摘要：簡(jiǎn)述了鋁塑泡罩包裝機(jī)的工作原理，介紹了臺(tái)達(dá)變頻器、PLC、觸摸屏及溫控器模塊在高速鋁塑泡罩包裝機(jī)上的整合應(yīng)用，最后概略地討論了泡罩包裝機(jī)的工藝控制要求和控制相關(guān)問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：制藥包裝機(jī)械 PLC 觸摸屏 變頻器 Modbus通訊

    Abstract: It is simply described to the working principle of packing machine for Aluminum-plastc froth cover in this paper. And also it is intruduced to the integrated application of Delta inverter, PLC, intouch screen and temperature controller module in high speed packing machine for Aluminum-plastc froth cover. Finally it is roughly discussed to the technology control demand and the related control prolems of froth cover packing machine.

    Key Words: Pharmacy packing mechanism PLC Intouch screen Interver Modbus communication

1 引言

      鋁塑泡罩包裝是目前藥機(jī)行業(yè)中主要的產(chǎn)品包裝方式，絕大部分片式成品藥最后都需要經(jīng)過(guò)此工序才能作為產(chǎn)品在市場(chǎng)銷售。其工作過(guò)程是將各種藥片用PVC成型包裝于鋁塑板上，適用于各種規(guī)格的片劑、膠囊、膠丸、素片及各種異型片。為實(shí)現(xiàn)大小形狀各不相同藥片的高速包裝，要求控制系統(tǒng)具有高速、準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)的控制功能，臺(tái)達(dá)機(jī)電產(chǎn)品的整合應(yīng)用正是符合這些要求的一個(gè)綜合解決方案，它可使包裝效率由一般150板/分鐘提高到200板/分鐘， 鋁塑泡罩包裝機(jī)如圖1所示。

2 高速鋁塑泡罩包裝機(jī)結(jié)構(gòu)及原理

      高速鋁塑泡罩包裝機(jī)主要包括機(jī)架、輸送機(jī)、上料充填裝置、預(yù)熱成型裝置、氣動(dòng)裝置、PVC放卷及步進(jìn)裝置、沖裁、熱封裝置、電氣控制等各部分，如圖2所示。

      機(jī)架整機(jī)采用框架式全封閉結(jié)構(gòu)，機(jī)架由底板、架體、側(cè)板等組成，架體采用高強(qiáng)度鋁合金框架構(gòu)成，具有牢固美觀，安裝方便特點(diǎn)，側(cè)板均由不銹鋼板構(gòu)成，與藥品接觸的材料選用優(yōu)質(zhì)不銹鋼，達(dá)到美觀、衛(wèi)生的要求。

      輸送機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的主電機(jī)為1.5kW交流電動(dòng)機(jī)，采用臺(tái)達(dá)VFD015M變頻器控制實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，具有調(diào)速方便、準(zhǔn)確，啟動(dòng)平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，升降速時(shí)間均可分別適當(dāng)調(diào)整以滿足運(yùn)行要求，例如增大加速時(shí)間，使設(shè)備啟動(dòng)過(guò)程平穩(wěn)緩起，減小減速時(shí)間并配合制動(dòng)功能完成快速準(zhǔn)確停止。

1）上料充填裝置

      上料充填裝置由振動(dòng)電機(jī)和上料電機(jī)構(gòu)成，與通用上料機(jī)或圓盤上料機(jī)配套，通過(guò)上料系統(tǒng)可使各種不同規(guī)格藥片整齊有序排列，為下一步成型作好準(zhǔn)備。圖3為各種包裝后的藥片產(chǎn)品示意圖。

 

2）預(yù)熱成型裝置

      預(yù)熱成型裝置由上、下加熱板、成型模具等部件構(gòu)成，配合氣動(dòng)裝置完成包裝機(jī)的主要工序——包裝成型?；跓崴茉?，通過(guò)臺(tái)達(dá)溫控器模塊DTC1000穩(wěn)定的溫度控制和正壓吹氣工序可使PVC材料在熱塑溫度范圍內(nèi)預(yù)熱成型，將藥片封裝在鋁箔和PVC之間形成泡罩，預(yù)熱成型裝置如圖4所示。

      3）PVC放卷及步進(jìn)裝置

      該設(shè)備具有PVC和鋁箔兩個(gè)被動(dòng)放卷裝置，由主電機(jī)提供動(dòng)力為包裝成型提供材料。PVC步進(jìn)裝置則是除了預(yù)熱成型裝置外的另一個(gè)重要設(shè)備。PVC采用步進(jìn)方式，在PVC加熱板之前和成型臺(tái)之后由于采用雙夾持步進(jìn)，可防止在加熱區(qū)內(nèi)已經(jīng)被加熱軟化的PVC片由于受快速牽拉移動(dòng)而造成拉伸變形，影響泡罩質(zhì)量。PVC下加熱板隨著成型臺(tái)模具的上下運(yùn)動(dòng)并作相應(yīng)的間歇運(yùn)動(dòng)，當(dāng)PVC夾持移動(dòng)時(shí)下加熱板處于下止點(diǎn)（上下加熱板有間隙），可減少PVC與加熱板接觸，使PVC不粘片。

4）熱封及沖裁

      熱封及沖裁是包裝機(jī)的最后工序，當(dāng)藥片已封裝在泡罩內(nèi)，通過(guò)熱封和沖裁后正式變成板式成品。熱壓輥加熱器的溫度控制準(zhǔn)確，熱封方式為輥式連續(xù)工作，以利提高包裝效率。采用無(wú)廢料橫邊沖裁可以節(jié)省包裝材料，沖裁前采用推板式步進(jìn)方式，以使板塊平整并方便調(diào)整。

5） 電氣控制

      電氣控制部分選用臺(tái)達(dá)變頻器、PLC、觸摸屏及溫控器模塊構(gòu)成電氣控制系統(tǒng)，并配以多個(gè)光電傳感器作為檢測(cè)，各部件的有機(jī)組合，使控制精度及工作效率大大提高。用觸摸屏作為人機(jī)對(duì)話的窗口，可以方便地對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，能顯示系統(tǒng)的相關(guān)運(yùn)行參數(shù)值及檢測(cè)狀態(tài)，可對(duì)異常警報(bào)進(jìn)行判斷處理，方便管理，由PLC系統(tǒng)控制整個(gè)設(shè)備的協(xié)調(diào)高速運(yùn)行。 實(shí)際電氣控制系統(tǒng)如圖5所示。

3 電氣控制系統(tǒng)

3．1 系統(tǒng)配置及說(shuō)明

      高速泡罩包裝機(jī)采用的電氣配置：DOP-A57CSTD，5.7” 觸摸屏，256色，分辨率為320×240；DVP-12SA00R，8入/4出PLC主機(jī)；DVP-08SN，8點(diǎn)輸出擴(kuò)展；VFD015M43A，變頻器；DTC1000，模塊化溫控器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理圖如圖6所示。變頻器、模塊化溫控器與PLC通過(guò)RS485串行網(wǎng)絡(luò)連接到系統(tǒng)，PLC與觸摸屏通過(guò)RS232交換數(shù)據(jù)。

3．2 觸摸屏設(shè)計(jì)
      采用臺(tái)達(dá)彩色5.7寸觸摸屏，具有色彩豐富，分辨率高，高速CPU可使頁(yè)面切換更流暢，通訊速度更快，能夠很好地滿足現(xiàn)場(chǎng)使用。在程序中設(shè)置了工作畫(huà)面、設(shè)備調(diào)試、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定、故障診斷等畫(huà)面，使整個(gè)設(shè)備操作簡(jiǎn)單易懂，操作方便，工作畫(huà)面如圖7所示。

      圖8為為系統(tǒng)主畫(huà)面，在主畫(huà)面上可完成3組溫度控制的顯示與調(diào)整，以及主電機(jī)、吸塵器、熱封、上料等各部分的操作。

      系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定畫(huà)面如圖9所示。在該畫(huà)面中可以設(shè)置與系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)的各種參數(shù)，包括上加熱板溫度、下加熱板溫度、熱封溫度，以及對(duì)計(jì)數(shù)系數(shù)、夾持時(shí)間、是否上料等的設(shè)定。

      設(shè)備調(diào)試畫(huà)面如圖10所示。該畫(huà)面可以作為設(shè)備調(diào)試過(guò)程中控制各設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)畫(huà)面，也可作為設(shè)備調(diào)試完畢后的手動(dòng)操作畫(huà)面。

3．3 PLC控制系統(tǒng)

      可編程控制器選用臺(tái)達(dá)產(chǎn)品DVP12SA00R+DVP08SN，該機(jī)種為臺(tái)達(dá)SLIM型主機(jī)，具有體積小巧，安裝快捷方便，特別適合對(duì)安裝空間有一定要求的環(huán)境，有以下特點(diǎn)：2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)通訊口（RS232和RS485，符合MODBUS協(xié)議），內(nèi)建高速輸入/輸出，30KHz高速計(jì)數(shù)器、20KHz脈波輸出，可以檢測(cè)外部高速信號(hào)（上料檢測(cè)、準(zhǔn)停檢測(cè)、PVC檢測(cè)），指令豐富可滿足復(fù)雜編程的要求，功能強(qiáng)大，電氣特性穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)最佳性價(jià)比。因?yàn)榕_(tái)達(dá)所有產(chǎn)品都符合MODBUS協(xié)議，并可方便組成通訊網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)MODBUS使PLC能與變頻器、溫控器互連互通，根據(jù)檢測(cè)到的設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)算結(jié)果對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

1）變頻器控制

      變頻器的啟動(dòng)、停止以及運(yùn)行頻率均由PLC通過(guò)通訊方式給定，在畫(huà)面中可通過(guò)啟動(dòng)、停止、升速、降速等按鈕對(duì)變頻器操作，其中主要是控制主電機(jī)停止時(shí)的準(zhǔn)停功能，也就是說(shuō)電機(jī)停止并不是在任意位置都可以，如果那樣那么重新開(kāi)機(jī)時(shí)包裝位置將不準(zhǔn)確，PVC板塊會(huì)有停機(jī)痕跡，因此需要根據(jù)準(zhǔn)停檢測(cè)位置計(jì)算出準(zhǔn)確的停止位置，保持下次重新啟動(dòng)時(shí)能夠進(jìn)行正常包裝。在程序中當(dāng)接收到停止信號(hào)后，PLC即時(shí)檢測(cè)是否到達(dá)準(zhǔn)停位置，再與準(zhǔn)停值比較，如已到達(dá)準(zhǔn)停位置，變頻器給定頻率開(kāi)始做勻速遞減，讓主電機(jī)速度下降，減小慣性停車，從而實(shí)現(xiàn)在準(zhǔn)確位置停車，保證PVC板塊無(wú)停機(jī)痕跡。

2）模塊式溫控器的控制

      由3個(gè)模塊式溫控器組成設(shè)備溫控系統(tǒng)，包括上加熱板、下加熱板和熱封，該設(shè)備中溫度控制的精度也直接影響包裝效果，PVC的成型與溫度直接關(guān)系，按泡罩成型工藝要求不容許偏離容許溫度偏差。因此在控制系統(tǒng)中選擇了臺(tái)達(dá)產(chǎn)品中的DTC1000溫控器，該產(chǎn)品有獨(dú)立的溫度控制功能，并具有RS485接口，可以直接連入PLC主機(jī)的RS485網(wǎng)絡(luò)中，可以根據(jù)變化隨時(shí)調(diào)整溫度。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行表明，設(shè)定溫度與實(shí)際溫度誤差在±1度以內(nèi)，PVC加熱器和熱壓輥加熱器溫度場(chǎng)均勻、準(zhǔn)確，不會(huì)對(duì)包裝材料和藥品造成損傷，特別適應(yīng)于對(duì)熱塑溫度范圍較窄的包裝材料的應(yīng)用。

4 結(jié)束語(yǔ)

      鋁塑泡罩包裝機(jī)控制系統(tǒng)改造前使用繼電器線路控制，手動(dòng)有級(jí)調(diào)速，控制精度低，包裝效率低，電路穩(wěn)定差，故障率高。經(jīng)技術(shù)改造后的控制系統(tǒng)，采用臺(tái)達(dá)告訴的人機(jī)界面、SA系列可編程控制器、變頻器和溫控器，經(jīng)過(guò)整合后，整機(jī)性能得到極大的提高。這說(shuō)明在工業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)中，單一產(chǎn)品的運(yùn)用有時(shí)不一定能滿足生產(chǎn)設(shè)備各方面的性能要求，而經(jīng)過(guò)多產(chǎn)品的整合應(yīng)用，給客戶以最佳的解決方案才是提高設(shè)備性能的最終途徑。目前，前期的5套設(shè)備已順利調(diào)試完畢，各項(xiàng)功能指標(biāo)均符合要求，中達(dá)公司提供的這套整體解決方案是受到客戶肯定和好評(píng)的。