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【摘 要】药品作为一种特殊商品，在信息传递方面有着非常严格的限制。药品包装是药品生产中的重要环节。随着科技的进步，药品包装正朝着自动化、智能化、集成化、网络化的方向发展。本文介绍了基于PLC智能药品包装系统的工作原理以及设计流程，探讨其应用价值，以供参考。
【关键词】药品包装 自动化 控制系统
我国是制药大国，制药行业有着广阔的发展前景。与此同时，制药行业的发展也必将带动包装机械行业的快速发展。与西方国家相比，我国药品包装机起步较晚，包装技术基本停留在半自动水平，仍需依靠人工操作。这不仅会造成药品污染，还可能影响到药物外包装的统一性与稳定性[1]。基于此，本文通过设计自动化药品生产包装机，以期进一步提高药品包装效率与精度。
1 系统结构与工作原理
自动包装机控制系统包括PLC、触摸屏、伺服电机、光电传感器、接近开关、真空阀、真空泵等（见图1）。工作原理是由系统控制两台伺服电机，并分别从两个料仓同时下料。检测装置一旦检测到输送船内的药品后，说明书与药板均会被推入药盒内，在药盒移动的同时，还会进行封盒操作。待药盒移至设备出料口时，药盒的一些部位会被折弯、折叠，而盒子会被封好。若发现一盒药中有缺药或多药问题，设备会自动延时工位剔除[2]。
2 系统硬件设计
（1）主控制器PLC。作为工业计算机中的一种，PLC的优点较多，如操作简单、良好的抗扰性能、编程简单等。PLC的输出类型较多，本次选择晶体管输出型PLC。考虑到输入输出信号的数量与类型、存储器的容量大小及控制要求，本次选择的PLC类型为西门子S7-200 SMART PLC。CPU型号为ST60，数字输入点有36个，数字输出点有24个。最高输出频率设为100kHz，高速计数器单相最大输入频率设为60kHz。由于脉冲输出为三路，若包装药瓶时，可实现对三台电机的同时控制。
S7-200 SMART PLC的一些输入输出点不可随意更改。输入/输出信号接线的关键之处是要形成闭合电路。全部数字量输入都选用24V直流信号，但不同输入对应的输出传感器有所差异。支持源型输入与NPN型输出的传感器对应；漏型输入与PNP型输出的传感器相对应。假设传感器电源大小为24V，PNP型输出大小也一样，即24V，但NPN型输出为0V。和PLC连接后，如果选用的是NPN型输出，那么，PLC输入的COM端则应接入24V。同理，如果选用PNP型输出，PLC的输入端则应接0V。PLC中全部输入端均接入同一公共端，需接入相同类型的传感器。因此，根据设计需要，本系统选择NPN型传感器，公共端应接+24V。
（2）伺服电机。包装速度是药品包装机系统设计中的重要环节。主伺服电机的运行速度是决定包装速度的关键因素。伺服驱动器利用动力线将相关控制信号传输给伺服电机；同时，安装在电机输出轴同轴上的编码器会收集伺服电机的转动信息并反馈给伺服驱动器。因此，伺服电机与编码器是保持同步旋转的，当电机旋转一个角度，编码器会迅速将相应的脉冲数据传送给PLC控制器[3]。另外，主电机速度、每盒药的药板数是影响分药伺服运行速度的两大因素。
假设装盒机速度最大值为160r/min，伺服电机每转动一周需要的脉冲数量为1万，据此可计算出高速脉冲的输出频率，计算公式为160/60×10000=26.7kHz。本系统中PLC最高输出频率是100kHz，因此，正符合上述标准。若将编码器的分辨率调整为1000p/r，经计算后编码器的输出脉冲频率仍为26.7kHz，双向/正交最大输入频率为40kHz，高速计数器单相最大输入频率为60kHz，因此，均符合要求。
（3）触摸屏。采用西门子SMART-700IE触摸屏对设备运行进行监视，并提供报警与系统参数设置等功能。
3 系统软件设计
（1）主控制程序设计。本系统软件设计采用传统的顺序控制方式，其工作流程（见图2）。PLC对伺服电机的控制主要是利用高速脉冲输出来实现的。如果伺服电机接受到某个脉冲信号后，便会自动旋转一定的角度。S7-200 SMART通过两种方式来控制伺服电机，包括运动轴与脉宽调制（PWM）。如果是PWM操作组态输出时，其输出周期是不变的，一般可通过程序来调控脉宽或脉冲的占空比。运动轴主要提供了禁用输出的单脉冲串输出与带有集成风向控制的单脉冲串输出。运动轴还能完成编程输入工作，可完成自动参考点搜索在内的相关CPU组态操作。这样能够统一控制伺服电机或步进电机的速度和位置开环[4]。
本系统对伺服电机的控制主要是通过运动向导组态运动轴来实现。比如，数字量输出Q0.0组态是指运动控制轴0的输出，而Q0.2组态则代表了运动控制轴2的输出。电机的方向信号是提前在PLC内部设置好的，而Q1.0代表了运动控制轴0所对应的方向信号控制点。
（2）触摸屏软件设计。本系统采用Wincc flexible Standard软件来设计触摸屏。该软件具有丰富的图库，采用模块化设计，具有过程可视化、智能化的特点。触摸屏和PLC之间通过TCP/IP（以太网）协议进行通信，只需一根网线即可实现。本系统设有三种权限，包括操作者、管理员、工程师三种，分别赋予不同的权限，避免无关人员误操作。报警系统会向触摸屏适时发出报警信息，根据报警类别的不同在触摸屏上的显示形式也有所不同。
结语
自动药品包装机通过PLC与软件系统实现了药品包装的自动化与智能化。不仅极大提高了药品包装的准确性与包装效率，也节约了不少人工与时间成本。随着我国制药行业的持续发展，自动化药品包装机有着良好的应用前景，应加大这一领域的研究。
参考文献
[1]韩壮，李颖，薛冰，等.玻璃西林瓶药品包装自动化系统设计解析[J].科学与财富，2015，23（7）：338-338.
[2]刘恒珍，马亚军.自动装盒机的应用难点及适应性发展[J].机电信息，2011，26（38）：3-5.
[3]廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2007：111-118.
[4]李文文.玻璃瓶药品包装自动化系统设计[D].山东：山东大学，2014：21-27.
【关键词】药品包装 自动化 控制系统
我国是制药大国，制药行业有着广阔的发展前景。与此同时，制药行业的发展也必将带动包装机械行业的快速发展。与西方国家相比，我国药品包装机起步较晚，包装技术基本停留在半自动水平，仍需依靠人工操作。这不仅会造成药品污染，还可能影响到药物外包装的统一性与稳定性[1]。基于此，本文通过设计自动化药品生产包装机，以期进一步提高药品包装效率与精度。
1 系统结构与工作原理
自动包装机控制系统包括PLC、触摸屏、伺服电机、光电传感器、接近开关、真空阀、真空泵等（见图1）。工作原理是由系统控制两台伺服电机，并分别从两个料仓同时下料。检测装置一旦检测到输送船内的药品后，说明书与药板均会被推入药盒内，在药盒移动的同时，还会进行封盒操作。待药盒移至设备出料口时，药盒的一些部位会被折弯、折叠，而盒子会被封好。若发现一盒药中有缺药或多药问题，设备会自动延时工位剔除[2]。
2 系统硬件设计
（1）主控制器PLC。作为工业计算机中的一种，PLC的优点较多，如操作简单、良好的抗扰性能、编程简单等。PLC的输出类型较多，本次选择晶体管输出型PLC。考虑到输入输出信号的数量与类型、存储器的容量大小及控制要求，本次选择的PLC类型为西门子S7-200 SMART PLC。CPU型号为ST60，数字输入点有36个，数字输出点有24个。最高输出频率设为100kHz，高速计数器单相最大输入频率设为60kHz。由于脉冲输出为三路，若包装药瓶时，可实现对三台电机的同时控制。
S7-200 SMART PLC的一些输入输出点不可随意更改。输入/输出信号接线的关键之处是要形成闭合电路。全部数字量输入都选用24V直流信号，但不同输入对应的输出传感器有所差异。支持源型输入与NPN型输出的传感器对应；漏型输入与PNP型输出的传感器相对应。假设传感器电源大小为24V，PNP型输出大小也一样，即24V，但NPN型输出为0V。和PLC连接后，如果选用的是NPN型输出，那么，PLC输入的COM端则应接入24V。同理，如果选用PNP型输出，PLC的输入端则应接0V。PLC中全部输入端均接入同一公共端，需接入相同类型的传感器。因此，根据设计需要，本系统选择NPN型传感器，公共端应接+24V。
（2）伺服电机。包装速度是药品包装机系统设计中的重要环节。主伺服电机的运行速度是决定包装速度的关键因素。伺服驱动器利用动力线将相关控制信号传输给伺服电机；同时，安装在电机输出轴同轴上的编码器会收集伺服电机的转动信息并反馈给伺服驱动器。因此，伺服电机与编码器是保持同步旋转的，当电机旋转一个角度，编码器会迅速将相应的脉冲数据传送给PLC控制器[3]。另外，主电机速度、每盒药的药板数是影响分药伺服运行速度的两大因素。
假设装盒机速度最大值为160r/min，伺服电机每转动一周需要的脉冲数量为1万，据此可计算出高速脉冲的输出频率，计算公式为160/60×10000=26.7kHz。本系统中PLC最高输出频率是100kHz，因此，正符合上述标准。若将编码器的分辨率调整为1000p/r，经计算后编码器的输出脉冲频率仍为26.7kHz，双向/正交最大输入频率为40kHz，高速计数器单相最大输入频率为60kHz，因此，均符合要求。
（3）触摸屏。采用西门子SMART-700IE触摸屏对设备运行进行监视，并提供报警与系统参数设置等功能。
3 系统软件设计
（1）主控制程序设计。本系统软件设计采用传统的顺序控制方式，其工作流程（见图2）。PLC对伺服电机的控制主要是利用高速脉冲输出来实现的。如果伺服电机接受到某个脉冲信号后，便会自动旋转一定的角度。S7-200 SMART通过两种方式来控制伺服电机，包括运动轴与脉宽调制（PWM）。如果是PWM操作组态输出时，其输出周期是不变的，一般可通过程序来调控脉宽或脉冲的占空比。运动轴主要提供了禁用输出的单脉冲串输出与带有集成风向控制的单脉冲串输出。运动轴还能完成编程输入工作，可完成自动参考点搜索在内的相关CPU组态操作。这样能够统一控制伺服电机或步进电机的速度和位置开环[4]。
本系统对伺服电机的控制主要是通过运动向导组态运动轴来实现。比如，数字量输出Q0.0组态是指运动控制轴0的输出，而Q0.2组态则代表了运动控制轴2的输出。电机的方向信号是提前在PLC内部设置好的，而Q1.0代表了运动控制轴0所对应的方向信号控制点。
（2）触摸屏软件设计。本系统采用Wincc flexible Standard软件来设计触摸屏。该软件具有丰富的图库，采用模块化设计，具有过程可视化、智能化的特点。触摸屏和PLC之间通过TCP/IP（以太网）协议进行通信，只需一根网线即可实现。本系统设有三种权限，包括操作者、管理员、工程师三种，分别赋予不同的权限，避免无关人员误操作。报警系统会向触摸屏适时发出报警信息，根据报警类别的不同在触摸屏上的显示形式也有所不同。
结语
自动药品包装机通过PLC与软件系统实现了药品包装的自动化与智能化。不仅极大提高了药品包装的准确性与包装效率，也节约了不少人工与时间成本。随着我国制药行业的持续发展，自动化药品包装机有着良好的应用前景，应加大这一领域的研究。
参考文献
[1]韩壮，李颖，薛冰，等.玻璃西林瓶药品包装自动化系统设计解析[J].科学与财富，2015，23（7）：338-338.
[2]刘恒珍，马亚军.自动装盒机的应用难点及适应性发展[J].机电信息，2011，26（38）：3-5.
[3]廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2007：111-118.
[4]李文文.玻璃瓶药品包装自动化系统设计[D].山东：山东大学，2014：21-27.