基于PLC自动物料装瓶控制系统设计

基于PLC自动物料装瓶控制系统设计

田雨  ,孙莉

山东协和学院工学院 济南 250107

摘 要：本系统设计的主控制器为PLC，对传送带、步进电机、传感器等控制配合，根据分析出的设计目标提出控制系统整体设计方案，并对各模块分析。最后，完成系统软硬件的设计方案，实现预期效果，能够取代人力来达到物料装填，能够有效避免员工对产品的接触，加强生产自动化程度，提升效能、安全性。

关键词：PLC；物料装瓶；控制系统；光电传感器

1 引言

传统方式的医药生产中，人工在生产过程中会存在与医药产品直接接触的可能，长时间会对操作员工的身体会造成损害，直接接触会不同种类的医药产品造成产品污染，造成质量下降，进一步造成不必要的开支，采用自动物料装瓶控制系统，能够有效的避免操作员工与医药药片的直接接触，避免减少对员工身体造成损伤的同时，提高生产的效率，避免因接触污染造成的质量下降，提高生产质量，减少成本支出，传统的医药生产难于在完整严格的生产操作流程，生产中不可控因素较多，通过自动物料装瓶控制系统能够使生产流程自动化、监控化。

2控制系统程序框图

目前市面上基于PLC自动物料控制系统的种类非常的多，外观和功能各不相同，本质上，自动物料控制系统主要是由三个部分组成：执行机构、驱动机构、控制系统，除这三个部分之外还有本次论文所用到的计数检测装置（传感器）。自动物料控制系统的组成如图1所示。

图1  自动物料控制系统的组成

执行系统通常由主传动机构、计数机构、物料载具检测机构[7]。主传动机构负责实现物料载具的来回传输搬运、物料的输送及其物料仓的开放，计数机构是通过技术检测装置（感应器）来实现不同规格的物料配比，物料载具检测机构主要是对物料载具是否达到指定位置进行检测，最主要的还是主传动机构，通过PLC的连接配合，与其他机构共同完成物料载具达到指定位置后的装填输送循环，实现整个物料装瓶的流程。

2  控制系统硬件设计

2.1  PLC选型

本系统所需要6个输入点数和6个输出点数，考虑经济成本的前提下，故最终采用为西门子S7-200-CPU224。

2.2  光电传感器的选型

对射式光电传感器，主要组成部分为发射器（发光器）和接收器（收光器）组成，主要的工作原理是发射器发射光信号，接收器将会接收来自发射器发出的光从而将光信号转变为模拟电子信号传回到控制器进行数据的处理，对射式光电传感器的检测距离远，检测的精度高，是光电传感器的优势特点，安装时安装在被测物体的两侧实现检测，当检测目标经过对射区间后，完成整个的物体检测。所以本文所采用的传感器类型为对射型光电传感器。

2.3  I /O地址分配表

（1）输入信号

①系统程序启动按钮用于系统程序开启运行。

②系统程序停止按钮用于系统程序的关闭以及停止运行动作。

③物料口装填时光电传感器负责检测装填物料容量是否达到设定值。

④ 物料规格装填数量选择按钮（10片、15片、20片）。

（2）输出信号

①传送带电机带动传送带负责将载具传送到指定位置。

②物料口电磁阀负责开合物料口用于放料。

③指示灯用来方便观测系统是否正常运行以及向工作人员明示物料规格选择。

④蜂鸣器将用来实现物料工作程序的完毕以及系统程序的警示作用。

表1  输入输出信号地址分配表

2.4硬件接线图

根据I/O地址分配图连接CPU224，SB1-SP依次为启动开按钮、停止关按钮、数量1选择按钮、数量2按钮、数量3按钮、光电传感器，Q0.0-Q0.5以此为皮带电机、物料电磁阀、数量1指示灯、数量2指示灯、数量3指示灯、蜂鸣器。PLC外部连接图外部接线如图2所示。

图2  PLC外部接线图

3  苹果采摘机器人控制的软件设计

3.1控制流程图

按下数量选择按钮后，按下启动按钮，系统启动，驱动电机带动传送载有瓶具，经过定时器延时后，瓶具到达输料口下方，PLC给予电磁阀信号打开，药片通过振动器从料仓下方输料口落入下方的瓶具内，光电传感器开始进行计数，当实际数值与选择装填数值达到一致时，电磁阀关闭，驱动电机将进入下一循环程序进行执行装填步骤，完成自动循环直至系统结束停机，控制流程图如图3所示。

图3  控制流程图

3.2  自动物料装瓶控制系统梯形图

（1）自动程序设计

①系统启动，选择装填规格数量（10片、15片、20片）

首先操作人员选择需要装填数量规格，再次按下启动开按钮，与之对应的数量规格指示灯亮起，会给用户作为一个警惕提醒，防止选择出错。自动程序部分一如图4所示。

图4  自动程序部分一

②规格选择完毕后，皮带电机启动。

当选择规格后，系统程序将会启动，驱使电机进行动作，驱动皮带载着瓶具进行动作，此动作目的主要是将产品未填装瓶具准确的送到输料口的下方，从而进行物料装瓶。自动程序部分二如图5所示。

图5  自动程序部分二

1总结

依靠PLC为控制核心的自动物料装瓶控制系统能够可靠完成并且能够降低人力成本进而在原有经济基础上增添收益，对于操作人员来说能够降低工作中的意外伤害降低劳动量，对于使用单位来说能够增添经济收益，设备自动化程度提高，PLC拥有着极高的兼容性以及用户自定义性，用户可以根据不同的市场需求，可对生产程序进行修改或重新编译，从而适应不同的市场需求，使自身竞品大大增强，使生产过程的自动化程度大幅度提升，生产透明化、可视化。

参考文献：

[1] 叶王伟,王志明,华旗,龚思佳.基于PLC的自动物料检测运输装置设计[J].工业控制计算机,2019,32(03):139-140.

[2] 刘保朝.自动物料装瓶系统的设计[J].机床与液压,2017,45(15):86-88.

[3] 周志宏,周祺畅.基于PLC的自动化控制系统的配置及组态分析[J].时代汽车,2022(17):13-15.

项目：2023届毕业设计