膠囊上料機控制及防干擾措施
黑龍江省科學(xué)院自動化研究所 陳剛 陳洪林 曹小燕 白廣利
摘 要：采用歐姆龍的CPMIA型可編程控制器進行電氣控制，實現(xiàn)膠囊上料機的全自動運行。并介紹了去除運行過程中產(chǎn)生的干擾信號的幾種方法。
關(guān)鍵詞：PLC 干擾信號 延時濾波
1引言
近年來，我國制藥工業(yè)在飛速發(fā)展，新型的制藥設(shè)備以優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能等優(yōu)勢展現(xiàn)在人們面前，而這些設(shè)備的進料與出料卻成了實施GMP規(guī)范的一大障礙。最具代表性的應(yīng)屬全自動膠囊充填機，工作能力從300粒/分提高到2000粒/分，在國內(nèi)外得到了較好的推廣應(yīng)用。但至今膠整充填機上料國內(nèi)一直采用手工上料方式，能力高的機型大都在10萬粒/小時以上，幾分鐘就得上一次膠囊。料口高達(dá)18米以上，工人勞動強度大，給生產(chǎn)帶來極大不便。關(guān)鍵是手工操作還會增加交叉污染的機會，這與全自動膠囊充填機極不相稱，弊端很多。
其它一些制藥設(shè)備，如大型自動化程度高的壓片機、數(shù)粒機、膠囊掉頭機等，目前也同樣存在上料自動化的問題。
我們研制的膠囊上料機能夠?qū)崿F(xiàn)全自動上料，基本替代傳統(tǒng)的人工上膠囊方式，過程中無卡堵膠囊現(xiàn)象，對膠囊無損傷，在其它相關(guān)領(lǐng)域也有著極廣泛的應(yīng)用范圍。
本設(shè)備的控制系統(tǒng)采用歐姆龍的CPM1A型可編程控制器(PLC)，實現(xiàn)過程的全自動運行。應(yīng)用上位機編制的程序通過串行通訊電纜和PLC進行通訊，并實現(xiàn)程序的在線編制和調(diào)試。
2工作原理及控制要求
本設(shè)備采用氣力輸送方式，利用過濾的空氣正壓在物料管道內(nèi)輸送，通過可形成“氣墊”保護的柔性進料機構(gòu)，使膠囊進入管道而不被破壞；在管道末端的出料器，能將膠囊和風(fēng)分離，使膠囊順利落入充填機的膠囊斗內(nèi)。
過程控制要求：開機后，風(fēng)機M1先啟動，經(jīng)過t1(s)后進料電機M2啟動；當(dāng)膠囊上升到設(shè)定位置(H)，高位傳感器動作，經(jīng)過t2(s)后進料電機停止，t3(s)后風(fēng)機停止。t3＞t2，即風(fēng)機在進料電機停止后，仍持續(xù)工作(t3-t2)秒。當(dāng)膠囊回落到設(shè)定位置(L)時，低位傳感器動作，風(fēng)機啟動，過程重新開始，周而復(fù)始，直到停機。
3控制系統(tǒng)設(shè)計
3.1硬件設(shè)計
該控制系統(tǒng)硬件部分，是以歐姆龍的CPM1A型可編程控制器(PLC)為控制核心，I/O點數(shù)共10點，其中輸入6點，輸出4點。該控制器體積小，性能可靠，編程簡單，使用方便。硬件構(gòu)成如圖1所示。輸入接口以開關(guān)量(常開/常閉)輸入檢測信號和控制信號，輸出接口控制接觸器和高位指示燈。
3.2軟件設(shè)計
控制系統(tǒng)采用循環(huán)掃描工作方式，對輸入進行讀取，將變量狀態(tài)存入內(nèi)部寄存器，同時將新的運算結(jié)果送到輸出端，向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的動作指令，完成預(yù)定的控制任務(wù)PLC的梯形圖通過上位機進行編輯，其編輯環(huán)境為SYSMAC軟件，此軟件是一套基于bbbbbbS的工作平臺，可與PLC進行實時通訊，實現(xiàn)梯形圖的在線編輯、修改，并監(jiān)督PLC的運行情況。
控制方式為手動和自動兩種，整個控制過程默認(rèn)為自動方式，如需要進行調(diào)試或接近開關(guān)失效時，可選擇手動方式。流程圖如圖2所示。梯形圖如圖3所示。
4防干擾措施
如果測量位置選擇的是光電傳感器，那么很容易出現(xiàn)信號干擾情況。
4.1當(dāng)膠囊從出料器入充填機膠囊斗內(nèi)時，飛濺的膠囊會進入光電測位器光路內(nèi)，高度敏感的光電開關(guān)會接收到此信號，在膠囊還沒升到高位時，電機就會突然停止，隨著信號的瞬間消失，電機又重新啟動，從而導(dǎo)致電機的誤動作。
充填機料斗中的膠囊呈波形上升，臨近高位時，輸送膠囊的風(fēng)不斷將坡頂?shù)哪z囊吹到坡下，使得高位信號極不穩(wěn)定，造成電機的頻繁啟動，從而縮短電機的使用壽命。
如果選擇的是電容式接近開關(guān)，第一種情況可以避免，但是第二種情況依然避免不了。
4.2解決的方法大致有三種：
(1)對第一種情況，最簡單直接的方法是設(shè)計一個機械裝置，即把高位傳感器量程的有效部分保護起來，使得膠囊無法飛濺進入光路范圍。此裝置雖然簡單，但占用充填機膠囊斗空間，影響膠囊的儲存容量，而且受出料器體積的限制，裝卸極不方便。
(2)采用門電路來控制。如圖4所示(其中圖中的門均采用標(biāo)準(zhǔn)符號表示，捕蕕電路可采用D觸發(fā)器、T觸發(fā)器等組成)。
a.當(dāng)處于高位傳感器量程范圍外，且確無干擾時，D觸發(fā)器輸出為0，濾波輸出為0，異或門輸出0，則與門輸出0，對高位傳感器不起作用，即高位傳感器不動作。
b.當(dāng)處于高位傳感器量程范圍內(nèi)，且有干擾產(chǎn)生時，D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出為1，濾波電路輸出為0，異或門輸出1，此時，對D觸發(fā)器清零，使其輸出為0。則整個與門輸出仍為0，高位傳感器不動作。
c.當(dāng)達(dá)到高位傳感器的最高量程時，D觸發(fā)器輸出為1，濾波電路輸出為1，異或門輸出為0，非門輸出1，則與門輸出為1，從而使高位傳感器動作。
單件產(chǎn)品采用此方法，開發(fā)成本相對較高，數(shù)據(jù)采集和收集不易實現(xiàn)，在產(chǎn)品大批量生產(chǎn)時，可以考慮使用。
(3)對第二種情況采用延時濾波，即信號的通斷不是直接控制電機的啟停，而是通過時間繼電器的延時是干擾信號不起作用，其延時時間可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)，本控制系統(tǒng)中采用的就是這種措施。此方法無論是用繼電器控制還是PLC控制，都較容易實現(xiàn)，比較實用。示意圖如圖5所示。
5結(jié)束語
本控制系統(tǒng)以PLC為控制核心，操作簡單，維護方便，取代了傳統(tǒng)繼電器的復(fù)雜控制，大大提高了運行的可靠性。本設(shè)備已經(jīng)用戶(藥廠)使用，反映良好，減輕了工人的勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。而且，單機上下料自動化的研制成功也為制藥行業(yè)實現(xiàn)多臺單機聯(lián)接，形成全封閉的連續(xù)化生產(chǎn)線打下了良好的基礎(chǔ)。
6參考文獻
［１］OMRON,SYSMAC CPM1A可編程控制器操作手冊［Ｓ］
［２］汪曉光，陳曉瑛，王艷丹可編程控制器原理及應(yīng)用［Ｍ］機械工業(yè)出版社，1998
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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