第頁(yè)藥品裝瓶機(jī)的硬件設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u25725藥品裝瓶機(jī)的硬件設(shè)計(jì)案例 1116031.1可編程控制器的選型 1199001.2傳感器的選型 224811.3電機(jī)的選型 252361.4輸送裝置的選型 3137531.5電磁閥的選型 3217421.6變頻器的選型 3223201.7系統(tǒng)的I/O分配設(shè)計(jì) 4138191.8系統(tǒng)的變頻電路設(shè)計(jì) 564861.9系統(tǒng)的PLC電路設(shè)計(jì) 61.1可編程控制器的選型隨著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化的迅速普及，于是各大自動(dòng)化控制公司開(kāi)始開(kāi)發(fā)自己的產(chǎn)品，以適應(yīng)工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展的形勢(shì)。最常見(jiàn)的品牌有西門(mén)子自動(dòng)化公司生產(chǎn)的S7系列PLC、三菱公司生產(chǎn)的FX系列PLC和歐姆龍公司生產(chǎn)的CP系列PLC。這些產(chǎn)品占據(jù)了中國(guó)工業(yè)控制市場(chǎng)的很大一部分，在西門(mén)子生產(chǎn)的中型PLC中，常用的是S7-300和S7-1200T。PLCS7-300系列有許多應(yīng)用。PLC功能強(qiáng)大，可執(zhí)行更復(fù)雜的控制功能，編程指令豐富，可執(zhí)行PID控制功能、PTO脈沖輸出功能和高速計(jì)數(shù)器功能。通過(guò)對(duì)程序的編譯和配置，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備間的MODBUS通信和以太網(wǎng)通信，并通過(guò)通信端口實(shí)現(xiàn)了硬件連接，像DI/DO模塊、AI/AO模塊、通信模塊、高速計(jì)數(shù)模塊等等，還有很多類(lèi)型的CPU，包括CPU221-CPU226。每種CPU型號(hào)的編程能力是不同的。電平越高，處理能力越高，系統(tǒng)選用的CPU313型號(hào)有16個(gè)外部輸入端子和16個(gè)外部輸出端子的SM323數(shù)字輸入輸出模塊。采用工作電源模塊PS3075A。模塊的輸入電源為AC220V，為CPU和輸入輸出模塊提供DC24V電源，使用的編程軟件為STEP7，產(chǎn)品如圖2-1所示。圖2-1S7-300可編程控制器1.2傳感器的選型光電傳感器性能穩(wěn)定，檢測(cè)精度高，響應(yīng)靈敏，不與物體或機(jī)器接觸，采用非接觸方式檢測(cè)物體的位置，光電傳感器的主要組成部分是光束發(fā)射電路、光束接收電路和信號(hào)放大電路，光束發(fā)射電路主要發(fā)射光束，當(dāng)間隔內(nèi)的物體阻擋光束時(shí)，它會(huì)吸收部分光束能量，使接收電路能在電流范圍內(nèi)感知物體的存在。信號(hào)放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行設(shè)置和放大，然后釋放，選用歐姆龍產(chǎn)品，具體型號(hào)為EE-SPY402，產(chǎn)品檢測(cè)距離在0.2厘米到2米之間，檢測(cè)距離可根據(jù)光電開(kāi)關(guān)控制進(jìn)行調(diào)整。需要電源，電源等級(jí)為DC24V。光電傳感器原理圖如圖2-2所示。圖2-2光電傳感器的時(shí)序圖及電路圖1.3電機(jī)的選型步進(jìn)伺服控制系統(tǒng)是一種典型的開(kāi)路控制系統(tǒng)，在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要考慮選擇步進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)的類(lèi)型，其次要選擇具體的品種。在本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，要求步進(jìn)電機(jī)電壓低、定位對(duì)大，采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，在選擇步進(jìn)電機(jī)的選型時(shí)，要考慮轉(zhuǎn)速比、軸向力、轉(zhuǎn)速比等因素，應(yīng)充分考慮標(biāo)稱(chēng)扭矩和工作頻率。因此，本圖選用的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為fl39st34-0306。1.4輸送裝置的選型皮帶輸送機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)中?，F(xiàn)有皮帶式和旋轉(zhuǎn)式兩種加藥方式，藥品的主要包裝形式為瓶裝。帶式上料機(jī)效率高、速度快，但其結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，不利于高精度地設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。而皮帶式裝瓶可以解決這些問(wèn)題，因此采用皮帶式裝瓶的方式。1.5電磁閥的選型電磁閥是一種采用電磁控制的工業(yè)設(shè)備。它是控制流體自動(dòng)化的關(guān)鍵部件，屬于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電磁閥能與多個(gè)回路配合，實(shí)現(xiàn)必要的控制，保證控制的準(zhǔn)確性和靈活性，直動(dòng)式電磁閥能在真空下正常工作，負(fù)壓和零壓。根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，采用了直動(dòng)式電磁閥。1.6變頻器的選型變頻器如圖2-3所示，其主要工作原理是通過(guò)整流濾波單元將外部工頻交流電轉(zhuǎn)換為直流電，然后根據(jù)電路板發(fā)出的脈沖指令對(duì)IGBT逆變器單元進(jìn)行檢查，將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，控制發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩電流。本設(shè)計(jì)選擇的具體變頻器型號(hào)為ACS550變頻器，在市場(chǎng)上應(yīng)用廣泛，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速效果?？蓤?zhí)行變頻控制功能和當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)控制功能，變頻器功能非常豐富，可應(yīng)用于各種發(fā)動(dòng)機(jī)控制場(chǎng)合，變頻器參數(shù)主要分為發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)設(shè)置，停車(chē)控制參數(shù)設(shè)置，速度數(shù)據(jù)控制參數(shù)設(shè)置，速度斜率參數(shù)設(shè)置，報(bào)警故障功能參數(shù)設(shè)置，現(xiàn)場(chǎng)總線功能參數(shù)設(shè)置，設(shè)置編碼器控制功能和各種數(shù)據(jù)監(jiān)控功能的參數(shù)。根據(jù)本設(shè)計(jì)的使用要求，選用ACS550變頻器，標(biāo)稱(chēng)入口電壓AC400V，標(biāo)稱(chēng)電流15A，頻率調(diào)節(jié)范圍0-1000hz，風(fēng)機(jī)冷卻方式，壁掛式，V/F電壓控制模式，外部端子用于變頻器啟動(dòng)和停止控制。圖2-3ACS550變頻器示意圖1.7系統(tǒng)的I/O分配設(shè)計(jì)對(duì)于藥瓶裝片機(jī)系統(tǒng)[7]，電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)按照規(guī)定的工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)過(guò)程的分析和控制內(nèi)容的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了藥瓶裝片機(jī)的I／O裝瓶系統(tǒng)分布。本設(shè)計(jì)的目的是為下一步繪制PLC接線圖和軟件程序，對(duì)下一步程序的模擬調(diào)試起到方便的作用，在實(shí)際應(yīng)用中，I/O分配對(duì)查詢(xún)故障非常有用。例如，在執(zhí)行過(guò)程中，如果某個(gè)輸入點(diǎn)不工作，可以查詢(xún)輸入點(diǎn)的名稱(chēng)和地址，通過(guò)程序分析找出問(wèn)題所在。表2-1I/O分配設(shè)計(jì)表輸入功能輸入地址輸出功能輸出地址啟動(dòng)按鈕I0.0傳輸帶運(yùn)行Q0.0停止按鈕I0.1加藥電磁閥Q0.1手自動(dòng)轉(zhuǎn)換I0.2加蓋電磁閥Q0.2傳輸帶啟動(dòng)I0.3加蓋機(jī)構(gòu)下降Q0.3傳輸帶停止I0.4加蓋機(jī)構(gòu)上升Q0.4加藥閥開(kāi)關(guān)I0.5運(yùn)行指示Q0.5瓶子到位傳感器I0.6自動(dòng)指示Q0.6藥片數(shù)量檢測(cè)傳感器I0.7故障指示Q0.7計(jì)瓶傳感器I1.0藥片數(shù)量報(bào)警Q1.0手動(dòng)加蓋開(kāi)關(guān)I1.1加蓋下限位I1.2加蓋上限位I1.3變頻器故障I1.4加蓋位置傳感器I1.5復(fù)位按鈕I1.61.8系統(tǒng)的變頻電路設(shè)計(jì)根據(jù)工藝分析要求和藥瓶裝片機(jī)控制策略[8]，結(jié)合總體設(shè)計(jì)方案，主電路設(shè)計(jì)選用ACS550變頻器，變頻器的標(biāo)稱(chēng)輸入電壓為AC380V，標(biāo)稱(chēng)電流為15A，頻率控制范圍為0-50Hz，控制策略為V/F電壓控制，變頻器的啟停開(kāi)關(guān)通過(guò)外部端子進(jìn)行。變頻器主電路的設(shè)計(jì)要素包括電路、變頻器等，電路開(kāi)關(guān)的作用是啟動(dòng)和停止主機(jī)的電路。斷路器應(yīng)立即停止故障線路的運(yùn)行。變頻器的接線圖是基于對(duì)變頻器硬件接線手冊(cè)的仔細(xì)研究。變頻器的接線主要是動(dòng)力接線電路和控制電路的接線，如圖2-4所示。在電路布線時(shí)，變頻器應(yīng)連接到具有相同電壓水平的系統(tǒng)電源。端子為R、S、T，發(fā)動(dòng)機(jī)端子為U、V、W，分別連接到發(fā)動(dòng)機(jī)三相線電路上，主要進(jìn)行DI端子和DO端子的接線，DI端子的連接主要用于連接變頻器的停止信號(hào)，DO終端主要用于產(chǎn)生變頻器故障信號(hào)并傳送給PLC。圖2-4ACS550變頻接線圖1.9系統(tǒng)的PLC電路設(shè)計(jì)對(duì)于藥瓶裝片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，PLC接線是系統(tǒng)的重要組成部分[9]，采用S7-300CPU313作為控制單元，SM323作為數(shù)字量輸入輸出的外部模塊，可編程控制器接線是系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的重要組成部分。市場(chǎng)上各種品牌可編程控制器的布線原理基本相同。該裝置主要由電氣接線、輸入接線和生產(chǎn)接線三部分組成，根據(jù)片劑灌裝機(jī)