李金萍　王飛飛　房妤

摘要：系統(tǒng)的重點(diǎn)是自動(dòng)注取液體和保證無(wú)泄漏，在工作時(shí)能夠快速、準(zhǔn)確地控制角度和量，且穩(wěn)定運(yùn)行。文章對(duì)無(wú)泄漏自動(dòng)注入系統(tǒng)的控制方案進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：無(wú)泄漏；自動(dòng)注??；PLC

1系統(tǒng)概述

整個(gè)系統(tǒng)的重點(diǎn)是自動(dòng)注取液體和保證無(wú)泄漏。對(duì)于本研究的設(shè)計(jì)方案，由于其端口較多，控制要求較高，所以選用PLC作為其控制器。PLC建立柔性的程控系統(tǒng)，具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。為操作方便，系統(tǒng)采用觸摸屏為人機(jī)接口。

2方案構(gòu)想

根據(jù)系統(tǒng)注入要求的分析，本文提出一些相應(yīng)的解決方案：PLC作為整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，它會(huì)收到來(lái)自光電感應(yīng)器發(fā)出的信號(hào)，判斷取液工位上是否有可以使用的原料瓶，還要接收來(lái)自注取液工作平臺(tái)的位置和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的反饋信號(hào)，以及須注入藥液發(fā)生罐的位置反饋信號(hào)。它向每一個(gè)運(yùn)動(dòng)部件發(fā)出運(yùn)動(dòng)指令，控制其運(yùn)動(dòng)量，以達(dá)到一定精度的定位和定量。定位方案所用器材：PLC：西門(mén)子S7-224xpcn及USB下載電纜。編程及仿真用軟件為V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3。系統(tǒng)控制原理如圖1所示。

3系統(tǒng)控制流程

系統(tǒng)控制流程如圖2所示。

系統(tǒng)工作流程如下：

（1）由工作人員將密封好的裝有將要注入的藥劑的藥瓶安裝到藥瓶夾座上，由傳感器檢查到是否安裝好，安裝好后向系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)完成信號(hào)。

（2）由注入系統(tǒng)的上級(jí)工控機(jī)或人工向注入系統(tǒng)發(fā)出注入工位號(hào)n，并指定加入某個(gè)藥劑瓶號(hào)m。

（3）注入裝置的PLC系統(tǒng)接到指令對(duì)指令進(jìn)行處理，發(fā)出指令使X方向和Z方向的工作，對(duì)系統(tǒng)的兩個(gè)方向進(jìn)行基點(diǎn)對(duì)正，這個(gè)對(duì)正過(guò)程的程序事先已經(jīng)寫(xiě)入了PLC系統(tǒng)。

（4）基點(diǎn)對(duì)正后，再由PLC系統(tǒng)的發(fā)出注入的指令，這時(shí)z方向的步進(jìn)電機(jī)保持自鎖不動(dòng)，以確保Z方向上的位置不變。而星型撥輪上的步進(jìn)電機(jī)接到指令開(kāi)始工作，驅(qū)動(dòng)星型撥輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而星型撥輪整體轉(zhuǎn)動(dòng)到指定的藥瓶到注入位置，向系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)完成信號(hào)。而X方向上的步進(jìn)電機(jī)接到指令開(kāi)始工作，驅(qū)動(dòng)X方向上的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而推動(dòng)滑臺(tái)整體移動(dòng)到指定的注入位置。這個(gè)注入的位移由系統(tǒng)程序計(jì)算完成，由所選用的絲杠的導(dǎo)程、基點(diǎn)設(shè)置位置、注入位置和與基點(diǎn)之間的距離，步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角來(lái)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的總脈沖數(shù)。這樣由程序發(fā)出X電機(jī)總的進(jìn)給脈沖數(shù)，在沒(méi)有失步的情況下就能精確地完成走到指定的X方向注入位置的任務(wù)。

（5）當(dāng)X方向步進(jìn)驅(qū)動(dòng)絲杠帶動(dòng)滑臺(tái)走到指定的注入位置指令完成后，有一個(gè)反饋信號(hào)，X方向的上進(jìn)電機(jī)自鎖，將X方向絲杠固定到確定的位置。PLC系統(tǒng)接收到X方向進(jìn)給指令完成信號(hào)后，發(fā)出下壓動(dòng)作信號(hào)。系統(tǒng)發(fā)出指令讓空氣泵工作，接著發(fā)出控制下壓空氣回路的電磁閥的打開(kāi)指令。下壓氣缸就在空氣壓力下帶動(dòng)瓶夾向下運(yùn)動(dòng)，完成取液針刺穿瓶塞動(dòng)作。電磁閥的打開(kāi)指令保持，過(guò)程完成后，向PLC系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)信號(hào)指令。

（6）系統(tǒng)接收到指令后進(jìn)行注入藥劑過(guò)程。PLC系統(tǒng)發(fā)出Z方向進(jìn)給指令，Z方向步進(jìn)電機(jī)工作，驅(qū)動(dòng)Z方向絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)Z方向上的滑臺(tái)整體向下移動(dòng)。Z方向滑臺(tái)上安裝固定的注針和藥瓶夾座的相對(duì)位置不變。這個(gè)Z方向的注入位移由系統(tǒng)程序計(jì)算完成，由所選用的絲杠的導(dǎo)程、基點(diǎn)設(shè)置位置、發(fā)生池內(nèi)密封橡膠到Z方向基點(diǎn)之間的距離，步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角來(lái)計(jì)算步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給脈沖數(shù)，此次進(jìn)給的Z向步進(jìn)電機(jī)的總的進(jìn)給脈沖數(shù)。由PLC系統(tǒng)發(fā)出，進(jìn)給過(guò)程完成后，Z方向步進(jìn)電機(jī)自鎖，Z向絲杠也被固定。

（7）當(dāng)注針的下端注入發(fā)生池內(nèi)后，打開(kāi)密封的話，就會(huì)因發(fā)生池內(nèi)原來(lái)由真泵產(chǎn)生的負(fù)壓力，將藥劑由藥瓶?jī)?nèi)主動(dòng)的向發(fā)生池出吸入，在此同時(shí)由系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)指令將與通氣針管相連的通氣閥打開(kāi)，并同時(shí)通入一個(gè)較小的氣壓，以幫助藥劑更充分順利地注入。

（8）此過(guò)程完畢之后，藥劑的注入也隨之完成。注入達(dá)到3分鐘后，由PLC系統(tǒng)發(fā)出退針指令，啟動(dòng)Z向步進(jìn)電機(jī)，Z向步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。此時(shí)Z向絲杠帶動(dòng)Z向上的滑臺(tái)、藥瓶及注針一起退回到Z向上的基點(diǎn)位置，注針退出發(fā)生池的藥罐內(nèi)的單向密封接頭后，單向密封接頭彈性恢復(fù)力將這個(gè)注針孔密封。

（9）當(dāng)退回到基點(diǎn)位置后，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)指令。

（10）系統(tǒng)接到信號(hào)，發(fā)出指令啟動(dòng)X方向的步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)絲杠，帶動(dòng)X向滑臺(tái)及整個(gè)注入機(jī)構(gòu)一起向X向的基點(diǎn)退回（消除傳動(dòng)副累積誤差），當(dāng)退回到X向基點(diǎn)對(duì)齊時(shí)，X向步進(jìn)電機(jī)停止反轉(zhuǎn)，變?yōu)檎D(zhuǎn)。

（11）反轉(zhuǎn)完成，對(duì)準(zhǔn)X向基點(diǎn)后，X向電機(jī)就正轉(zhuǎn)。進(jìn)入清洗藥瓶的過(guò)程，進(jìn)行清洗藥瓶的X向進(jìn)給。這個(gè)清洗的進(jìn)程由系統(tǒng)程序計(jì)算完成，由所選用的X向絲杠的導(dǎo)程、基點(diǎn)設(shè)置位置、清洗液回收罐的位置和基點(diǎn)之間的距離、步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，來(lái)計(jì)算X向步進(jìn)電機(jī)的此次進(jìn)給的總脈沖數(shù)。當(dāng)進(jìn)給到回收罐的位置時(shí)，X向步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

（12）X向步進(jìn)電機(jī)停止后，向系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)。系統(tǒng)接收到信號(hào)后，發(fā)出指令，啟動(dòng)Z向步進(jìn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)絲杠，帶動(dòng)Z向滑臺(tái)向下進(jìn)給。這個(gè)清洗的Z向進(jìn)程由系統(tǒng)程序計(jì)算完成，由所選用的Z向絲杠的導(dǎo)程、基點(diǎn)設(shè)置位置、清洗液回收罐的位置和基點(diǎn)之間的距離、步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，來(lái)計(jì)算Z向步進(jìn)電機(jī)的此次進(jìn)給的總脈沖數(shù)。當(dāng)進(jìn)給到回收罐的位置時(shí)，Z向步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

（13）當(dāng)Z向進(jìn)給完成后，發(fā)一個(gè)信號(hào)給系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)接收到信號(hào)后，由注入的藥劑的種類(lèi)而發(fā)出指令。這個(gè)指令的發(fā)出由系統(tǒng)原來(lái)確定的注入藥劑而決定。為酸性藥劑時(shí)，就打開(kāi)堿性清洗液的控制泵，為堿性藥劑，就打開(kāi)酸性清洗液的控制泵，用清洗液中和反應(yīng)藥劑，使殘留藥劑失去原有的藥性不會(huì)再造成任何傷害。當(dāng)泵入一定量的清洗液后，停止清洗泵，啟動(dòng)蒸餾水泵，向藥瓶中注入蒸餾水，將清洗液洗凈。當(dāng)注入一定量的蒸餾水后，關(guān)閉蒸餾水控制泵，再接通空氣泵，啟動(dòng)空氣泵使用較大的壓力，用空氣將整個(gè)清洗回路中的殘余蒸餾水排盡。通氣2分鐘后，停止空氣泵的工作，向系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)信號(hào)。

（14）當(dāng)系統(tǒng)接收到清洗完成信號(hào)后進(jìn)行處理，發(fā)出將注針退出清洗液回收罐的指令。此時(shí)啟動(dòng)Z向步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)Z向滑臺(tái)、藥瓶和注針整體向上退回到Z向基點(diǎn)位置。

（15）當(dāng)退回到Z向基點(diǎn)位置后，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)指令，使控制下壓氣缸的電磁閥處于回退狀態(tài)，下壓氣缸就在彈簧壓力下向上運(yùn)動(dòng)，藥瓶夾座與取液針遠(yuǎn)離，完成取液針脫離瓶塞，這樣氣缸就恢復(fù)到原始狀態(tài)。

（16）上步過(guò)程完成后，系統(tǒng)發(fā)出指令啟動(dòng)X方向的步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)反轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)絲杠，帶動(dòng)X向滑臺(tái)及整個(gè)注入機(jī)機(jī)構(gòu)一起向X向的基點(diǎn)退回，當(dāng)退回到X向基點(diǎn)對(duì)齊時(shí)，X向步進(jìn)電機(jī)停止反轉(zhuǎn)，接著向系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)信號(hào)。

（17）系統(tǒng)接收到退回X向基點(diǎn)對(duì)齊時(shí)指令后，整個(gè)注入藥劑和清洗藥瓶的過(guò)程就完成了。系統(tǒng)等待其他的信號(hào)的出現(xiàn)，系統(tǒng)處理空閑狀態(tài)。

（18）注完藥劑，清洗完后的藥瓶由工作人員取下來(lái)放在指定的地方待處理。

4結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)的重點(diǎn)是自動(dòng)注取液體和保證無(wú)泄漏，在工作時(shí)能夠快速、準(zhǔn)確地控制角度和量，且穩(wěn)定運(yùn)行。文章主要確定了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制方法和控制流程的實(shí)施，希望能為使用該類(lèi)系統(tǒng)的相關(guān)工作人員提供借鑒。