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机电一体化在包装机械中的运用 机械工程 学院 专业 学 号 学生姓名 指导教师 二〇一一年月 从药仓中每次取出100粒药丸，采用转鼓式机械充填装置。其取药计数机械机构原理图如图一所示。数粒转筒6使用壁厚为8mm的无毒不锈钢圆筒，可以绕中心轴匀速转动。在薄壁上沿径向钻有6400个阶梯状通孔5，每孔由两个通心通孔组成，在圆筒外壁上的大孔直径为3.5mm，内壁上小孔直径为2.2mm,见图二所示。处壁孔恰好能落入一粒药丸，而且把内壁孔堵住。其中大孔为取药之用，小孔为光电计数器的光通道。 当壁筒6转到下方时，处壁孔中的药丸可以自动落下，半圆筒形档板7保证药丸在转筒6的正下方落入漏斗9中，并从漏斗装入异形甁内。6400个阶梯孔按对称分布成64个方形阵列，每个阵列有1010个孔，孔间距为5mm，恰能存入100粒药丸。64个阵列沿转筒母线方向均匀排成8横排，每排8个阵列。沿转筒圆周方向上均匀竖排成8列，每列8个阵列，见图一。相邻阵列间有较大的间距，以示区别。注意到所有的阶梯孔的中心都按上下左右严格对齐，以利于光电计数。 当转筒6旋转一周时，便可从其上方大药仓中分8批共取出64份药，每份100粒。同时按批次装入64个药甁中。共有8个漏斗排成一排，每批同时装8个药甁。图一中扫轮3是用橡胶制成的转辊，把每一个阶梯孔上多余的药丸挡住，保证每孔只落入一个药丸。在转筒内部的下方还设有一排堆丸机构（图中未画出），保证每一粒药丸必须落入漏斗中。 该装置的电子计数原理为： 在图一中扫轮3的下方设置一横排光电对射计数器4，共80个。它又由两排不同器件组成，靠近转筒内壁处设置一排共80路发光二极管；在靠近转筒处壁处设置一排共80路发光二极管，这两排管隔转筒壁一一对射，后者接受前者射出的光束，可以为每一个孔中是否有药丸进行监测。鉴于偶尔有药丸未落入漏斗9中，在漏斗左方又设置了一排80路的光电计数器8。用于逐孔检测未落入漏斗的药丸数。 图三绘出了单片机计数系统的原理框图，其中有21路光电信号输入，1路数显并行口输出，1路与工控机通讯通道和1路报警信号输出。 基于PLC的自动定量包装装置 称量包装装置的结构示意图如图1所示。原料由前一工序的带式输送机装入储料斗1，由PIE控制气缸5打开储料斗仓门，在振动器16振动下物料缓缓流入称量料斗6。当进人称量料斗中料的重量达到设定值时，PIE输出信号迅速关闭储料斗仓门，然后打开称量料斗仓门15，物料落入处于装料工位的包装袋7，至此完成了称量任务。包装机构14由PIE控制几个气缸动作完成包装的扎紧和封口任务。包装袋有装料和封装两个工位。在装料工位完成装料，并由夹紧机构夹住袋口，再向后回拉至封装工位。在封装工位，包装机构完成侧面压紧、热焊针封口、吹气降温及除屑等动作。输送带8将引导槽11落下来的成品袋运往下一工序，刮板10用来防止成品袋下滑。在打开称量料斗仓门15时，有时因为仓门阻塞等原因可能使物料不能完全由称量料斗落入包装袋，为此设置了3个光纤传感器13(对应3种规格的包装重量)来检测物料是否完全进入包装袋。电容式传感器9是负责输送带运行与释放成品袋这两个动作的协调性的，当刮板10转到引导槽口位置时，成品袋也正好落下。称量料斗6悬挂在机架4上，使双孔平行梁3产生变形，从而使贴在梁上的4片电阻式应变片2的阻值发生变化，而这4片应变片又搭接成惠斯通电桥，采用全桥测量的方法使重量信号转变成电压信号，该电压信号再经过A／D转换为5位二进制的数字量送入PIE数字量模块输入端。称重电路图如图2所示。 称量包装装置采用SIMATIC s5一115U PIE，输入输出量都采用开关量，输入模块采用32 X 24VDC一块，输出模块采用16 X 24VDC一块。为了能与上位机通信，选用了通信处理器CP5431FMS。所用输入点数27个，输出点数13个，考虑今后扩展，预留输入点5个，输出点3个。 称量包装装置的软件设计是基于CADEPA开发完成的。CADEPA是一个以Grafcet为核心的面向PLC的程序开发平台，可实现编写控制程序、生成数据库文件、翻译成目标程序、在线监控、生成工程报告文件等一系列工作的管理。基于CADEPA的PLC程序设计包括安全初始化程序图、预处理程序图、正常生产程序图和结束生产程序图等几个部分。 安全初始化程序图如图3所示，安全初始化完成后开始预处理过程。 预处理程序图如图4所示。该程序图主要用来完成包装工位包装袋的确认、张袋器张开包装袋(6次之内完成，否则无袋报警)、封口针头开始预热和输送机启动。在自动方式下按下启动按钮，在系统进行自动称量包装前先进行预