醫(yī)藥、食品行業(yè)有許多需要進(jìn)行裝罐的工作，例如，膠囊或者藥丸顆粒的裝瓶、顆粒狀食物的裝瓶或者裝盒等。傳統(tǒng)的加工方法是采用人工操作，效率很低，又容易產(chǎn)生顆粒數(shù)目差錯(cuò)，而且工人勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大、不衛(wèi)生。

    自動(dòng)數(shù)粒機(jī)控制系統(tǒng)，在制藥廠、食品廠等要求定粒數(shù)包裝的行業(yè)非常流行。以100粒一小瓶包裝為例，使用數(shù)粒機(jī)來(lái)確定藥丸粒數(shù)非常方便。數(shù)粒機(jī)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但編程的算法是非常重要的，否則很難達(dá)到較高的控制精度。由于PLC具有功能齊全、應(yīng)用靈活、維護(hù)容易、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，應(yīng)用于數(shù)粒機(jī)時(shí)既方便又快捷，所以在自動(dòng)數(shù)粒機(jī)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。本節(jié)將介紹如何采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)顆粒的自動(dòng)灌裝。

    一、  系統(tǒng)概述

    如圖11-16所示，自動(dòng)數(shù)粒機(jī)由機(jī)架、傳輸機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)、供料機(jī)構(gòu)和控制器等部分組成。自動(dòng)數(shù)粒機(jī)的傳送帶由傳輸電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，用于傳送將要灌裝的容器。下料機(jī)構(gòu)包括下料電動(dòng)機(jī)、下料盤(pán)、下料道和出料口。下料盤(pán)由下料電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，將下料盤(pán)上的待裝物送到下料道，再經(jīng)過(guò)料口裝入容器中。供料機(jī)構(gòu)是用于向下料盤(pán)提供裝物品的機(jī)構(gòu)，它由螺桿供料器和儲(chǔ)料箱組成。自動(dòng)數(shù)粒機(jī)有3個(gè)傳感器，一個(gè)是容器傳感器，用來(lái)檢測(cè)傳送帶上是否有容器；另一個(gè)是下料傳感器，用來(lái)檢測(cè)下料盤(pán)的每一等份的袋裝物品是否全部掉入下料道，這里選用檢測(cè)距離為10mm的接近開(kāi)關(guān)作為下料傳感器；最后一個(gè)是料位傳感器，用于檢測(cè)下料盤(pán)是否需要供料，這里采用雙位控制開(kāi)關(guān)作為料位傳感器，安裝在下料盤(pán)中。

    圖11-16    自動(dòng)數(shù)粒機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

    自動(dòng)數(shù)粒機(jī)的工作過(guò)程可簡(jiǎn)單描述如下：自動(dòng)數(shù)粒機(jī)啟動(dòng)后，傳輸電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，傳送帶將待灌裝的容器送到出料口，在出料口的左右兩側(cè)裝有兩個(gè)汽缸，一個(gè)是進(jìn)容器汽缸，另一個(gè)是擋容器汽缸，當(dāng)進(jìn)容器汽缸縮回而擋容器汽缸伸出時(shí)，傳送帶將容器送到出料口，然后進(jìn)容器汽缸再伸出，將位于出料口的容器鎖定位置，為灌裝做好準(zhǔn)備。容器到位后，下料電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行，帶動(dòng)下料盤(pán)旋轉(zhuǎn)，下料盤(pán)是分成幾個(gè)等份、而每等份鉆有數(shù)目相同的1圓孔的圓盤(pán)，下料盤(pán)傾斜安裝，上方為待裝物品，下方是一塊刻有一個(gè)下料孔的圓板。當(dāng)下料盤(pán)旋轉(zhuǎn)（伴隨有振動(dòng)）時(shí)待裝物品掉人圓口，每個(gè)圓孔攜帶一個(gè)待裝物品使預(yù)定數(shù)目的待裝物品隨下料盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)圓孔經(jīng)過(guò)下料孔時(shí)待裝物品下落到下料道，經(jīng)出料口裝入容器內(nèi)。這樣，下料盤(pán)的每一等份還沒(méi)有達(dá)到出料口之前就已將大等份的待裝物品經(jīng)出料口裝入容器內(nèi)。待等份的待裝物品全部進(jìn)入容器內(nèi)，擋容器汽缸收回，放走這個(gè)已經(jīng)裝滿的容器，完成對(duì)該容器的灌裝流程。已經(jīng)灌裝的容器離開(kāi)后，當(dāng)容器汽缸伸出同時(shí)進(jìn)氣缸縮回，下一個(gè)容器到位，準(zhǔn)備接下一等份的待裝物品，開(kāi)始新的工作循環(huán)。

    二、控制要求

    自動(dòng)數(shù)粒機(jī)工作流程圖如圖11-17所示，對(duì)系統(tǒng)的控制提出了以下要求：

    圖11-17    自動(dòng)數(shù)粒機(jī)工作流程圖

    (1)自動(dòng)數(shù)粒機(jī)啟動(dòng)后傳輸電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，控制器應(yīng)檢測(cè)容器是否到位和下料盤(pán)是否有足夠的待裝物品，只有這兩個(gè)條件都滿足才能啟動(dòng)下料電動(dòng)機(jī)。

    (2)自動(dòng)數(shù)粒機(jī)在運(yùn)行中一旦檢測(cè)不到容器或者下料盤(pán)的待裝物品不足時(shí)，立即停車并發(fā)出聲光報(bào)警；停車后經(jīng)手動(dòng)復(fù)位系統(tǒng)才能恢復(fù)運(yùn)行。

    (3)為了能調(diào)節(jié)灌裝速度，自動(dòng)數(shù)粒機(jī)的下料電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速。傳輸電動(dòng)機(jī)采用單相電動(dòng)機(jī)，無(wú)需調(diào)速（自動(dòng)數(shù)粒機(jī)的灌裝速度和下料速度有關(guān)，與傳輸電動(dòng)機(jī)的速度無(wú)關(guān)）。

    (4)由于自動(dòng)數(shù)粒機(jī)的下料道較長(zhǎng)，待裝物品經(jīng)下料孔到出料口的時(shí)間較長(zhǎng)(大約2s)，為了提高灌裝速度，擋容器汽缸和進(jìn)容器汽缸動(dòng)作應(yīng)迅速。

    (5)應(yīng)具有緊急停車的功能。

    三、控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    1．輸入／輸出信號(hào)分析

    根據(jù)自動(dòng)數(shù)粒機(jī)工作原理概述，可知該自動(dòng)數(shù)粒機(jī)PLC控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)有：檢測(cè)待裝物品是否全部進(jìn)入下料道的下料傳感器1個(gè)，檢測(cè)傳送帶上是否有容器的容器傳感器1個(gè)，檢測(cè)下料盤(pán)是否需要下料的下料傳感器1個(gè)，系統(tǒng)啟動(dòng)、停止、復(fù)位按鈕各1個(gè)，共需要6個(gè)輸入端子。

    輸出信號(hào)有：控制下料電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的下料繼電器1個(gè)，控制傳輸電機(jī)運(yùn)行的傳輸繼電器1個(gè)，控制供料電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的供料繼電器1個(gè)，控制進(jìn)容器氣缸運(yùn)動(dòng)的進(jìn)容器氣閥1個(gè)，控制擋容器氣缸運(yùn)動(dòng)的擋容器氣閥1個(gè)，系統(tǒng)運(yùn)行指示燈1個(gè)，故障指示燈1個(gè)，報(bào)警蜂鳴器1個(gè)，所以共需要8個(gè)輸出端子。

    2．PLC輸入／輸出分配表

    根據(jù)上述對(duì)自動(dòng)數(shù)粒機(jī)PLC控制系統(tǒng)的輸入／輸出信號(hào)分析，可設(shè)計(jì)如表11-2所示的PLC輸入／輸出地址分配表。

    表11-2    PLC的輸入／輸出分配表

    3．PLC選型

    由于控制系統(tǒng)共需要6個(gè)輸入端子、8個(gè)輸出端子，參看表2-1，本實(shí)例中選用西門(mén)子公司的S7-200系列小型機(jī)CPU224，該型號(hào)CPU提供14個(gè)輸入點(diǎn)、10個(gè)輸出點(diǎn)，符合系統(tǒng)的要求。

    4．PLC硬件接線圖

    根據(jù)PLC的輸入／輸出分配表，可設(shè)計(jì)如圖11-18所示的PLC硬件接線圖。

    圖11-18    PLC硬件接線圖

    四、PLC控制程序

    自動(dòng)數(shù)粒機(jī)的梯形圖如圖11-19所示，有了梯形圖后就不難寫(xiě)出自動(dòng)數(shù)粒機(jī)的控制程序，將其通過(guò)個(gè)人計(jì)算機(jī)編程系統(tǒng)輸入PLC，即可對(duì)自動(dòng)數(shù)粒機(jī)進(jìn)行控制。

    圖11-19    自動(dòng)數(shù)粒機(jī)的PLC控制梯形圖

    五、總結(jié)

    該自動(dòng)數(shù)粒機(jī)采用光電效應(yīng)原理，當(dāng)藥粒下落時(shí)，通過(guò)光電傳感器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)輸入到高速PLC編程控制器，再通過(guò)電路和程序的配合實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，能保證其數(shù)粒準(zhǔn)確度。容器由輸送機(jī)連續(xù)供給，當(dāng)容器中填裝的藥片數(shù)量滿足PLC編程設(shè)定的參數(shù)值時(shí)，由氣動(dòng)裝置間歇換容器。該系統(tǒng)采用獨(dú)立的光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)，可避免由粉塵造成的影響，從而保證高水準(zhǔn)數(shù)粒精度和速度；操作簡(jiǎn)便，定位、換位精度高；可廣泛應(yīng)用于藥品、食品、化工等行業(yè)包裝線上片劑、丸藥、軟硬膠囊、素片、糖衣片等其他形狀物料計(jì)數(shù)灌裝之用。