PLC.触摸屏在铝塑泡罩包装机的整合应用

PLC 在铝塑泡罩包装机的应用

摘要:本文简述了铝塑泡罩包装机的工作原理，着重介绍了其中的温度控制，位置及计数据控制，热封补偿控制。并对控制系统作了说明。最后概略地讨论了泡罩包装机的工艺控制要求和控制相关问题。

关键词：制药包装机械 PLC 触摸屏 热电偶 温度模块 光电开关

1、铝塑泡罩包装机结构及原理

铝塑泡罩包装是目前制药行业中主要的产品包装方式之一，绝大部分片式成品药最后都需要经过此工序才能再包装成品在市场销售。其工作过程是将各种药片用PVC 成型包装于铝塑板上，适用于各种规格的片剂、胶囊、胶丸、素片及各种异型片。为实现大小形状各不相同药片的高速包装，要求控制系统具有高速、准确、协调的控制功能，但行程开关与继电器控制无法满足。通过使用三菱人机界面与PLC 应用正是符合这些要求的一个综合解决方案，在不作大的机械方面的改动而将复杂接触器控制改为PLC 控制。它可使包装效率达到15~35板/分钟， 铝塑泡罩包装机如图1

所示。

铝塑泡罩包装机的构架主要包括机架、预热成型装置、气动装置、上料充填装置、PVC 铝膜放卷及检测装置、热封装置、输送机、冲裁成型等机械装置；用热电偶和温检扩展模块构成温度控制部分，用欧姆龙光电开关与编码盘构成计数检测部分，用色标光电检测和机械执行机构构成热封补偿部分，用PLC 和触摸屏构成整机电气控制装置。外盖板均由不锈钢板构成，与药品接触的材料选用优质不锈钢，达到美观、卫生的要求。各部分如图2

所示结构。

整机以1.5KW 电机为动力，通过转臂行星磨擦无级变速调速，经机械传动链传动，实现整机各运动副-----泡罩成形、热封打批号、压制撕裂线、版块牵引、冲裁成型-----按要求同步运行。如图3所示包装过程示意图。

2、主要控制模块

根据以上机构分析得知，要实现预定的功能，有三个地方的控制极为关键。首先是加热板的温度控制；其次是要实现冲裁和压撕裂线等工序，它必须实现很好的位置控制；最后就是热封成型时要控制好成型泡与热封板保持一致。因此，本机构的主要控制就由温度控制模块，计数及位置检测控制模块和热封补偿模块三部分组成。

包装过程示意图 图3

2．1温度控制模块

温度控制模块主要由温度检测传感器和温控器组成。它用于预热成型和热封装置中。该装置由上、下加热板、成型模具和热封模具等部件构成，配合气动装置完成包装机的主要工序——吹泡成型和热封。基于热塑原理，吹泡成型要求其内部的温度控制于一定范围内。本系统中采用热电偶和三菱温控器扩展模块FX2N-4AD-TC ，可实现稳定的温度控制，使PVC 材料在热塑温度范围内正压吹气成型。

热电偶是工程上应用最广泛的温度传感器。 它构造简单, 使用方便, 具有较高的准确度、稳定性及复现性, 温度测量范围宽, 在温度测量中占有重要的地位。它是两种不同的导体（或半导体）组成一个闭合回路, 如图4所示的两种不同的导体或半导体的组合称为热电偶。 两个接点, 一个称工作端, 又称测量端或热端, 测温时将它置于被测介质中; 另一个称自由端, 又称参考端或冷端。

温度指 示仪表 图 4

在图4 所示的回路中, 所产生的热电势由两部分组成: 温差电势和接触电势。 实际应用中, 热电势与温度之间关系是通过热电偶分度表来确定的。分度表是在参考端温度为0℃时, 通过实验建立起来的热电势与工作端温度之间的数值对应关系。理论上讲, 任何两种不同材料的导体都可以组成热电偶, 但为了准确可靠地测量温度, 对组成热电偶的材料必须经过严格的选择。工程上用于热电偶的材料应满足以下条件: 热电势变化尽量大, 热电势与温度关系尽量接近线性关系, 物理、 化学性能稳定, 易加工, 复现性好, 便于成批生产, 有良好的互换性。目前本系统中采用的镍铬-康铜热电偶。热电偶的测量端直接接入三菱温控器扩展模块FX2N-4AD-TC ，其内置的放大及AD 电路会直接得到外部温度，产生相应的数据供上位机查询，上位机根据检测到的温度，利用相应的算法，直接对外部固态继电的控制，从而使得预热成型和热封成型的温度控制在一定的范围内。

2．2计数及位置检测部分

此部分最重要的传感器即为光电开关，它是一种利用感光元件对变化的入射光加以接收, 并进行光电转换, 同时加以某种形式的放大和控制, 从而获得最终的控制输出“开”、 “关”信号。 通过和PLC 高速计数通道计数，准确的控制各执行机构的动作时间点。

图4为典型的光电开关结构图。是一种透射式的光电开关, 它的发光元件和接收元件的光轴是重合的。 当不透明的物体位于或经过它们之间时, 会阻断光路, 使接收元件接收不到来自发光元件的光, 这样起到检测作用。当有物体经过时, 接收元件将接收到从物体表面反射的光, 没有物体时则接收不到。光电开关的特点是小型、高速、非接触, 而且与TTL 、 MOS等电路容易结合。用光电开关检测物体时, 大部分只要求其输出信号有“高-低”（1-0）之分即可。 图5是基本电路的示例。 （a ）、（b ）表示负载为CMOS 比较器等高输入阻抗电路时的情况, （c ）表示用晶体管放大光电流的情况。 用光电开关和机器主轴上安装的编码盘一起构成了旋转编码器，检测主轴旋转角度，并将信号反馈给PLC 的高速计数通道，PLC 再根据相应的检测数据，实现精确地控制吹泡成型、热封、牵引的电磁气阀的动作。

2．3 热封补偿模块

铝包机运行时会出现不同步现象，即PVC 成型后填充药片走至热封位置，PVC 泡点滞后热封成型下模凹位而压碎药片，药粉粘上网纹板，使产品报废。而上网纹板必须清理，这样会影响生产进度，设备维护人员也没有很好的办法来解决。通过安装色标光电检测PVC 成型泡与热封下模之间的位置和气动补偿执行机构，可以用来校对偏差，减少压泡，提高生产效率，并减少产品和原材料的损耗。附机械执行机构图6。控制模块中，传感器是关键点。

机械执行机构图6

2．3．1色标光电传感器

色标光电传感器采用光发射接受原理，发出调制光，接收被检测物体的反射光，并根据接收光信号的强弱来区分不同物体的色谱、颜色，来判别物体的存在与否。并在包装机械、印刷机械、纺织机械及造纸机械的自控系统中作为传感器与其它仪表配套使用，对色标或其它可作为标记的图案色块、线条，或对物体的有无进行检测，可实现自动定位、辩色、纠偏、对版、计数等功能。

2．3．2工作原理

不同颜色的物体对相同颜色的入射光具有不同的反射率，发光强度不变的同一色光，根据接收到的反射光信号的强弱，可辨别不同的色谱，或辨别物体的有无。传感器的工作原理（如图7图所示）：光源L 发出调制脉冲光，光电接收元件G 接收物体的反射光信号，并转换为电信号，然后经检波、放大、滤波、比较放大、驱动输出高低电平（开关）信号。

2．3．3灵敏度调整

当安装好传感器以后，将被检测物体放置于检测范围内，调整传感器, 使投射于被检测物体表面上的光点最清晰、最亮为止。检测灵敏度与被检测物表面的状况有关，如被检测物对光的漫反射能力，被测灵敏度与底色的色谱对比度等。

图 7

如果被检测面为镜面，检测不理想时（指底色与色标的灵敏度旋钮调节位置A 、B 两点，太靠近，视为不理想）可适当调整传感器和被检测面的倾斜度。

2．3．4检测控制原理

如左图所示，绿色部分为可正常热合时起泡点，色标光电

无法检测到信号；红色部分为泡点滞后的两种情况，当泡点

对准色标光电1时，调整其灵敏度，使对标1阀动作，执行

短补偿。当泡点对准色标光电2时，调整其灵敏度，使对标

阀2动作，执行长补偿。

3. 电气控制系统

3.1系统配置及说明

电气控制部分选用三菱F930GOT4.4触摸屏，单色，分辨率为240×80点高解像度显示屏；FX1N-40MT PLC主机；FX2N-4AD-TC 模块化温控器构成电气控制系统，并配以光电传感器和编码盘作为检测，各部件的有机组合，使控制精度及工作效率大大提高。用触摸屏作为人机对话的窗口，可以方便地对设备参数进行设置，能显示系统的相关运行参数值及检测状态，可对异常警报进行判断处理，方便管理，由PLC 系统控制整个设备的协调高速运行，PLC 与触摸屏通过RS232交换数据。铝塑泡罩包装机采用的电气配置：系统结构及原理图如图8、9所示。附录梯形图和指令表。

3.2触摸屏设计

采用三菱单色4.4寸触摸屏，高速CPU 可使页面切换更流畅，通讯速度更快，简明快洁的操作方式能够很好地满足现场使用。在程序中设置了手动模式和自动模式，并有系统参数调整，使整个设备操作简单易懂，操作方便，工作画面如图10所示。

图10工作画面

图11为为系统运行画面，在主画面上可完成牵引，加料、热合、启动补偿等各部分的操作。

图11系统主画面

系统参数设定画面如图12所示。在该画面中可以设置与系统运行相关的各种参数，包括上加热板温度、下加热板温度、热封温度等的设定。

图12参数设定画面对面

4 结束语

铝塑泡罩包装机控制系统改造前使用行程开关和、继电器线路检测控制，控制精度低，包装效率低，电路稳定差，故障率高。经技术改造后，其控制系统采用三菱触摸屏和PLC 可编程控制器、温控模块进行整合后，使设备更简单，整机性能得到极大的提高。这说明在工业设备控制系统中，单一产品的运用有时不一 定能满足生产设备各方面的性能要求，而经过多产品的整合应用，能满足生产需要。