徐忠華

摘 要：正大豐海于2011年引進(jìn)一臺(tái)KGS10/5-X3抗生素灌裝加塞機(jī)，該設(shè)備在完成灌裝加塞后，只能手動(dòng)將加塞后的瓶子，用刮板移到凍干專用框格內(nèi)，不但很容易出現(xiàn)倒瓶現(xiàn)象，還將對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生二次污染，造成消耗浪費(fèi)，也很難滿足新版GMP對(duì)無(wú)菌分裝的要求，為節(jié)約成本，降低能耗，我們采用PLC控制氣缸推桿，推動(dòng)西林瓶進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)框功能，可有效地降低成品藥及包材的消耗，實(shí)現(xiàn)“控本降耗”的目的。

關(guān)鍵詞：抗生素灌裝加塞機(jī)；PLC；氣缸

中圖分類號(hào)：TH13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

KGS10/5-X3抗生素灌裝加塞機(jī)，是楚天科技研發(fā)的集洗瓶、烘干滅菌、灌裝加塞、冷凍干燥、軋蓋、包裝等凍干粉針聯(lián)動(dòng)線之一，由于當(dāng)時(shí)我們選用的不是全自動(dòng)生產(chǎn)線，從灌裝半加塞后出來(lái)的西林瓶，只能用人工進(jìn)行操作，首先用刮板將瓶子刮到專用的抽屜，再套入框格，然后放到轉(zhuǎn)移小車轉(zhuǎn)入凍干箱進(jìn)行冷凍干燥。以上所有的操作要求都是在A級(jí)潔凈區(qū)域中完成，如果出現(xiàn)倒瓶或者膠塞脫落現(xiàn)象，都不能將產(chǎn)品帶進(jìn)下一道工序，否則生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品將會(huì)存在很大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，甚至?xí)霈F(xiàn)安全事故。同時(shí)也不能滿足新版GMP無(wú)菌分裝的要求。

因此，我們對(duì)此進(jìn)行改進(jìn)，采用PLC控制系統(tǒng)，利用氣缸推瓶進(jìn)框，減少人為干預(yù)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)初始狀態(tài)為：A氣缸通電后將推桿推出等待，用閘門將一側(cè)封閉，使加塞后的西林瓶往另一側(cè)移動(dòng)，并經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)裝置進(jìn)行計(jì)量，當(dāng)加塞后的瓶子達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，通過(guò)光纖檢測(cè)到信號(hào)傳送到PLC控制系統(tǒng)，當(dāng)控制系統(tǒng)得到指令時(shí)，A氣缸首先縮回到初始狀態(tài)后，B氣缸推出，將加塞后的西林瓶緩緩的送入到專用抽屜，并停止等待計(jì)數(shù)器再次計(jì)數(shù)到設(shè)定值后，推桿方可縮回，A氣缸再將瓶子推出后繼續(xù)等待信號(hào)的輸入，如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)。氣缸分為左右兩套，交替使用且不影響出瓶速度。如果生產(chǎn)不同規(guī)格的西林瓶，可利用撥檔開(kāi)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換成所需要推瓶的數(shù)量。

一、擬改進(jìn)的方案分析

原來(lái)瓶子分到兩邊時(shí)，是人工用刮板將瓶子護(hù)送到專用抽屜內(nèi)，現(xiàn)在用氣缸代替人工操作，并增加來(lái)瓶檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)推瓶數(shù)量。當(dāng)A（左）氣缸執(zhí)行命令時(shí)，瓶子會(huì)自動(dòng)進(jìn)入B氣缸區(qū)域內(nèi)，并鎖定B氣缸不能工作，只有A氣缸回到初始位置后，B氣缸方可執(zhí)行推出命令。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主要包括3個(gè)部分：檢測(cè)部分、程序部分和執(zhí)行關(guān)斷部分。

1 檢測(cè)計(jì)數(shù)部分：設(shè)計(jì)考慮當(dāng)瓶子達(dá)到一定數(shù)量時(shí)（根據(jù)生產(chǎn)規(guī)格大小，利用撥檔開(kāi)關(guān)選擇設(shè)定來(lái)瓶的數(shù)量），計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)來(lái)瓶數(shù)量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，將檢測(cè)到的信號(hào)送到PLC后，再由執(zhí)行機(jī)構(gòu)將瓶子推入抽屜，同時(shí)計(jì)數(shù)器清零，重新計(jì)數(shù)，進(jìn)入下道程序，對(duì)于光電傳感器安裝的位置是否恰當(dāng)、信號(hào)檢測(cè)與瓶子距離等都要反復(fù)調(diào)整，既不能誤檢，同時(shí)也不能漏檢，保證計(jì)量信號(hào)的準(zhǔn)確性。

2 程序設(shè)計(jì)：需要考慮到推瓶的數(shù)量，不宜太多也不要太少，為了計(jì)數(shù)準(zhǔn)確，瓶子只能往一邊走。因此上電后，A氣缸直接將推桿伸出，等待來(lái)瓶計(jì)數(shù)，當(dāng)來(lái)瓶數(shù)量達(dá)到設(shè)定值時(shí)，伸出的氣缸開(kāi)始動(dòng)作，推桿縮回到初始位置后，B氣缸方可進(jìn)行推瓶，并等待計(jì)數(shù)周期完成，有信號(hào)后才能返回，要保證兩邊的氣缸不能同時(shí)動(dòng)作，以防止出來(lái)的瓶子無(wú)法移動(dòng)而產(chǎn)生軋瓶，影響生產(chǎn)。當(dāng)計(jì)數(shù)器再次計(jì)量到規(guī)定值時(shí)，B氣缸縮回到初始狀態(tài)后，A氣缸再執(zhí)行命令，循環(huán)進(jìn)行，始終要保持通道順暢，使得加塞后的西林瓶正常分出。

3 執(zhí)行關(guān)斷部分設(shè)計(jì)：當(dāng)氣缸推桿伸出時(shí)，不能讓分出的西林瓶任意往兩邊走，如果有瓶被分流到工作氣缸推桿的后面，那將會(huì)出現(xiàn)瓶子被返回的推桿帶到氣缸外圍，外圍的瓶子始終都不會(huì)再次被推桿送到裝瓶抽屜。所以要在氣缸推桿的同時(shí)，將內(nèi)側(cè)也就是靠分瓶口的地方加上關(guān)閉閥門，并使閥門與氣缸同步運(yùn)動(dòng)，當(dāng)推桿縮回時(shí)，關(guān)閉閥門一同縮回。

三、硬件選擇

1 PLC

FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進(jìn)的系列，它以最大范圍的包容了標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn)、程式執(zhí)行更快、全面補(bǔ)充了通信功能，適合各地不同電源以及滿足單個(gè)需要的大量特殊模塊，它可以為工廠自動(dòng)化應(yīng)用提供最大的靈活性和控制能力。并且有在線編輯功能，可在線改變程序，不會(huì)損失工作時(shí)間或停止生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)，面板運(yùn)行/停止，開(kāi)關(guān)易于操作，編程軟件可以通過(guò)調(diào)制解調(diào)器通訊來(lái)監(jiān)控、上傳或卸載程序，實(shí)行遠(yuǎn)程維護(hù)等。

2 檢測(cè)開(kāi)關(guān)

選擇光電開(kāi)關(guān)作為檢測(cè)來(lái)瓶信號(hào)，它對(duì)檢測(cè)物體不限于金屬、橡膠等，所有能反射光線的物體均可被檢測(cè)，具有體積小、功能多、壽命長(zhǎng)、精度高、響應(yīng)速度快、檢測(cè)距離遠(yuǎn)以及抗光、電、磁干擾能力強(qiáng)?？勺鳛槲镂粰z測(cè)、液位控制、產(chǎn)品計(jì)數(shù)、寬度判別、速度檢測(cè)、定長(zhǎng)剪切、孔洞識(shí)別、信號(hào)延時(shí)、自動(dòng)門傳感、色標(biāo)檢出、沖床和剪切機(jī)以及安全防護(hù)等諸多領(lǐng)域。

3 氣動(dòng)電磁閥

為滿足氣缸伸出與縮回的需要，二位五通電磁閥配合使用在雙作用氣動(dòng)閥門上，當(dāng)線圈通電或斷電時(shí)，磁芯的運(yùn)轉(zhuǎn)將導(dǎo)致流體通過(guò)閥體或被切斷，以達(dá)到改變流體方向的目的。我們選擇的是盛達(dá)氣動(dòng)SDPC，盛達(dá)電磁閥，型號(hào)： 4V 310-080.15MPa～0.8MPa，單向二位五通氣動(dòng)電磁閥。

4 推瓶氣缸

氣缸選擇體積不宜過(guò)大，行程適中：可選TN20*200S/雙作用氣缸指，兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)的雙桿氣缸，氣壓在0.15MPa～0.8MPa，配備可以調(diào)整壓力大小的氣嘴接口，使推桿速度不宜太快，確保出瓶平穩(wěn)。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

1 PLC程序流程圖設(shè)計(jì)

在機(jī)器正常運(yùn)行中，由光纖檢測(cè)到有來(lái)瓶信號(hào)，PLC根據(jù)來(lái)瓶信號(hào)的數(shù)量，推動(dòng)所相應(yīng)的的氣缸進(jìn)行同步推瓶。如出現(xiàn)異常情況后，可按下急停按鈕，所有程序?qū)⒔K止，以保證系統(tǒng)的安全可靠性。其具體工作流程如圖1所示。

2 控制

我們選用一個(gè)啟動(dòng)按鈕、一個(gè)急停按鈕、一個(gè)計(jì)數(shù)檢測(cè)和一個(gè)撥檔轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。當(dāng)自動(dòng)控制系統(tǒng)PLC有輸出時(shí)，電磁閥得電，二位五通電磁閥一端接通氣源到氣缸下端，氣動(dòng)將推桿推出。同時(shí)氣缸上端氣體經(jīng)二位五通電磁閥的另一端排出，當(dāng)電磁閥失電時(shí)，原來(lái)接通氣源的閥門關(guān)閉并排空，而原來(lái)排空的閥門將進(jìn)入氣體送到氣缸的上端，將氣缸推桿縮回。生產(chǎn)小規(guī)格計(jì)數(shù)設(shè)定值為30瓶起推，生產(chǎn)大規(guī)格計(jì)數(shù)設(shè)定值為20瓶起推?？衫棉D(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)進(jìn)行選擇需要推瓶的數(shù)量，當(dāng)按下啟動(dòng)按鈕時(shí)，左邊氣缸推桿直接伸出，一是讓瓶子進(jìn)入右邊區(qū)域，二是等待來(lái)瓶計(jì)數(shù)，當(dāng)達(dá)到設(shè)定的數(shù)量時(shí)，氣缸縮回初始位置后，右邊氣缸才能開(kāi)始推瓶，并等待來(lái)瓶信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，同樣讓來(lái)瓶進(jìn)入到左邊區(qū)域，來(lái)瓶數(shù)量條件滿足后縮回起始位置，另一氣缸方可工作，循環(huán)進(jìn)行。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，操作人員可按下停止按鈕，氣缸將會(huì)全部停止工作，確保設(shè)備操作安全。工作氣缸須動(dòng)作完成并將返回到初始狀態(tài)后，感應(yīng)到信號(hào)的另一氣缸才能進(jìn)行動(dòng)作，兩只氣缸必須進(jìn)行互鎖，達(dá)到自動(dòng)推瓶功能。

結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用了信號(hào)計(jì)數(shù)周期反復(fù)循環(huán)功能，周而復(fù)始，對(duì)氣缸實(shí)行交替使用自動(dòng)控制，同時(shí)也方便操作人員有充足的時(shí)間進(jìn)行周轉(zhuǎn)進(jìn)箱，滿足運(yùn)行操作的動(dòng)作幅度不宜過(guò)大，以保證潔凈區(qū)域內(nèi)懸浮粒子和浮游菌不易超標(biāo)。還根據(jù)不同產(chǎn)品規(guī)格，對(duì)氣缸推瓶的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，不會(huì)出現(xiàn)因規(guī)格不同，使推瓶的體積和力度發(fā)生太大的變化。對(duì)相應(yīng)需要的推瓶數(shù)量可利用撥檔開(kāi)關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。經(jīng)過(guò)程序調(diào)試運(yùn)行，成功地實(shí)現(xiàn)了由手工操作變成自動(dòng)操作功能，并且為防止藥品的污染，起到關(guān)鍵性的作用。

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