劉建（廣東省高級(jí)技工學(xué)校，廣東惠州516100）

制藥廠灌封機(jī)電氣改造

劉建
（廣東省高級(jí)技工學(xué)校，廣東惠州516100）

介紹如何對(duì)某制藥廠進(jìn)口灌封機(jī)進(jìn)行電氣改造。詳細(xì)介紹整個(gè)改造方案，如何選擇電氣元件，改造方法和實(shí)施步驟，重點(diǎn)介紹改造過程中遇到的問題以及解決問題的方法。該改造案例對(duì)于自動(dòng)化設(shè)備PLC程序丟失如何解決具有參考意義。

灌封機(jī)；編碼器；改造；PLC

1　改造項(xiàng)目的提出

某制藥廠有一臺(tái)德國(guó)進(jìn)口的灌封機(jī)故障。該灌封機(jī)是對(duì)某品牌的藥膏進(jìn)行封裝，有10 g和30 g兩種規(guī)格?，F(xiàn)在正常操作機(jī)器，機(jī)器沒有任何反應(yīng)?？刂圃O(shè)備的PLC是施耐德TSX3722101，通過觀察PLC的輸入輸出信號(hào)燈，發(fā)現(xiàn)有輸入信號(hào)，沒有任何輸出信號(hào)，然后分析報(bào)警指示燈，綜合得出結(jié)論為PLC程序丟失。制藥廠沒有將PLC數(shù)據(jù)備份，也沒有任何資料可以參考，只能進(jìn)行改造，重新設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)，編寫調(diào)試程序。

2　改造方案

施耐德TSX3722101的PLC是原裝進(jìn)口，手頭沒有任何相關(guān)的資料，灌封機(jī)為典型的凸輪機(jī)械，用到高速計(jì)數(shù)器，通過人機(jī)界面可以設(shè)定數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)變頻器的頻率，用到模擬量D/A輸出模塊。沒有施耐德PLC的通訊線、編程軟件、資料，對(duì)它又不熟悉，客戶催的很急，保留原PLC的方案比較難實(shí)現(xiàn)，為此制定改造方案將施耐德PLC更換為三菱FX型PLC，同時(shí)將模擬量D/A輸出模塊更換成三菱的，把人機(jī)界面換成顯控SA-3.5A。

3　電氣元件選擇

3.1最初選擇

原施耐德PLC輸入輸出各32點(diǎn)，帶兩路專用模擬量輸出模塊控制變頻器調(diào)速，還有一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。施耐德PLC屬于歐洲版本的，輸入內(nèi)部都不含電源，需要外接電源，而且輸入公共端子可以接電源正極，也可以接電源負(fù)極，控制設(shè)備有步進(jìn)電機(jī)，推斷輸出類型為晶體管，所以PLC選定FX3U-64MT-001，模擬量輸出模塊為FX2N-4DA，人機(jī)界面為顯控SA-3.5A。

3.2修正方案

（1）解決技術(shù)問題要從最難的問題開始，不解決最難點(diǎn)最重要的問題，整個(gè)技術(shù)改造將無法完成，帶著FX3U-64MT-001三菱PLC到制藥廠，準(zhǔn)備先搞清步進(jìn)電機(jī)的控制過程。常規(guī)兩相步進(jìn)電機(jī)控制如圖1所示，步進(jìn)電機(jī)由步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器有脈沖、脫機(jī)、方向三個(gè)信號(hào)，脈沖信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，脫機(jī)信號(hào)確定步進(jìn)電機(jī)是否受步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器控制，方向信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。由于脈沖信號(hào)開關(guān)通斷的頻率非常高，而且要求通斷信號(hào)平穩(wěn)，所以控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的控制器信號(hào)如圖1所示用晶體管做開關(guān)，所以選擇了三菱晶體管T輸出的PLC。

圖1　常規(guī)兩相步進(jìn)電機(jī)控制

（2）通過編寫程序用FX3U-64MT-001的PLC對(duì)灌封機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制發(fā)現(xiàn)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器只有兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，另一個(gè)信號(hào)控制步進(jìn)電機(jī)停止，兩者都存在的時(shí)候，停止優(yōu)先。因此，控制器的信號(hào)采用如圖2所示機(jī)械開關(guān)也可以。

圖2　常規(guī)兩相步進(jìn)電機(jī)控制

（3）通過分析得出灌封機(jī)的施耐德TSX3722101的PLC輸入部分如圖3左半部分所示，對(duì)比三菱FX3U-64MT輸入部分如圖4左半部分所示，它們結(jié)構(gòu)一樣，可以相互替換。但是兩者的輸出結(jié)構(gòu)不一樣，施耐德TSX3722101輸出公共部分為接電源的正極，三菱FX3U-64MT輸出公共部分只能接電源負(fù)極。從兩者的輸出來看，選擇三菱晶體管T的PLC并不合適，應(yīng)該選擇三菱FX3U-64MR繼電器的PLC。

圖3　常規(guī)兩相步進(jìn)電機(jī)控制

圖4　常規(guī)兩相步進(jìn)電機(jī)控制

（4）由于一些原因，沒辦法立即購(gòu)買到三菱FX3U-64MR繼電器的PLC。公司倉(cāng)庫(kù)有一臺(tái)三菱FX2N-64MR繼電器的PLC，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示，與FX3U-64MR相比，F(xiàn)X2N-64MR輸入X內(nèi)部含電源，拆開PLC，將主板上面短接片更改位置，得出如圖6所示的內(nèi)部接線圖，滿足了灌封機(jī)外部接線改造的要求，最終根據(jù)實(shí)際情況選擇了三菱FX2N-64MR繼電器輸出型PLC。

圖5　常規(guī)兩相步進(jìn)電機(jī)控制

圖6　常規(guī)兩相步進(jìn)電機(jī)控制

4　項(xiàng)目實(shí)施

4.1分析變頻器控制

灌封機(jī)有兩個(gè)變頻器，一個(gè)控制上空管的速度，另一個(gè)控制主電機(jī)調(diào)速，確定整個(gè)設(shè)備生產(chǎn)藥膏的速度。兩個(gè)變頻器速度都通過人機(jī)界面設(shè)定的數(shù)字而改變。通過分析可知，兩個(gè)變頻器的控制模式相同，變頻器的啟動(dòng)停止由外部端子控制，頻率的調(diào)節(jié)通過外部的模擬電壓（DC0～10 V）調(diào)節(jié)。灌封機(jī)用PLC輸出繼電器控制變頻器的啟停，用模擬量輸出模塊輸出0～10 V的電壓調(diào)節(jié)變頻器的頻率控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。

4.2更換PLC與人機(jī)

通過前面一系列的實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)知道PLC如何控制灌封機(jī)，了解了輸入信號(hào)的方式和輸出信號(hào)的方式以及變頻器、步進(jìn)電機(jī)的控制過程，將原PLC拆除，更換為三菱FX2N-64MR繼電器輸出型PLC。由于原人機(jī)界面沒有軟件，同時(shí)也沒有和三菱PLC的通訊線，人機(jī)界面也一同更換，將原人機(jī)界面拆除，在其面板上開出孔，安裝新的人機(jī)界面。

4.3分析輸入輸出分配

輸入信號(hào)通過一個(gè)人按面板按鈕或讓傳感器動(dòng)作，另一個(gè)人觀察PLC輸入燈的亮滅來查找。通過PLC編程軟件強(qiáng)制的輸出，看機(jī)器實(shí)際的動(dòng)作來分析輸出信號(hào)分配，但是尤其要注意的是，任何時(shí)候只能讓一個(gè)輸出工作，以免出現(xiàn)事故，這是非常關(guān)鍵的。

4.4編寫調(diào)試程序

編寫和調(diào)試程序要注意方法，注意先后順序，逐步實(shí)施。先編寫上空管的程序，讓上料機(jī)構(gòu)能順利上料，然后編寫調(diào)試主電機(jī)程序，再編寫送藥程序，最后讓各個(gè)部分聯(lián)合起來調(diào)試。調(diào)試的時(shí)候先用很低的速度，確保各個(gè)機(jī)構(gòu)的安全。

4.5制作人機(jī)畫面

人機(jī)畫面比較簡(jiǎn)單，只做了三個(gè)畫面，一個(gè)是系統(tǒng)進(jìn)入畫面，一個(gè)是參數(shù)設(shè)定畫面，最后一個(gè)是報(bào)警畫面。畫面制作要注意使用的各個(gè)元件的地址、數(shù)據(jù)類型與PLC使用的元件一致。

5　難點(diǎn)的問題

（1）高速計(jì)數(shù)器與編碼器

灌封機(jī)是典型的凸輪加編碼器聯(lián)合控制的機(jī)械設(shè)備。大部分的動(dòng)作由凸輪直接控制，有些結(jié)構(gòu)不便安裝凸輪，為了簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，在設(shè)備中安裝一個(gè)與主軸同步旋轉(zhuǎn)的編碼器，由其發(fā)信號(hào)給PLC，PLC根據(jù)主軸旋轉(zhuǎn)的角度發(fā)信號(hào)控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作。由于編碼器軸與主軸同步旋轉(zhuǎn)，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)速度快時(shí)，編碼器發(fā)出的信號(hào)也加快，PLC控制灌封機(jī)動(dòng)作的速度也加快，使所有的動(dòng)作協(xié)調(diào)同步。由于普通的計(jì)數(shù)器受PLC輸入濾波和掃描周期的影響，編碼器信號(hào)必須由PLC高速計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。

（2）高速計(jì)數(shù)器中斷

灌封機(jī)受編碼器控制的動(dòng)作有5個(gè)，每個(gè)動(dòng)作有啟動(dòng)和停止信號(hào)，總共有10個(gè)信號(hào)，但是三菱FX2N-64MR PLC高速置位、高速?gòu)?fù)位總共才6個(gè)。為此不用高速置位、高速?gòu)?fù)位，選用高數(shù)計(jì)數(shù)器中斷，每個(gè)中斷程序中可以有多個(gè)輸出Y的處理。

6　小結(jié)

快速實(shí)現(xiàn)進(jìn)口灌封機(jī)的電氣化改造，將原PLC和人機(jī)界面更換掉，在硬件上增加了一定的成本，但是改造總共時(shí)間只花掉四天，節(jié)省了大量的時(shí)間，減少了因停機(jī)造成的損失。該項(xiàng)目的順利實(shí)施，為不同PLC控制的設(shè)備改造和凸輪加編碼器聯(lián)合控制的設(shè)備改造提供了借鑒。

［1］劉建.機(jī)電一體化快速學(xué)習(xí)教程［M］.北京：九州出版社，2014.

(編輯：王智圣)

ElectricalRenovation of Pharmaceutical Factory Filling and Sealing M achine

LIU Jian
（Guangdong Province Technician College，Huizhou516000，China）

Electrical renovation ofan importpottingmachine in a pharmaceutical factory is introduced.Details of thewhole reconstruction scheme，how to choose the electrical components，modificationmethodsand implementation steps，focuseson the problemsencountered in reconstruction and themethods to solve the problems.The retrofit case has importantsignificance forhow to solve automation equipment PLC program loss.

fillingand sealingmachine；encoder；reform；PLC

TP27

A

1009－9492(2015)04－0105－03

10.3969/j.issn.1009-9492.2015.04.028

2014－10－23

劉建，男，1983年生，湖南安鄉(xiāng)人，大學(xué)本科，一級(jí)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師。研究領(lǐng)域：機(jī)電設(shè)備設(shè)計(jì)、維修、改造。已發(fā)表論文3篇。