为ON。
IST指令实施条件满足时，初始状态继电器S0~S2和下列状态辅助继电器被自动指定为一下功效，以后即使IST指令实施条件变为OFF，这些元件功效仍保持不变：
M8041
严禁转换
M8042
转换开启
M8043
起动脉冲
M8044
回原点完成
M8047
STL监控有效
S0
手动操作初始状态继电器
S1
回原点操作初始状态继电器
S2
自动操作初始状态继电器
初始化程序以下：
图4-2初始化程序
4.4手动程序
图4-3是手动程序，手动操作时X17~X26对应8个按钮控制供膜、打印、纵封、动盘移动、供料、刮板移动、横封、切断。
为了确保系统安全运行，在手动程序中设置了部分必需软件互锁和按钮联锁，如打印、纵封、横封、切断时供膜电机不能运行，在供料时刮板不能移动，在横封时切刀不能移动等，以免机械发生干涉。
图4-3手动程序
4.5自动回原点程序
由手动工作方法切换到自动工作方法之前必需满足原点条件不然无法实施，所以此处编写一段回原点程序。
自动返回原点结束后，用SET指令将M8043置为ON做为标志。
回原点程序步骤图图4-4，自动回原点控制程序图4-5。
该药品包装机原点为安全门关闭、动盘到位、走袋电动机关闭。
图4-4自动回原点步骤图
图4-5自动回原点程序
4.6自动程序
图4-6是自动控制程序步骤图，图4-7中是自动控制程序，能够在原点条件满足且切换到自动运行时，实现自动运行。
自动程序能够实现单周期、单步、连续功效。
使用IST指令后，系统单周期、单步、连续多个工作方法切换时系统程序自动完成。
工作方法切换时经过特殊辅助继电器M8040~M8042实现，IST指令自动驱动M8040~M8042。
图4-6自动程序步骤图
图4-7自动控制程序
第5章结束语
5.1方案综合评价和结论
此次课程设计完成了电气控制系统硬件和软件设计工作，能够实现手动、回原点、单步、单周期、连续多种工作方法切换，能够根据预期目标正常地运行。
程序设计时结构清楚，易于检验和修改。
而且为以后软件维护和改善提供了方便。
对系统可靠性进行了充足考虑，加入了多种保护方法，尽可能消除了多种可能事故隐患。
PLC很有利于小型自动化系统实现，用PLC作为下位机实现现场信号输入和实时控制，是实施可靠，而且有效地实现了分散控制。
设计完成以后，也发觉本设计中存在着部分不足和需要改善地方：
1.此次控制系统中采取是旋钮开关和按钮没有采取触摸屏，假如设计了触摸屏，
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