基于PLC全自动药品包装机系统的设计
摘 要
随着科学技术的飞速发展，人们的物质生活也越来越好，我国的药品包装业一直处于停滞状态，还在采用中继控制技术来制造商品，但是它的运行方式并不稳定，电路也很复杂，很难处理。随着医药产业的快速发展，药品的质量、外观、卫生状况越来越受到重视，常规的质量监控体系已无法满足市场对药品质量的要求。所以，要适应这个新的时代，无论是从外表上，从制度上都要改进，以达到最基础的整洁、优质的品质、方便的制造。本文主要研究的是采用 PLC实现的全自动袋子成形包装设备，该设备能较好地改进国内的医用包装设备，提高产品的品质。
PLC选用三菱FX2N系列 PLC进行全自动药物包装的起停，并可实现制袋、灌装、封口、印刷、等多种操作，从而实现全自动包装设备的自动化。PLC是实现自动控制的关键设备。该全自动包装设备控制灵活，可靠性高，使用率高，适合于大部分自动化的药物包装工作。
关键词：可编程控制器；自动化控制器；自动充气；包成形；包裹器
Design of a PLC based fully automatic drug packaging machine system
Abstract
With the rapid development of science and technology, people's material lives are also getting better and better. China's pharmaceutical packaging industry has been in a stagnant state and is still using relay control technology to manufacture goods. However, its operating mode is not stable, and the circuit is also complex and difficult to handle. With the rapid development of the pharmaceutical industry, the quality, appearance, and hygiene of drugs are increasingly valued. Conventional quality monitoring systems are no longer able to meet the market's requirements for drug quality. So, to adapt to this new era, both in terms of appearance and system, we need to improve in order to achieve the most basic cleanliness, high-quality quality, and convenient manufacturing. The main focus of this article is on a fully automatic bag forming packaging equipment implemented by PLC, which can effectively improve domestic medical packaging equipment and improve product quality.
The Mitsubishi FX2N series PLC is selected for the start and stop of fully automatic drug packaging, and can achieve various operations such as bag making, filling, sealing, printing, etc., thus achieving the automation of fully automatic packaging equipment. PLC is a key equipment for achieving automatic control. This fully automatic packaging equipment has flexible control, high reliability, and high usage rate, making it suitable for most automated drug packaging work.
Keywords: Programmable controller; Automation controller; Automatic inflation; Wrapping forming; Wrapper
目 录
摘 要 1
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景 1
1.2 课题研究的意义 1
1.3 国内外研究现状 2
1.3.1 国外袋成型包装机发展现状 2
1.3.2 国内袋成型包装机的发展现状 3
1.3.3 自动包装机存在的问题 4
1.4 课题的设计内容和思路 5
1.4.1 课题的内容和要求 5
1.4.2 课题的设计思路 5
2 基于PLC全自动袋成型药品包装机系统的设计关键技术 6
2.1 PLC系统工作原理 6
2.2 基于PLC全自动袋成型药品包装机的结构特点 6
2.3 基于PLC全自动袋成型药品包装机的工艺研究 8
2.3.1 内装物的工艺特性研究 8
2.3.2 包装材料的要求研究 8
2.3.3 包装材料的工艺拟定 8
2.3.4 系统总体布局 9
3 基于PLC全自动袋成型药品包装机系统的硬件设计 11
3.1 硬件配置 11
3.2 操作面板的设计 11
3.3 选型 12
3.3.1 PLC系统的选型 12
3.3.2 光电开关 13
3.4 系统执行部分的设计 15
3.4.1 给料机系统 15
3.4.2定量包装系统 15
3.4.3 伺服电机系统 16
3.5 输入输出点分配的设计 17
3.6 A/D模块的选择 18
3.7 PLC系统外部接线及电机的驱动电路的设计 19
4 基于PLC全自动袋成型药品包装机系统的软件设计 22
4.1 步进指令编程的介绍 22
4.2 控制系统的主程序 22
4.2.1 初始化程序 23
4.2.2 手动程序 25
4.2.3 自动回原点程序 26
4.2.4 自动程序 28
5 结束语 31
5.1方案综合评价和结论 31
5.2 体会和展望 31
参考文献 33
致 谢 34
1 绪论
1.1 课题的研究背景
自动化技术在包装机械的各个方面都得到了广泛的应用，特别是在传统的包装设备中，随着电子技术的飞速发展，自动化已经被广泛地运用到了包装机械上。目前，我国的包装机自动化发展正朝着“环保”和“自动”的方向发展。在环保、节能、可持续发展的今天，自动化包装设备的绿色发展的目的尤为明显。
经过长期的发展，我们在借鉴了国外的先进技术和优势后，采用了自己的技术和经验，对国内的医用包装设备进行了改进，提高了产品的品质。
当前医药包装设备的发展存在以下几个共同问题：
产品的品质差异。我们从外国进口了许多先进的仪器，并对它的生产技术和操作技术进行了深入的探讨，但是根据国家的方针，生产的仪器和国外的仪器还是有差距的，特别是在产品的品质方面。
技术上的差异。目前，国外医用药物包装设备采用的是智能遥控技术，国内还有很多难题没有攻克，不可能在国际上应用。
型号差异。我国现有医疗器械的包装型号数量只有1700余种，而在国际市场上则超过3000种，其在高档商品方面与国际市场存在着巨大的差异。
这一问题长期以来一直困扰着我们，而对其发展的影响则是来自于政府的相关政策。从数据上看，目前国内的包装业发展状况正在加速，要增强包装行业的力量就需要结合国情进行强化。
目前，医药包装工业通过多种方式，进行了一系列的改革，利用现有的市场资源，发展自己的产业，发展自己的产业，合理的利用自己的资源，合理的分配，合理的分配，最大限度地发挥自己的作用，有效地加速了小企业的发展，将经营和创新相融合，从而推动了医药包装工业的发展。
1.2 课题研究的意义
近年来，医药包装的需求与日俱增，质量、外观、卫生受到了极大的重视。目前，我国已经跻身全球十大制药生产大国和原材料出口大国，然而由于医疗包装的特殊性，导致其产品包装发展始终处在滞后状态，采用全自动包装机可有效改变目前的医药品包装的格局。采用自动化的包装机进行药物的包装，可以节省费用，改善产品的品质。
就包装设备而言，我国医药包装公司与外国公司在包装上的差异并不大，然而在操作和使用上却存在很大的差异，而在包装过程中，最常用的就是人工，而大多数的制药商对产品的质量和对产品的认识也会有很大的不同，一些厂家即使采用了全自动的包装，也只是在生产过程中运用到了极少数的自动化产品。
所以，对医药产品进行深入的探讨与改良，其具体工艺为：制袋-灌装-密封。包装的优劣对药物的成活率有很大的作用，而包装的优劣又会对医疗器械的品质产生重要的作用。
商品在流通过程中必然要进行打包，但同时也要采用包装设备。近年来，由于我国的经济高速发展，人们的生活质量不断改善，我国的包装业也出现了飞速的发展。机电集成技术越来越引起了广泛的关注，因此，必须对其进行全方位的管理，以保证其在生产过程中的应用。它在提高人们的生活质量，提高工作效率，节约资源，增强企业的竞争力。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外袋成型包装机发展现状
国外的袋成形包装机总体发展较好，其竞争优势在某种意义上更为具有吸引力，可以通过如下类推进行：
外观总体结构比较规范。产品的品质有很好的保障，技术也很有创意，大部分都是很有实际意义的。这个工艺把电脑与电子学结合起来，让我们看到了一个更为完善的机电集成。
快速的外观打包。在特定的条件下，将此设备与以往的计量器具进行对比，利用 PLC与屏幕的密切配合，构成了一种适用的工具，使得开关装置、复位操作系统、设定和修改初始的参数等交互作用，可以改善将机械操作的速率和精度，并且实现了一种特定的自动化打包技术的开发流程：
PLC对人工称量仪表的手动秤的控制构造行为的精确性。在机械工业中使用电脑，研制出用于驱动电机的包装刀具。他成功地研制出了世界上最先进的计算机遥控灌装机，并将其应用到了人们的日常生活中。因此，在不久的将来，各种包装设备将会逐渐与微型计算机相融合。
更高的智能，更高的弹性。第一：能够提高制造过程的智能和速度；第二，可以对内部的有关制度进行调节，使它的装置更具生命力；第三，模拟和设计技术的应用范围更为广阔。
各种外型的包装。从目前的状况来看，国外的袋包装袋的外形有：三边型、四边型、枕型、风琴型、自立袋型等。
外国的全自动包装机系统较为单一化，横向密封、纵密封等采用的都是利用气压部件，整体包装非常迅速，非常简洁，并且基本没有噪声；通过变频器的安装，可以实现无级变速，而且还可以增加整个调速器的范围，而且还可以保持恒定，最关键的是，它还可以节约电能。
1.3.2 国内袋成型包装机的发展现状
相对于我国的相关文献，我国在这方面的研究起步较晚。不过，在机器的包装上在国内，有很多合资公司和私营公司，很难建立起一个有效的产品制造流程，这也会影响到整个研究开发的整体质量，从而影响开发进程。从科技的角度来看，中国并没有太大的优势，只能从国外的研究中学习，但要做到这一点，还真不是一件容易的事情。
国产的袋子成形全自动包装设备通常更具实用性，所选用的也都是一些新的行业（如微电子、新材料等）。经过对机械、热力管道等的研究与应用，其设备的填表测量将是比较常见的。热封方法通常包括：回路， L型封闭，螺旋式。我国自主研制的袋包装机采用连续对辊密封，其最大的问题是：当开闭器时，必须将原料送入滚筒中心，不但清洗困难，还会造成原料的浪费。但在小型的袋包装机上，其密封设备采用的是扇型切换的形式，但当包装盒开口变大时，其密封品质就无法保证了。
我国的包装机行业发展正处在一个良好的发展趋势，在许多方面都有较大的改进，例如生产制造，设备配置，计量和装置体系等。特别是在液态充填机械中，基本达到了自动控制的需要，具有稳定高效、质量高等优点。将机电理论应用于包装机械中，使包装机的操作能力有了很大提高，总体运转效率提高，提高了系统的自动化水平。同时，对该设备的需求还将不断增加，今后对各种型号的设备的需求将会得到极大的提升。由于国内对于包装机械的研发起步晚，其技术水平还不够高，与世界先进水平有很大差距。还有一些高科技的机械和机械，我们国家也会从国外购买，这个办法，一直持续了好几年。目前我国的包装业以私营和股份化为主，占80%到90%，但中外合资和独资的比例仅为10%到20%，几乎没有国企。不过真正懂全过程的公司，估计也就5%左右，而且大部分都是小型的。几乎每一年，将近百分之十五的公司都会转型，或者是倒闭，或者是新的投资，都有百分之十五的公司处于一个不确定的地位。一些公司在低端经常制造，大量的能量流失，许多新的新的产品在测试阶段、模仿成品阶段就停止了。主要研发体系还不够强大。
1.3.3 自动包装机存在的问题
经过调查，现研制出的全自动包装设备存在如下问题：
1.在控制包装物的速率方面存在一定的难度，胶片在输送时的流速不稳，会对袋子的成形造成不良的影响；当胶片的运转速率改变时，会造成张力的不均，造成缝合部位长短不等，且整体尺寸精度不足。
2.封装精度较差，操作程序非常不稳定。
3.整个包裹的速率相对缓慢。
4.在完成密封后，包装机器的品质无法保证。
5.外观不好看。国内的包装设备无法做到产品的封口平滑，纹理不明显，甚至会出现烧蚀和挤压现象。
6.外观包装物的薄膜材料品质不符合规定，改变材质的拉伸强度无法满足制品的密封要求，造成包装物的叠合宽度不符合规定，包装的外观不符合要求。更糟糕的是，在切割制品的外包装物料中会产生细线，将热封的外表形状弄的杂乱无章，随着其温度的逐渐下降，无法与所生产的制品紧密结合，从而导致外包装的错误无法传递，机械管道会阻塞，导致包装机无法运转，运输不够灵活。
7.传输失败表现为整个系统不灵敏、机器无法进行同步等。造成这种情况的主要是由于操作不当，系统运行中出现了一些部件的松动。一旦出现故障，就会对装置造成一些不良的后果，例如：对装置的损坏程度较高，停机时间较长。因此，要从根源上处理此类问题，可以采用以下方法：根据作业流程的规定，熟练地掌握，特别要重视维护保养，以免出现此类问题。
8.包装原料及产品的运送失效，造成失效的原因是由于在运送途中发生了管道阻塞。这种这种情况的出现，除了上述的原料之外，还会因为机械通道的大小不符合规则，通道中有污垢。如果出现故障，自动停车，人工人工人工作业，存在着一定的危险性。我们可以在维护和不断维护的基础上，提高有关工人的工作能力。
9.缺乏生产的问题。由于在运送时，物料与制品都会遇到一定的问题，但在包装时，机械并未停顿，造成了包装物的丢失或增加。到了后期，就会涉及到各个防御系统的控制，设备的匹配度，以及操作的一致性，以及相应的操作，都要让相关的工作人员熟练掌握，并定期进行维护。
1.4 课题的设计内容和思路
1.4.1 课题的内容和要求
本方案以日本三菱公司FX2N-48 MR系列 PLC为工艺中心，采用光电开关和接近开关将制袋机的生产信息传递给 PLC，通过 PLC进行计算，实现自动操作。包括原料准备、制作药品袋、进料称量、打印日期、切膜、封袋等工序，并安装相应的驱动装置和控制装置，以满足各种袋的大小，实现动作精确、外观简洁美观、高速化和自动化。
在此基础上，应先设定 PLC输入输出接口分配表格，编制相应的控制软件，绘制相应的阶梯逻辑图形，以满足要求的要求，并最终完成毕业设计报告和项目答辩。
1.4.2 课题的设计思路
在此基础上，根据 plc软件的编程原理，绘制了电路电路，然后进行了相应的软件测试，并根据药物的自动包装过程，完成了制袋、封口、打印、挂号、自动关掉药袋等功能，在软件的设计中，遇到过高的问题，必须使用蜂鸣器来进行自动的报警，以确保警报的效率和效率，从而减少事故的发生。
参考文献
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