自动装药片PLC控制设计(共56页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上 扬州市职业大学电气与汽车工程学院毕业设计说明书(论文)作 者:史波 学 号： 教研室:机电教研室专 业:电气自动化题 目:自动装药片PLC控制设计许翔指导者： 评阅者： 2013 年 5 月扬州市职业大学电气与汽车工程学院毕业设计（论文）评语学生姓名： 史波 班级、学号： 题 目： 自动装药片PLC控制设计 综合成绩： 指导者评语：该生能按时完成毕业设计（论文）任务书规定的工作，积极查阅有关文献资料，设计态度端正，能独立思考并解决有关技术问题，论文符合学校规定的格式，写作的规范化程度好。设计方案可行，有一定的创新性，如果再多参考一些外文资料，将会更加完善。建议成绩评

2、定为 ，可以提交答辩。指导者(签字)： 2013年5月 日毕业设计（论文）评语评阅者评语： 评阅者(签字)： 2013年 5 月 日答辩委员会（小组）评语： 答辩委员会负责人(签字)： 2013年 5 月 日毕业设计说明书（论文）中文摘要PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数控制领域。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。自动药片装瓶机是PLC在制药行业的自动化的一大成功的应用。随着人民生活水平的提高，药品市场有着巨大的发

3、展潜力，但目前大部分药厂在药粒装瓶过程中仍采用人工操作,为了提高生产效率，许多制药机械生产厂家争相研制高性能的自动药片装瓶机。本文利用SIMATIC S7-200系列PLC编程对药片的装瓶过程实行控制，以此提高生产效率。【关键词】：PLC 自动药片装瓶机 可编程控制器专心-专注-专业目 录1绪论1.1自动装药片机的研究现状 医药行业中，医药包装机械产品种类丰富，药品的形状、性质、包装要求等差异很大，且产量大。因此，自动装瓶机品种众多，目前医药包装设备中，大颗粒、规则形状的药丸自动包装技术已经非常成熟，国内外均有相关设备，但针对异型粒、异型瓶等包装技术则较为有限。PLC通过USS通信协议直接控制

4、电机,不仅能够实现对装药机方式运行的控制,而且能够根据需要灵活控制装药时间,达到节约电能,降低成本,提高生产质量的目的。 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数控制领域。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。 自动药片装瓶机是PLC在制药行业的自动化的一大成功的应用。随着人民生活水平的提高，药片市场有着巨大的发展潜力，但是目前大部分药厂在药片装瓶过程中仍采用人工操作，为了提高生产效率，许多制药机械生产厂家争相研制高性能的自

5、动药片装瓶机。本文利用 PLC 编程对药片的装瓶过程实行控制，以此提高生产效率。技术工艺，是衡量一个企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。随着我国药物生产设备市场的迅猛发展，与之相关的生产技术应用与研发必将成为业内企业关注的焦点。了解国内外药物装瓶设备生产技术的研发动向、工艺设备、技术应用及趋势对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。目前食品药品安全的现状十分不容乐观，国家食品药品监督管理局发现两大现状导致近几年药品安全性突发事件的频繁发生，一是药品生产企业不按生产工艺生产、规避监管，潜在不安全因素。二是在非GMP流水线厂房生产药品。如果想改变

6、此现状，要着力消除问题隐患，从生产环节入手，采用自动化生产，自动装瓶机解决了生产中的许多问题。 医药行业中，医药包装机械产品种类丰富，药品的形状、性质、包装要求等差异很大，且产量大。因此，自动装瓶机品种众多，目前医药包装设备中，大颗粒、规则形状的药丸自动包装技术已经非常成熟，国内外均有相关设备，但针对异型粒、异型瓶等包装技术则较为有限。PLC通过USS通信协议直接控制电机,不仅能够实现对装药机方式运行的控制,而且能够根据需要灵活控制装药时间,达到节约电能,降低成本,提高生产质量的目的。1.2课题目的和意义手工装瓶直接接触药品，长期接触药品的人会对身体造成伤害，采用自动装瓶机杜绝了这种现象的发生

7、，同时避免了人与药品接触带来的对药品的污染，保证了药品的质量，符合药用要求，符合保障人体健康、安全的标准。 手工装瓶生产难于管理，容易出现纰漏和混乱，自动装瓶机，建立一个能控制整个数据中心运营的综合性管理平台使管理更加强调流程和自动化，改善了经营系统，提高了工作效率，使企业运营更有加稳定。 考虑到对药品包装的特殊要求，主要是防止塑料瓶内的药品气体挥发和外部气体向瓶内渗透，要求塑料瓶口与瓶盖间有很好的密封性能。自动装瓶机可以满足药品包装的这种性能要求，同时消除了人为因素对药品灌装的不合格的处理动作，提高灌装质量。 目前，我国制剂生产能力不够，医院配制制剂品种较多，不能满足市场需求，无法保障药品及

8、时供应。使用实用新型的片剂自动装瓶机，明显地降低了片剂装瓶包装的劳动强度和生产成本，提高了生产效率，缩短了生产周期，社会效益和经济效益明显增加。1.3国内发展的现状长期以来，PLC始终处于工业自动化控制领域的主导地位，为各种各样的自动化设备提供了非常可靠的控制应用，其主要原因在于它能够为自动控制提供安全可靠和比较完善的解决方案。适合于当前工业企业对自动化的需要；另一方面，PLC必须依靠其他新技术来面对市场份额逐渐缩小所带来的冲击。PLC诞生不久即显示了其在工业控制中的重要地位，如日本、德国、法国等国家相继研制成各自的PLC。PLC技术随着计算机和微电子技术的发展而迅速发展，由最初的一位机发展为

9、八位机。随着微处理器CPU和微型计算机技术在PLC中的应用，形成了现代意义上的PLC。现在的PLC产品已经使用了十六位、三十二位高性能微处理器，而且实现了多处理器的多通道处理，通信技术使PLC的应用得到进一步发展。近年来，随着可编程控制器的日渐成熟，越来越多设备的控制都采用PLC控制器来代替传统的继电器控制，并取得了很好的经济效益。PLC具有抗干扰能力强、可靠性高，控制系统结构简单、通用性强，编程方便、易于使用，功能完善，设计、施工、调试的周期短，体积小、维护操作方便及适应工业环境等优点，是一种通用的自动控制装置，结合当今发展较快、应用越来越广的模糊控制技术和PID控制技术，可实现较大型控制系

10、统，且功能完善，效果好。PLC总的发展趋势是向高集成度、小体积、大容量、高速度、易使用、高性能方向发展，具体表现为：向小型化、专用化、成本低方向发展，向大容量、高速度方向发展，智能型I/O模块的发展，基于PC的编程软件取代编程器，平流层编程语言的多样化，PLC通信的易用化，组态软件与PLC的软件化，PLC与现场总线相结合1。PLC的种类繁多，应用领域极其广泛。目前，在国内外已广泛应用于钢铁、采矿、石油、水泥、化工、电力、机械制造、汽车、装卸、造纸、纺织、环保和娱乐等行业。随着人民生活水平的提高,医疗条件的不断改善，药品市场有着巨大的发展潜力。随之而来的是药品生产厂家对高性能的药粒自动包装机迫切

11、需求，因此对于具有单品种生产时速度快、精度高，同时在结构设计上零部件更换方便快捷的全自动生产线是具有重要意义的。在目前制药生产中，片剂、胶囊等制剂很多是采用瓶装这种包装形式。自动药片装瓶机是在片剂、胶囊的装瓶、旋盖生产线（即将装瓶机、旋盖机通过中间输送带联系起来）基础上改进的，提高了装瓶的效率和自动化水平，并且满足药品生产质量管理规范（简称GMP）对生产机械在结构设计、满足生产工艺和验证等方面的严格要求。2 PLC在自动装药片机中的优势2.1 PLC发展简介在市场经济的推动下，人们要求产品品种齐全且质优价廉。为适应市场的需求，工业产品的品种就要不断更新换代，从而要求产品的生产线及附属的控制系统

12、不断地修改甚至更换。在20世纪60年代，生产线的控制主要采用继电器控制。修改一条生产线，要更换许多硬件设备，进行复杂的接线，既浪费了许多硬件又大大拖延了施工周期，增加了产品的成本。于是人们寻找研制一种新型的通用控制设备。1968年，美国通用汽车公司（GM）液压部体统了10项招标指标：1 编程简单，可在现场修改和调试程序；2 维护方便，各部件最好采用插件方式 ；3 可靠性高于继电器控制系统；4 设备体积小于继电器控制柜；5 数据可以直接送给管理计算机；6 成本可与继电器控制系统相竞争；7 输入电压是115V交流电；8 输出电压也是115V交流电，输出电流达2A以上，能直接驱动电磁阀；9 系统扩展

13、是，原系统只需做很小的变动；10 用户程序存储容量可扩展到4KB美国数字设备公司（DEC）中标，于1969年研制成功了一台符合要求的控制器，成为可编程控制器，在通用汽车公司（GM）的汽车装配生产线上试验并获得成功。美国电器制造商协会（NEMA）经过4年的调查，于1980年把这种控制器正式命名为可编程控制器（Programmable Controller），英文缩写为PC。为了与个人计算机PC（Personal Computer）相区别，就在PC中间加入L（Logical）而写成PLC。国际电工委员会（IEC）于1982年颁布了PLC标准草案第一稿，1987年2月颁布了第三稿，对可编程控制其定义

14、如下： 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械动作过程。可编程控制器及其相关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则设计。2.2 PLC的分类及编程语言PLC已成为工业控制领域中最常见、最重要的控制装置，它代表着一个国家的工业水平。以美国GM公司为例，1987年其工业区安装近2万台PLC、2000台工业机器人，若包括编程智能设备，总数近4万台。至1990年上述设备增至20万台之多，实现了工厂自动

15、化的全面要求。世界上生产PLC的厂家非常多，其中著名的厂家有美国的A·B，日本的三菱，德国的西门子等公司。PLC通常以输入输出点（I/O）总数的多少进行分类。I/O点数在128点以下为小型机；I/O点数在129512点为中型机；I/O点数在513点以上为大型机。PLC的I/O点数越多，其存储容量也越大。PLC的编程语言常用的有梯形图、指令表和SFC图。由于梯形图比较直观，容易掌握，因而很受普通技术人员的欢迎。PLC的常用编程工具有：手持式编程器，一般供现场调试及修改使用；个人电脑，利用专用的编程软件进行编程。2.3 PLC的应用领域PLC的应用非常广泛，例如：电梯控制、防盗系统的控制

16、、交通分流信号灯控制、楼宇供水自动控制、消防系统自动控制、供电系统自动控制及各种生产流水线的自动控制等。按PLC的编程功能来分可分为以下6大类：开关量顺序控制这是PLC最早、最原始的控制功能，可以取代传统的继电器逻辑电路中的顺序控制系统。例如电梯自动控制、工厂装配流水线的控制及交通分流信号灯的自动控制的等。模拟量控制PLC利用PID（Proportional Integral Derivative）算法可实现闭环控制功能。 例如对温度、速度、压力及流量等的过程量控制。运动控制目前PLC制造商已制造出能驱动步进电机和伺服电动机的单轴或多轴的PLC和运动控制特殊模块，可驱动单轴或多轴电动机按一定的

17、速度、作用力到达拟定目标位置。随着PLC用量的增加，其价格大幅度地降低，而其功能却不断地增强，现在用PLC实现运动控制比用其他方法更有优越性：价格更低、速度更快、体积更小、操作更方便。通信功能为适应现代化工业自动化控制系统的需要集中及远程管理，PLC可实现与PLC、单片机、打印机及上级计算机等之间的互相交换信息的通信功能。（5）数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。这些数据可以与存储在存储器中的参考值比较，完成一定的控制操作，也可以利用通信功能传送到别的智能装置，或将它们打印制表。数据处理

18、一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。（6）通信及联网PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。 随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。2.4 PLC的特点 (1) 学习PLC编程容易PLC是面向用户的设备，考虑到现场普通工作人员的知识面及习惯，PLC可以采用梯形图来编程，这种编程方法形象直观，无需专业的计算机知识和语言，所以普通人可以在很短时间里学会。(2) 控制系统简单，更改容易，

19、施工周期短PLC及外围模块品种多，可灵活组合完成各种要求的控制系统。只需在PLC的端子上接入相应的输入输出信号线即可，绝不像传统继电器控制系统那样需使用大批继电器及电子元件和复杂繁多的硬件接线。对比继电器控制系统，PLC系统当控制要求改变时，只需用花图的方法把梯形图改画即可，因此PLC控制系统施工周期明显缩短，施工工作量也大大地减少。(3) 系统维护容易PLC具有完善的监控及自诊断功能，内部各种软元件的工作状态可用编程软件进行监控，配合程序针对性编程及内部特有的诊断功能，可以快速准确地找到故障点并及时排除故障。还可配合触摸屏显示故障部位或故障属性，因而大大缩短了维修时间。2.5 PLC的设计原

20、则任何一种控制系统都是为了实现被控制对象的工艺要求，一提高生产效率和产品质量。因此，在设计PLC控制系统时，应遵循以下基本原则：（1）最大限度的满足被控制对象的控制要求充分发挥PLC的功能，最大限度的满足被控制对象的控制要求，是设计PLC控制系统的首要前提，这也是设计中最重要的一条原则。这就要求设计人员在设计前就要深入现场进行调查研究，收集控制现场的资料 ，收集相关先进的国内、国外资料。同时要注意和现场的工程管理人员、工程技术人员、现在操作人员紧密配合，拟定控制方案，共同解决设计中的重点问题和疑难问题。（2）保证PLC控制系统安全可靠保证PLC控制系统能够长期安全、可靠、稳定运行，是设计控制系

21、统的重要原则。这就要求设计者在系统设计、元器件选择、软件编程上要全面考虑，以确保控制系统安全可靠。例如：应该保证PLC程序不仅在正常条件下运行，而且在正常条件下（如突然掉电在上电、按钮按错等），也能正常工作。（3）力求简单、经济、使用及维修方便一个新的控制工程固然能提高产品的质量和数量，带来巨大的经济效益和社会效益，但新工程的投入、技术的培训、设备的维修也将导致运行资金的增加。因此，在满足控制要求的前提下，一方面要注意不断扩大工程的效益，另一方面也要注意不断的降低工程成本。这就要求设计者不仅应该使控制系统简单、经济，而且要使控制系统的使用和维修方便、成本低，不宜盲目追求自动化和高指标。（4）适

22、应发展的需要由于技术的不断发展，控制系统的要求也将会不断的提高，设计者要适当考虑到今后控制系统发展和完善的需要。这就要求在选择PLC、输入/输出模块、I/O点数和内存容量时，要适当留有裕量，以满足今后生产的发展和工艺的改进。2.6与继电器控制系统相比优势传统的继电器控制只能进行开关量的控制，而PLC即可进行开关量控制，又可进行模拟量控制，还能与计算机联成网络，实现分级控制。在PLC的编程语言中，梯形图是使用最广泛的语言。梯形图与继电器控制原理图十分相似，沿用了继电器控制电路的元件符号，仅个别地方有些不同。PLC与继电器控制系统相比主要有以下几点区别：组成的器件不同。继电器控制线路是由许多硬件继

23、电器组成的，而PLC则是由许多“软继电器”组成。传统的继电器控制系统本来有很强的抗干扰能力，但其用了大量的机械出点，因物理性能疲劳、尘埃的隔离性及电弧的影响，系统可靠性大大降低。PLC采用无机械出点的逻辑运算微电子技术，复杂的控制由PLC内部运算器完成，故寿命长、可靠性高。触点的数目不同。继电器的触点数较少，一般只有48对；而“软继电器”可供编程的触点数有无数对。控制方法不同。继电器控制系统是通过元件之间的硬接线来实现的，控制功能就固定在线路中。PLC控制功能是通过软件编程来实现的，只要改变程序，功能即可改变，控制非常灵活。工作方式不同。在继电器控制线路中，当电源接通时，线路中各继电器都处于受

24、制约状态。在PLC中，各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通中，每个“软继电器”受制约接通的时间是短暂的。2.7与集散控制系统相比优势 PLC有继电器逻辑控制系统发展而来，而集散控制系统由回路仪表控制系统发展而来。不论是PLC还是集散系统，在发展过程中，二者始终是相互渗透、互为补充的。因此，PLC与集散控制系统的发展越来越接近，很多工业生产的控制过程即可以用PLC实现，也可以用集散系统实现。2.8与工业微机控制系统相比优势 工业微机在要求快速、实时性强、模型复杂的工业控制中占有优势。但是，使用工业微机的人员技术水平要求较高，一般应具有一定的计算机专业知识。另外，工业微机在整机结构上尚不能适应恶

25、劣的工作环境，抗干扰能力及适应性差，这就是工业微机用在工业现场控制的致命弱点。工业生产现场的电磁辐射干扰、机械振动、温度及湿度的 变化以及超标的粉尘，每一项足可以使工业微机不能正常工作。PLC针对工业顺序控制，在工业现场有很高的可靠性。PLC在电路布局、机械结构及软件涉及各方面决定了PLC的高抗干扰能力。电路布局方面的主要模块都采用大规模与超大规模的集成电路，在输入输出系统中采用完善隔离等的通道保护功能；在电路结构上对耐热、防潮、防尘及防震等各方面都作了周密的考虑；在电路硬件方面采用了隔离、屏蔽、滤波及接地等抗干扰技术；在软件上采用了数字滤波及循环扫描、成批输入、成批输出处理技术。所有这些都是

26、PLC具有非常高的抗干扰能力，从而使PLC绝不会出现死机的现象。PLC采用梯形图语言编程，是熟悉电器控制的技术人员易学易懂，便于推广。随着PLC功能的不断增强，越来越多地采用了微机技术，同时工业微机为了适应用户需要，想提高可靠性、耐用性与便于维修的方向发展，两者间相互渗透，差异越来越小。今后，PLC与工业控制微机将继续共存，在一个控制系统中，使PLC集中在功能控制上，使微机集中在信息处理上，两者相辅相成，共同发展。通过性能和特点的比较，我觉得PLC更合适做本次设计。3 自动药片装瓶机的设计3.1任务的分析 本次设计的任务是以西门子S7-200系列PLC作为处理核心，用光电接近开关、传感器将生产

27、过程中的信号处理后送给PLC处理器，由PLC对数据进行运算，然后输出驱动信号（如电磁阀）来完成饮药品装生产过程的流水线操作。该系统的总体思路：此生产线为全自动控制的，生产线一旦上电，PLC将通过软件对生产线进行自动控制：通过输出继电器控制传送带的停转和对药品瓶装药的控制，实现对系统状态的显示，并且通过PLC内部的计数器对所生产的产品进行计数。3.2设计思路 自动装瓶机系统可以进行手动和自动两种控制方式。其中手动控制主要由硬件设计实现，而自动控制则由PLC来实现。其主程序的流程图如下：3.3工作原理及结构自动药片装瓶机是在同一台设备上完成多工位操作，其工作流程如下：从这一流程可见，设备组成可分为

28、两大部分：完成各工位工作的执行机构；完成进瓶、送瓶、出瓶的输瓶机构。本设计将输瓶机构设计成间歇运动履带式结构，并用不仅电机驱动，使传动系统结构简单。这样，对整机的控制就分为：送瓶数粒分装，送瓶旋盖两个分支。实现各分支的协调控制是本系统设计的关键。另外，各分支中还需有位置检测、数粒检测及各执行机构状态控制等。为此，采用操作简单、程序修改方便、抗干扰能力强的PLC作为控制器构成装瓶机的控制系统，以解决上述检测和协调控制等问题。自动装瓶机系统的组成操作台PLC传动机构旋盖机构报警器数粒机构机构自动装瓶机基本可分为3个动作机构：主传动机构、数粒机构、和自动供盖封盖机构。通过以上3个机构的联动实现药瓶传

29、动、药片高速计数、自动供瓶和自动供盖封盖等功能。主传动机构作为整个生产过程的运输链，连接所有的动作。数粒、供盖封盖这两个生产过程都将在这条主传动机构上完成。系统运行时，通过操作台设置需装瓶的药片数量，由主传动机构运送药瓶到指定位置，通过接近开关进行定位后开始装瓶，数粒机构通过红外传感器进行计数。装瓶结束后再通过主传动机构使药瓶依次通过封盖机构到达装箱位置。从而实现药片装瓶的自动控制。3.4自动装瓶的控制要求生产中，主传动机构作为整个生产过程的运输链，连接所有的动作。可以根据用户需要选择药瓶装瓶数量，并有相应指示灯显示选择结果。药瓶由传送带传送，应能准确到达预定工位。对动作机构要有手动控制功能，

30、可与自动控制相互切换，手动只在应急或检修时临时使用。要有完善的报警及检测装置，当系统出现故障或需要添加药粒、瓶盖时能自动报警和提示。3.5系统工作流程根据系统的控制要求，由PLC控制的自动装瓶机系统工作流程如下：1.接通电源，电源指示灯亮，药仓及盖仓相应指示灯亮。选择装药数量，按下相应按钮。2.按下开始按钮，电动机M驱动皮带机运转，开始传送药瓶。药瓶到达位置开关1处触动位置开关1，电机停止运行，药瓶停止移动后到达位置开关2处，向PLC发送信号，打开电磁阀Y1，通过光电传感器B1，对进入到药瓶的药片进行计数，当药瓶中的药片达到预先选定的数量后，电磁阀Y1关闭，皮带机重新自动启动。3.药瓶到达位置

31、开关3处触动位置开关3，电机停止运行，药瓶停止移动后到达位置开关4处，向PLC发送信号，打开电磁阀Y2，通过光电传感器B2，对药瓶进行加盖旋盖操作。完成后皮带机重新自动启动，送药瓶到装箱位置。4.在系统运行过程中，当出现药仓、盖仓原料不足以及药瓶未到达指定位置时，报警程序运行，系统停止运行，通过相应指示灯及报警器实现声光报警。4 自动装瓶机系统硬件设计4.1光电传感器的选型一、光电传感器的构成光电开关是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器，接收器和检测电路。发送器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（L

32、ED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电传感器的结构元件中还有发射板和光导纤维。三角反射板是结构牢固的反射装置。它由很小的三角锥体反射材料组成，能够使光束准确地从反射板中返回，具有实用意义。它可以在与光轴0到25的范围改变发射角，使光束几乎是从一根发射线，经过反射后，还是从这根反射线返回。光纤（又称光导纤维LWL），它扩大了光电传感器的使用范围，形成了特殊的嵌装式收发装置。它可以在特殊的环境中使用，检测微小的物体。它在非常高的外界温度中，在

33、结构受限制的环境里，都可以获得满意的答案。二、光电传感器分类和工作方式（1）槽开光电开关把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧的是槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。（2）对射式光电开光若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大。由一个发光器和一个收光器组成的光电开关就称为以射分离式光电开光，简称对射式光电开关。它的检测距离可达几米乃至几十米。使用时把发光器和收光器分别装在检测物

34、通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。（3）反光板反射式光电开关 把发光器和收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用的称为反光板反射式（或反射镜反射式）光电开关。正常情况下，发光器发出的光被反光板反射回来被收光器收到；一旦光路被检测物挡住，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。（4）扩散反射式光电开关 它的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是收不到的；当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关控制信号。（5）光纤

35、式光电开关把发光器发出的光用光纤引导到检测点，再把检测到的光信号用光纤引导到光接收器就组成光纤式光电开关。按动作方式的不同，光纤式光电开关也可分成对射式、反光板反射式、扩散反射式等多种类型。在本设计中，考虑到药片的大小210mm左右，采用巴鲁夫的BGL系列光电传感器作为接近开关对药瓶进行限位控制，它的电气参数是：检测距离： 5220mm光线类型： 红光输出功能： （PNP/NPN）常开/常闭连接方式： M8插头供电电压： 10-30 V DC外壳防护等级（满足IEC 60529）： IP65工作温度： -10+604.2 光电接近开关选型接近开关又称无触点行程开关，它除可以完成行程控制和限位保

36、护外，还是一种非接触型的检测装置，用作检测零件尺寸和测速等，也可用于变频计数器、变频脉冲发生器、液面控制和加工程序的自动衔接等。特点有工作可靠、寿命长、功耗低、复定位精度高、操作频率高以及适应恶劣的工作环境等。在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知”方法也不同，所以常见的接近开关

37、有以下几种： （1）、涡流式接近开关 这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检 测的物体必须是导电体。（2）、电容式接近开关 这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接

38、通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。 （3）、霍尔接近开关霍尔元件是一种磁敏元件。利用霍尔元件做成的开关，叫做霍尔开关。当磁性物件近霍尔开关时，开关检测面上的霍尔元件因产生霍尔效应而使开关内部电路状态发生变化，由此识别附近有磁性物体存在，进而控制开关的通或断。这种接近开关的检测对象必须是磁性物体。（4）、光电式接近开关利用光电效应做成的开关叫光电开关 。将发光器件与光电器件按一定方向装在同一个检测头内。当有反光面（被检测物体）接近时，光电器件接收到反射光后便在信号输出，由此便可“ 感知”有物体接近。 （5）、热释电式接近开关用能感知温度变化的元件做成的开关叫

39、热释电式接近开关。这种开关是将热释电器件安装在开关的检测面上，当有与环境温度不同的物体接近时，热释电器件的输出便变化，由此便可检测出有物体接近。（6）、其它型式的接近开关当观察者或系统对波源的距离发生改变时，接近到的波的频率会发生偏移，这种现象称为多普勒效应。声纳和雷达就是利用这个效应的原理制成的。利用多普勒效应可制成超声波接近开关、微波接近开关等。当有物体移近时，接近开关接收到的反射信号会产生多普勒频移，由此可以识别出有无物体接近。对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近开关，以使在系统中具有高的性能价格比，为此在选型中应遵循以下原则：1 当检测体为金属材料时，应选用高频

40、振荡型接近开关，该类型接近开关对铁镍、A3钢类检测体检测最灵敏。对铝、黄铜和不锈钢类检测体，其检测灵敏度就低。2 当检测体为非金属材料时，如;木材、纸张、塑料、玻璃和水等，应选用电容型接近开关。3 金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，应选用光电型接近开关或超声波型接近开关。4 对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁性接近开关或霍尔式接近开关。结合本设计，我选用光电接近开关SIMATIC PXO500 L50 型，它的技术参数是：1 可见激光（红色），根据IEC60947-5-2激光防护等级为2带背景抑制的漫反射传感器2 传感范围3-15CM （通过电位器可以调节）带

41、模拟输出的漫反射传感去3 感应距离12 CM 4 额定工作电压24V DC5 电路输出 PNP4.3压力传感器的选型由于要检测容器中药片的数量，在本次设计中采用压力式传感器。压力传感器是工业实践、仪器仪表控制中最为常用的一种传感器，并广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性

42、特性。下面我们主要介绍这类传感器。1、压阻式压力传感器原理与应用：压阻式压力传感器是利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的传感器。压阻式传感器常用于压力、拉力、压力差和可以转变为力的变化的其他物理量（如液位、加速度、重量、应变、流量、真空度）的测量和控制。2、压阻效应当力作用于硅晶体时，晶体的晶格产生变形,使载流子从一个能谷向另一个能谷散射,引起载流子的迁移率发生变化，扰动了载流子纵向和横向的平均量，从而使硅的电阻率发生变化。这种变化随晶体的取向不同而异，因此硅的压阻效应与晶体的取向有关。硅的压阻效应不同于金属应变计，前者电阻随压力的变化主要取决于电阻率的变化，后者电阻的变化则主要取决于

43、几何尺寸的变化（应变），而且前者的灵敏度比后者大50100倍。3、压阻式压力传感器结构压阻式压力传感器采用集成工艺将电阻条集成在单晶硅膜片上,制成硅压阻芯片,并将此芯片的周边固定封装于外壳之内，引出电极引线。压阻式压力传感器又称为固态压力传感器，它不同于粘贴式应变计需通过弹性敏感元件间接感受外力，而是直接通过硅膜片感受被测压力的。硅膜片的一面是与被测压力连通的高压腔，另一面是与大气连通的低压腔。硅膜片一般设计成周边固支的圆形，直径与厚度比约为2060。在圆形硅膜片(N型)定域扩散4条P杂质电阻条,并接成全桥，其中两条位于压应力区，另两条处于拉应力区，相对于膜片中心对称。硅柱形敏感元件也是在硅柱

44、面某一晶面的一定方向上扩散制作电阻条，两条受拉应力的电阻条与另两条受压应力的电阻条构成全桥。4、发展状况1954年C.S.史密斯详细研究了硅的压阻效应，从此开始用硅制造压力传感器。早期的硅压力传感器是半导体应变计式的。后来在 N型硅片上定域扩散P型杂质形成电阻条，并接成电桥,制成芯片。此芯片仍需粘贴在弹性元件上才能敏感压力的变化。采用这种芯片作为敏感元件的传感器称为扩散型压力传感器。这两种传感器都同样采用粘片结构，因而存在滞后和蠕变大、固有频率低、不适于动态测量以及难于小型化和集成化、精度不高等缺点。70年代以来制成了周边固定支撑的电阻和硅膜片的一体化硅杯式扩散型压力传感器。它不仅克服了粘片结

45、构的固有缺陷，而且能将电阻条、补偿电路和调整电路集成在一块硅片上，甚至将微型处理器与传感器集成在一起，制成智能传感器。这种新型传感器的优点是: 频率响应高(例如有的产品固有频率达1.5兆赫以上),适于动态测量; 体积小（例如有的产品外径可达0.25毫米），适于微型化；精度高，可达0.10.01；灵敏高,比金属应变计高出很多倍，有些应用场合可不加放大器；无活动部件，可靠性高，能工作于振动、冲击、腐蚀、强干扰等恶劣环境。其缺点是温度影响较大（有时需进行温度补偿）、工艺较复杂和造价高等。缺点是：温度特性差，由于压阻式压力传感器是用半导体材料制作的，受温度影响较大，因此，在温度变化大的环境中使用时，必

46、须进行温度补偿。工艺复杂，对研制条件要求高而严格，尤其是扩散杂质、烧结、封装工艺等比其他传感器要复杂的多，因而成本也相对要高。5、应用压阻式传感器广泛地应用于航天、航空、航海、石油化工、动力机械、生物医学工程、气象、地质、地震测量等各个领域。在航天和航空工业中压力是一个关键参数，对静态和动态压力，局部压力和整个压力场的测量都要求很高的精度。压阻式传感器是用于这方面的较理想的传感器。例如,用于测量直升飞机机翼的气流压力分布，测试发动机进气口的动态畸变、叶栅的脉动压力和机翼的抖动等。在飞机喷气发动机中心压力的测量中，使用专门设计的硅压力传感器,其工作温度达500以上。在波音客机的大气数据测量系统中

47、采用了精度高达0.05的配套硅压力传感器。在尺寸缩小的风洞模型试验中，压阻式传感器能密集安装在风洞进口处和发动机进气管道模型中。单个传感器直径仅2.36毫米，固有频率高达300千赫,非线性和滞后均为全量程的±0.22。在生物医学方面,压阻式传感器也是理想的检测工具。已制成扩散硅膜薄到10微米,外径仅0.5毫米的注射针型压阻式压力传感器和能测量心血管、颅内、尿道、子宫和眼球内压力的传感器。压阻式传感器还有效地应用于爆炸压力和冲击波的测量、真空测量、监测和控制汽车发动机的性能以及诸如测量枪炮膛内压力、发射冲击波等兵器方面的测量。此外，在油井压力测量、随钻测向和测位地下密封电缆故障点的检测

48、以及流量和液位测量等方面都广泛应用压阻式传感器。随着微电子技术和计算机的进一步发展，压阻式传感器的应用还将迅速发展。压阻式压力传感器优点：1 频率响应高，f0可达1.5M；2 体积小、耗电少；3 灵敏度高、精度好，可测量到0.1%的精确度；4 无运动部件（敏感元件与转换元件一体）。压阻式压力传感器缺点：1 温度特性差；2 工艺复杂。由于药品较容易碎 所以选择压力较小的传感器：XTL-193-190（M）系列。技术参数如下压力范围（Bar）1.73.57173570140210压力类型绝压、密封表压过载压力2倍额定压力破裂压力3倍额定压力，最大6000Psi（420 Bar）压力介质所有非导电、

49、无腐蚀性的液体和气体额定激励电压10VDC最大激励电压15VDC输入阻抗1000（最小值）输出阻抗1000（额定值）满量程输出100mV(额定值)零位不平衡±5mV(典型值)综合非线性,迟滞,重复性±0.1%FSO BFSL(典型值)，±0.5%FSO（最大值）分辨率无限小固有频率（kHz）(典型值)240300380550700100014001650加速度灵敏度%FS/g垂直5.0x105.0x101.5x101.0x106.0x104.5x102.0x101.9x10横向6.0x106.0x102.0x109.0x106.0x103.0x102.0x102.

50、0x10绝缘电阻100M（在50VDC时）工作温度范围55到204（65到400）补偿温度范围25到80（80到180）温度零点漂移±1%FS/100（典型值）温度灵敏度漂移±1% /100（典型值）线性振动50g峰值，10-2000Hz正弦波, 湿度100%相对湿度机械震动100g半正弦波持续1毫秒电气连接4根26AWG纤维屏蔽导线，长24英寸重量4克（额定值），不包括组件和连接导线敏感原理惠斯通全桥电介质绝缘硅叠加安装扭矩最大15英寸.磅4.4微型电动机体积、容量较小，输出功率一般在数百瓦以下的电机和用途、性能及环境条件要求特殊的电机。全称微型特种电机，简称微电机。常用

51、于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。 微特电机门类繁多，大体可分为直流电动机、交流电动机、自态角电机、步进电动机、旋转变压器、轴角编码器、交直流两用电动机、测速发电机、感应同步器、直线电机、压电电动机、电机机组、其他特种电机等13大类。 微特电机在结构上大体可分为3类 ：电磁式。基本组成与普通电机相似，包括定子、转子、电枢绕组、电刷等部件，但结构格外紧凑。组合式。常见的有两种：上述各种微电机的组合；微电机与电子线路的组合。例如直流电动机与传感器的组合，X方向与Y方向直线电动机的组合等。非电磁式。外形结构与电磁式一

52、样，如旋转类产品作成圆柱形，直线类产品作成方形，但内部结构因其工作原理不同而差别很大。微型电机主要应用于3个领域：1、无特殊控制要求的驱动场合作为运动机械负载的动力源。2音像设备、例如，在盒式录像机中，微特电机既是磁鼓组件的关键元件，又是其主导轴驱动、收供带和磁带盒的自动装载以及磁带张力控制的重要元件。办公自动化设备、计算机外部设备和工业自动化设备。如磁盘驱动器、复印机、数控机床、机器人等都应用了微型电机。图3.4微型电动机4.5硬件的清单 名称型号数量备注PLCS7-2001西门子电磁阀BS12C1直动式微型电动机TY83303三相AC 380V 50HZ压力传感器XTL-193-190（M

53、）1压阻式光电接近开关SIMATIC PXO500 L501红光光电传感器BGL1可是光束对射式4.6 系统操作台自动装瓶机系统操作台如图 所示，该操作台的功能有：系统手动自动控制切换，装药数量选择，自动状态下系统的自动运行启停控制，手动状态下传送带、旋盖机构、药仓、盖仓的手动启停控制，药仓、盖仓容量显示。在操作台右下角设有一报警电铃，在系统出现故障时提供声音报警，由报警复位按钮使其复位。4.7 主电路设计根据系统控制要求，本系统主电路由三台电机组成，其中电机M1控制传送带的运行。电机M2控制旋盖机构，完成药瓶的旋盖工作。电机M3控制旋盖机构的升降。为了保证电机的安全运行，在各电机控制电路上均

54、设有保护电路。熔断器FU作为主电路的短路保护装置，在控制线路发生短路故障时能迅速切除电源。热继电器FR1、FR2、FR3分别对三台电机进行过载保护。4.8 控制电路设计如图 所示为自动装瓶机系统控制电路图。因为本系统要求有手动控制功能，所以设置SA为手动/自动转换开关，SA打在1的位置为手动控制状态；打在2的位置为自动控制状态。手动控制时，可用按钮SB1SB10控制三台电机的启/停和电磁阀YV1、YV2的通/断；自动运行时，系统在PLC程序控制下运行。图中的HL1为自动运行状态电源指示灯。 在本控制电路中三台电机均通过其接触器本身的辅助触点实现自锁。其中电机M3的控制电路中通过时间继电器KT实现M3的延时“正停反”控制，以完成旋盖机下降后完成旋盖工作才上升的控制要求。由于电磁阀YV1、YV2没有触点，所以要使用一个中间断电器KA1、KA2分别间接控制YV1、YV2，来实现YV1、YV2的手动自锁功能。4.9 PLC外围接线图5 自动装药片机的软件设计5.1 PLC的工作原理PLC与继电器构成的控制装置的重要区别之一就是工