药粒自动瓶装系统

唐莎

摘要 本文介绍通过PLC控制的颗状物生产线，利用PLC、变频、伺服、步进、气动、传感器等技术，使生产线在瓶装速度，精度，自动化程度，自动控制能力等关键技术指标上都达到国内先进水平。

关键字 自动瓶装 PLC 1PG定位伺服定位

随着现代工业生产的发展，自动瓶装技术已经广泛应用于食品、医药等众多生产领域中，并且成为现代工业自动化水平的重要标志之一。

1． 系统组成

该生产线由送瓶装置，圆形转盘加工台，物料传送带装置，立体仓库四部分组成，每一道工序都由对应的机械结构及相应的电气控制和各类传感器构成。

1．1．送瓶装置

送瓶装置由药瓶检测传感器和供瓶气缸两部分组成。当药瓶检测传感器检测到有药瓶时，供瓶气缸将药瓶推出至转盘加工台初始位，推出到位后气缸自动缩回，完成送瓶动作。

1．2．圆形转盘加工台

圆形转盘加工台由落料装置、加盖装置、加印装置三部分组成。圆形转盘加工台由伺服电机驱动旋转，停靠三个位置，分别为药粒装置处、加盖装置处、加印装置处。其中药粒装置处的停靠由落料传感器检测，当落料传感器检测到药瓶己到达指定位时，转盘停止旋转，进行药粒灌装，当药瓶灌满后转盘继续旋转。加盖装置处和加印装置处的停靠采用伺服系统的位置控制模式。其主要原理是利用PLC产生的脉冲数控制伺服电机的转动带动转盘的旋转，当脉冲数发送完毕，伺服电机停止旋转，转盘到达指定位置进行加盖和加印。

1．3．物料传送带

物料传送带的皮带传输装置和成品检测传感器组成。物料的传送速度采用变频器控制，结合实际生产需要当业务繁忙时，选用变频最高速运行，提供15段速度选择，多段速的控制由PLC实现。

1．4．立体仓库

立体仓库由搬运机械手和储料仓库组成。储料仓库为一层货架模型，共提供10个货架。入库动作由搬运机械手实现，仓库的定位采用FX2n-1PG定位输出模块进行控制。

2． 设计要点

在药颗自动瓶装系统中，定位部分关系到药瓶是否能够准确加盖、加印和入库，是设计的重点，在本系统中采用了1PG和伺服定位两种控制模式。

2．1．1PG定位

FX2n-1PG定位输出模块，简称PGU，可输出一相脉冲数、频率可变的定位脉冲。通过连接步进驱动器能实现独立1轴的简单定位控制,使用From/To指令于PLC进行咨讯通信。1PG模块中专门设置了用于与PLC进行信息交换的缓冲区（简称BFM），BFM中包括模块控制信号、模块参数控制条件、工作状态信息等内容，其中最主要的参数是设置定位脉冲数参数17和18。

2．2．伺服定位

伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变动的自动控制系统。其组成原理图如下图1所示

图1 伺服系统结构图

伺服系统常见的工作模式有三种，分别为速度控制模式，转矩控制模式，位置控制模式。位置控制模式是利用PLC产生脉冲来控制伺服电机转动，其中脉冲的个数决定伺服电机转动的角度（或是工作台移动的距离），脉冲的频率决定电机转速。位置控制模式中，设计的关键在于电子齿轮比的设置，电子齿轮比是匹配电机脉冲数与机械最小移动量的，电子齿轮比与伺服电机编码器反馈量、脉冲量、螺距相关。假如电子齿轮比设为26，上位控制器发出5000个脉冲，经过伺服驱动器后实际发给伺服电机的脉冲数应该为5000*26=130000个脉冲。

3． 控制流程

控制系统的核心采用三菱公司的FX-2n系列控制器，用梯形图方式对系统进行编程。由于工序较多，PLC編程较复杂，采用顺序控制指令实现。控制时序大体为：生产线初始化，包括转盘对原点，搬运机械手回原点及药粒准备工作。初始化后，药瓶放入落药口，供瓶气缸将药瓶推出至转盘加工台初始位，转盘在伺服电机的驱动下旋转。当落料传感器检测到药瓶已到指定位时，转盘停止旋转，下料气缸动作，药粒落入药瓶，5S后转盘继续旋转。将装有药粒的药瓶送往加盖装置（定位控制）,当PLC指定脉冲发送完毕，转盘停止旋转至加盖口，供盖气缸将瓶盖推出，配合加盖升降气缸，伸缩气缸和真空吸盘，完成下降-吸盖上升伸出-下降-放盖上升缩回动作，加盖气缸缩回后转盘继续旋转，将已盖好的药瓶送往加印口，加印位置（定位控制），当PLC指定脉冲发送完毕、转盘停止旋转至加印口，加印气缸动作，印章下降并压在瓶盖上完成加印动作。转盘旋转，将成品药瓶送往传送带，成品由物料传送带输送到位时，成品检测传感器动作，传送带立即停止，机械手抓取成品后，根据1PG相应控制脉冲提供给步进驱动器，驱动步进电动机带动机械手由原点定位到相应的仓位，并将其入库。

4． 瓶装精度及稳定性测试

为了验证生产线的瓶装精度及运行稳定性，采用了三向公司制造的SX-CSET-JD05进行了2h连续生产，灌装的药瓶规格为60g，瓶装直径35mm，瓶装高度80mm，灌装颗粒药料为0.1g，生产线运行时间2h。生产瓶装数240，装瓶最大重量为61g，灌装最大误差为0.51%，产品合格率98%，由结果可以看出，该生产线具有较高的灌装精度及运行可靠性。

5.参考文献

[1] 梁洪峰、王宝光，赵琳，张元宽. 干粉灭火器自动灌装线[J]. 科学技术与工程.200718（9）：26-30

[2]传动和驱动技术手册，三向公司，2012