摘要：簡述了鋁塑泡罩包裝機的工作原理，介紹了臺達(dá)變頻器、PLC、觸摸屏及溫控器模塊在高速鋁塑泡罩包裝機上的整合應(yīng)用，最后概略地討論了泡罩包裝機的工藝控制要求和控制相關(guān)問題。
關(guān)鍵詞：制藥包裝機械 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)過此工序才能作為產(chǎn)品在市場銷售。其工作過程是將各種藥片用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，臺達(dá)機電產(chǎn)品的整合應(yīng)用正是符合這些要求的一個綜合解決方案，它可使包裝效率由一般150板/分鐘提高到200板/分鐘， 鋁塑泡罩包裝機如圖1所示。

2 高速鋁塑泡罩包裝機結(jié)構(gòu)及原理

      高速鋁塑泡罩包裝機主要包括機架、輸送機、上料充填裝置、預(yù)熱成型裝置、氣動裝置、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。

      機架整機采用框架式全封閉結(jié)構(gòu)，機架由底板、架體、側(cè)板等組成，架體采用高強度鋁合金框架構(gòu)成，具有牢固美觀，安裝方便特點，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。

      輸送機傳動系統(tǒng)的主電機為1.5kW交流電動機，采用臺達(dá)VFD015M變頻器控制實現(xiàn)無級調(diào)速，具有調(diào)速方便、準(zhǔn)確，啟動平穩(wěn)的優(yōu)點，升降速時間均可分別適當(dāng)調(diào)整以滿足運行要求，例如增大加速時間，使設(shè)備啟動過程平穩(wěn)緩起，減小減速時間并配合制動功能完成快速準(zhǔn)確停止。

1）上料充填裝置

      上料充填裝置由振動電機和上料電機構(gòu)成，與通用上料機或圓盤上料機配套，通過上料系統(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，配合氣動裝置完成包裝機的主要工序——包裝成型?；跓崴茉恚ㄟ^臺達(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和鋁箔兩個被動放卷裝置，由主電機提供動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重要設(shè)備。PVC采用步進(jìn)方式，在PVC加熱板之前和成型臺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而造成拉伸變形，影響泡罩質(zhì)量。PVC下加熱板隨著成型臺模具的上下運動并作相應(yīng)的間歇運動，當(dāng)PVC夾持移動時下加熱板處于下止點（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的最后工序，當(dāng)藥片已封裝在泡罩內(nèi)，通過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)，并配以多個光電傳感器作為檢測，各部件的有機組合，使控制精度及工作效率大大提高。用觸摸屏作為人機對話的窗口，可以方便地對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，能顯示系統(tǒng)的相關(guān)運行參數(shù)值及檢測狀態(tài)，可對異常警報進(jìn)行判斷處理，方便管理，由PLC系統(tǒng)控制整個設(shè)備的協(xié)調(diào)高速運行。 實際電氣控制系統(tǒng)如圖5所示。

3 電氣控制系統(tǒng)

3．1 系統(tǒng)配置及說明

      高速泡罩包裝機采用的電氣配置：DOP-A57CSTD，5.7” 觸摸屏，256色，分辨率為320×240；DVP-12SA00R，8入/4出PLC主機；DVP-08SN，8點輸出擴展；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RS485串行網(wǎng)絡(luò)連接到系統(tǒng)，PLC與觸摸屏通過RS232交換數(shù)據(jù)。

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

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

      系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定畫面如圖9所示。在該畫面中可以設(shè)置與系統(tǒng)運行相關(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，以及對計數(shù)系數(shù)、夾持時間、是否上料等的設(shè)定。

      設(shè)備調(diào)試畫面如圖10所示。該畫面可以作為設(shè)備調(diào)試過程中控制各設(shè)備運轉(zhuǎn)畫面，也可作為設(shè)備調(diào)試完畢后的手動操作畫面。

3．3 PLC控制系統(tǒng)

      可編程控制器選用臺達(dá)產(chǎn)品DVP12SA00R+DVP08SN，該機種為臺達(dá)SLIM型主機，具有體積小巧，安裝快捷方便，特別適合對安裝空間有一定要求的環(huán)境，有以下特點：2個標(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高速計數(shù)器、20KHz脈波輸出，可以檢測外部高速信號（上料檢測、準(zhǔn)停檢測、PVC檢測），指令豐富可滿足復(fù)雜編程的要求，功能強大，電氣特性穩(wěn)定，可實現(xiàn)最佳性價比。因為臺達(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MODBUS使PLC能與變頻器、溫控器互連互通，根據(jù)檢測到的設(shè)備狀態(tài)和運算結(jié)果對其進(jìn)行實時控制。

1）變頻器控制

      變頻器的啟動、停止以及運行頻率均由PLC通過通訊方式給定，在畫面中可通過啟動、停止、升速、降速等按鈕對變頻器操作，其中主要是控制主電機停止時的準(zhǔn)停功能，也就是說電機停止并不是在任意位置都可以，如果那樣那么重新開機時包裝位置將不準(zhǔn)確，PVC板塊會有停機痕跡，因此需要根據(jù)準(zhǔn)停檢測位置計算出準(zhǔn)確的停止位置，保持下次重新啟動時能夠進(jìn)行正常包裝。在程序中當(dāng)接收到停止信號后，PLC即時檢測是否到達(dá)準(zhǔn)停位置，再與準(zhǔn)停值比較，如已到達(dá)準(zhǔn)停位置，變頻器給定頻率開始做勻速遞減，讓主電機速度下降，減小慣性停車，從而實現(xiàn)在準(zhǔn)確位置停車，保證PVC板塊無停機痕跡。

2）模塊式溫控器的控制

      由3個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)中選擇了臺達(dá)產(chǎn)品中的DTC1000溫控器，該產(chǎn)品有獨立的溫度控制功能，并具有RS485接口，可以直接連入PLC主機的RS485網(wǎng)絡(luò)中，可以根據(jù)變化隨時調(diào)整溫度。系統(tǒng)實際運行表明，設(shè)定溫度與實際溫度誤差在±1度以內(nèi)，PVC加熱器和熱壓輥加熱器溫度場均勻、準(zhǔn)確，不會對包裝材料和藥品造成損傷，特別適應(yīng)于對熱塑溫度范圍較窄的包裝材料的應(yīng)用。

4 結(jié)束語

      鋁塑泡罩包裝機控制系統(tǒng)改造前使用繼電器線路控制，手動有級調(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)，采用臺達(dá)告訴的人機界面、SA系列可編程控制器、變頻器和溫控器，經(jīng)過整合后，整機性能得到極大的提高。這說明在工業(yè)設(shè)備控制系統(tǒng)中，單一產(chǎn)品的運用有時不一定能滿足生產(chǎn)設(shè)備各方面的性能要求，而經(jīng)過多產(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的。