摘 要
在科技迅猛发展的今天，人民生活水平也在逐步上升的同时，我们国家的医药包装行业却停滞不前，仍停留在使用继电器控制系统生产产品，然而这种控制系统却有着不可靠，线路极其复杂，出现故障问题难以解决的障碍。在现如今制药行业的高速发展和扩宽，人们对药品的质量、外观、卫生尤其看重，传统的控制系统已经不能跟上现代社会对医药品产品质量的迫切需求。因此为了顺应时代的潮流，对包装机不论是外在还是系统均要进行改良，要做到最基本的外观整齐，质量优良，生产便捷等。所以本篇论文即将介绍的是基于PLC控制系统的全自动袋成型药品包装机，这种PLC控制系统对我国医药品全自动包装机进行了有效的改善，从而使得药品包装机得到了显著的质量提升。 本文主要讲述了包装机的控制系统、工作流程、软件设计以及硬件设计。PLC的选型采用三菱FX2N系列PLC，用于实现全自动药品包装机的启动与停止，实现制袋-充填-封口-打印生产日期和有效日期-切断袋膜等功能，完成整个全自动包装机的自动化控制。可编程控制器(PLC)在自动化生产中起到了至关重要的作用，作为控制系统的核心装置得到了广泛的应用。本次设计的全自动包装机具有控制灵活、可靠性好、使用性强等特点，适用于大多数的自动化药品包装作业。关键词：PLC； 自动控制； 自动装填； 袋成型； 包装机
2 基于PLC全自动袋成型药品包装机系统的设计关键技术
2.1 PLC系统工作原理
在工作的过程中PLC是通过采取顺序循环的方式进行运行的。当PLC运行时，CPU会通过每个不同的用户的需求存放在用户存储盘里，让地址号可以进行有效的扫描工作，且切换命令没有呈现出来时，需要将每一个用户的流程进行运转，保证整个程序可以高效的完成。等到返回第一切换命令时，需要开始下一轮的扫描执行。在这个扫描工作的时间内，一定需要不断刷新输出信号命令以及对输入信号的采集。
PLC的整个周期性的扫描工作中必须包括：输入信号采样、程序执行、输出信号刷新这三个步骤[5]。
PLC在输入采样阶段：一开始就需要借助扫描的方法将传送锁存器里的信息和传送的有效数据进行高效地读取，同时存入相互联系的传送储存盘里，并且需要随时关闭传送的入口，然后就会进到指令执行的这个流程中了。
PLC在程序执行阶段：根据用户的不同需求我们需要执行相对应的程序命令，通过复杂的分析和处理后，得出的结果将会放在输出状态寄存器中，其中的内容也会随着程序的运行而发生改变。
输出刷新阶段：当所有程序中的命令全部完成时，PLC进入输出刷新阶段中，输出状态寄存器中的数据将传送到锁存器，在经过继电器输出用来使对应的模块进行动作。
总而言之，PLC的简要工作原理就是输入处理-程序处理-输出处理等三个部分，不停的循环上面的步骤，直到程序停止。下图就是PLC实现控制系统的要素，并且也可以看出PLC中的信息传递的空间关系。
图2-1 PLC工作流程图2.2 基于PLC全自动袋成型药品包装机的结构特点
我们在生活中看到的袋成型自动包装机大多都是用聚乙烯塑料、聚丙烯料、聚酯塑料（又称涤纶）、塑料膜镀铝及纸、玻璃纸等有热塑性的包材加热软化制成包装容器,在设备上自动制药品袋、供料称量、打印日期和切膜封口的自动包装设备，全自动药品包装机具备以下优点：
(1)结构硬件设计大大简化。不需要像以前一样花费大量的费用在电气元件上，PLC的内部寄存器可以用来实现复杂的控制逻辑，其内部多种辅助继电器可以用来编程用于取代传统继电器控制系统，并且其运行速度也远远高于继电器控制系统。同时在需要更改控制逻辑时，只需要修改其软件编程；
(2)使系统智能化。虽然成本比传统的继电器控制稍高一些，但是后续无需再花费费用在继电器上，具有扩展模块，方便扩展，并且由于系统程序是可复制的，所以批量生产也是可以实现的，使用PLC控制系统，出现故障的几率也大大降低，通常在系统出现问题时，机器可以自动急停断电；
(3)结构动作精确化。在生产过程中，由于使用了光电开关和接近开关，可以实时监测系统动作的进程，让每一步动作都精确在最佳位置和时机，使系统中制袋、供料、称量、打印、切袋等精度都有所提高；
(4)可靠性高。传统继电器触点已松动和损坏，因此采用PLC无触点的电子电路，用其存贮器内的数据来代替触点，体积小，寿命长，还有自检功能，能够实现在系统出现故障时断电急停，并且能够诊断分析问题出现的原因，通过修改其软件编程解决问题。袋成型全自动包装机的结构原理如下图所示：
图2-2 袋成型自动包装机的结构原理图
3 基于PLC全自动袋成型药品包装机系统的硬件设计
3.1 硬件配置
硬件系统中包含中央处理单元、输入输出（I/O）扩展单元、控制面板、控制元件、检测元件、以及执行元件等几部分[8]。根据操作面板上显示的数据，能够得出操作人员的在工作时的具体指令还能确认机器此时此刻的状态到达哪一步了；检测元件在相对应的地方对物料发出信号，物料即可开始投放称量，同时还可以检测设备运行的各个动作的完成情况；然后根据PLC在自动循环的过程中，经过扫描对输入信号进行采集和对输出信号的刷新来确定梯形图像的逻辑关系，用于更换输出点的运行状态，然后通过交流接触器和电磁阀的来掌握电动机的开始和暂停，从而实现对物料供料称量到包装排出整个过程的控制。系统硬件配置结构如图所示：
图3-1 系统硬件配置3.2 操作面板的设计
为了有效的控制药品包装机系统的运行状态和对包装机需求的分析，因此需
要将选择开关和PLC控制程序结合起来，使用8个手动按钮来实现各个操作的完成，指导操作人员实现PLC程序控制对各个操作画面的相互切换，确定系统的工作过程和开关的工作方式，并且可以实现对系统的控制。在PLC控制系统开始作用各个模块动作时，按下“负载电源”，给整个系统通电，并实现自锁功能，同时给负载元件也通入交流电，如果发生紧急故障，能够靠切断plc的负载电源来控制交流接触器来断开负载电源。
图3-2 操作面板图
4 基于PLC全自动袋成型药品包装机系统的软件设计
4.1 步进指令编程的介绍
每一个状态是否动作都由对应的控制元件来控制，为保证生产过程在顺序控
制过程中有秩序的按步进行，则需要步进指令来实现。袋成型全自动药品包
装机系统的软件设计是由程序流程图和程序梯形图组成，程序流程图包括系统主程序流程图、自动回原点流程图和自动程序流程图，程序梯形图含有初始化程序梯形图、手动程序梯形图、自动回原点程序梯形图及自动程序梯形图。驱动程序控制系统，依照设计要求执行动作，在程序梯形图设计中，要斟酌每个部分需要完成的功能。对于复杂的控制需求可以使用步进指令（STL/RET），步进梯形指令STL只有与FX系列PLC的状态继电器S配合才能编写顺序控制程序。S10（不包括S10）之前的触点被用于初始步的设置，S10（包括S10）之后被用于自动返回原点的设置。STL触点是指STL指令状态继电器常开的触点，它是一种没有动段的触点，用STL触点表示的作用有对负载的驱动、指定转换目标的能力和指定转换条件的设置[16]。
步进指令的使用说明：
1）STL触点是与左侧母线相连的动合触点，起主控和跳转的作用，某个STL触点接通，则对应的状态为流动步；
2）LD指令或者LDI指令被用于和STL触点相连，只需STL后加上RET指令，才表示指令作用完毕，LD触点前往左侧母线；
3）STL触点能够直接或者通过另外的触点来使Y、M、S、T等元件的线圈运转；
4）基于PLC仅仅局限于实施流动步对应的电路块，因此相同元件的线圈能够由不同STL触点驱动，应用STL指令时容许双线圈输出；
5) STL触点驱动的电路块中不能使用MC和MCR指令，但可以利用CJ指令[17]。
4.2 控制系统的主程序
在下面的流程图中是可以实现系统各个部分功能的子程序，依次能够实完成系统初始化程序的设置、手动程序的设置、自动回原点程序的设置和自动程序的设置，把以下程序结合在一起就能够完成多种工作模式的变化，这些模式包括手动模式、回原点模式、单步模式、单周期模式和连续模式，该系统的主程序流程图如图4-1所示。
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