台达机电产品在铝塑泡罩包装机的整合应用
Integrated Application of Delta Electromechanical Product in Packing Machine of Aluminum-Plastc Froth Cover
中达电通上海机电HMI/PLC产品处 赵越锦
Zhao Yuejin
摘 要：简述了铝塑泡罩包装机的工作原理，介绍了台达变频器、PLC、触摸屏及温控器模块在高速铝塑泡罩包装机上的整合应用，最后概略地讨论了泡罩包装机的工艺控制要求和控制相关问题。
关键词：制药包装机械 PLC 触摸屏 变频器 Modbus通讯
Abstract: It is simply described to the working principle of packing machine for Aluminum-plastc froth cover in this paper. And also it is intruduced to the integrated application of Delta inverter, PLC, intouch screen and temperature controller module in high speed packing machine for Aluminum-plastc froth cover. Finally it is roughly discussed to the technology control demand and the related control prolems of froth cover packing machine.
Key Words: Pharmacy packing mechanism PLC Intouch screen Interver Modbus communication
[中图分类号] TP273 [文献标识码] B 文章编号
1 引言
铝塑泡罩包装是目前药机行业中主要的产品包装方式，绝大部分片式成品药最后都需要经过此工序才能作为产品在市场销售。其工作过程是将各种药片用PVC成型包装于铝塑板上，适用于各种规格的片剂、胶囊、胶丸、素片及各种异型片。为实现大小形状各不相同药片的高速包装，要求控制系统具有高速、准确、协调的控制功能，台达机电产品的整合应用正是符合这些要求的一个综合解决方案，它可使包装效率由一般150板/分钟提高到200板/分钟， 铝塑泡罩包装机如图1所示。
2 高速铝塑泡罩包装机结构及原理
高速铝塑泡罩包装机主要包括机架、输送机、上料充填装置、预热成型装置、气动装置、PVC放卷及步进装置、冲裁、热封装置、电气控制等各部分，如图2所示。
机架整机采用框架式全封闭结构，机架由底板、架体、侧板等组成，架体采用高强度铝合金框架构成，具有牢固美观，安装方便特点，侧板均由不锈钢板构成，与药品接触的材料选用优质不锈钢，达到美观、卫生的要求。
输送机传动系统的主电机为1.5kW交流电动机，采用台达VFD015M变频器控制实现无级调速，具有调速方便、准确，启动平稳的优点，升降速时间均可分别适当调整以满足运行要求，例如增大加速时间，使设备启动过程平稳缓起，减小减速时间并配合制动功能完成快速准确停止。
1）上料充填装置
上料充填装置由振动电机和上料电机构成，与通用上料机或圆盘上料机配套，通过上料系统可使各种不同规格药片整齐有序排列，为下一步成型作好准备。图3为各种包装后的药片产品示意图。
2）预热成型装置
预热成型装置由上、下加热板、成型模具等部件构成，配合气动装置完成包装机的主要工序——包装成型。基于热塑原理，通过台达温控器模块DTC1000稳定的温度控制和正压吹气工序可使PVC材料在热塑温度范围内预热成型，将药片封装在铝箔和PVC之间形成泡罩，预热成型装置如图4所示。
3）PVC放卷及步进装置
该设备具有PVC和铝箔两个被动放卷装置，由主电机提供动力为包装成型提供材料。PVC步进装置则是除了预热成型装置外的另一个重要设备。PVC采用步进方式，在PVC加热板之前和成型台之后由于采用双夹持步进，可防止在加热区内已经被加热软化的PVC片由于受快速牵拉移动而造成拉伸变形，影响泡罩质量。PVC下加热板随着成型台模具的上下运动并作相应的间歇运动，当PVC夹持移动时下加热板处于下止点(上下加热板有间隙)，可减少PVC与加热板接触，使PVC不粘片。
4）热封及冲裁
热封及冲裁是包装机的最后工序，当药片已封装在泡罩内，通过热封和冲裁后正式变成板式成品。热压辊加热器的温度控制准确，热封方式为辊式连续工作，以利提高包装效率。采用无废料横边冲裁可以节省包装材料，冲裁前采用推板式步进方式，以使板块平整并方便调整。
5） 电气控制
电气控制部分选用台达变频器、PLC、触摸屏及温控器模块构成电气控制系统，并配以多个光电传感器作为检测，各部件的有机组合，使控制精度及工作效率大大提高。用触摸屏作为人机对话的窗口，可以方便地对设备参数进行设置，能显示系统的相关运行参数值及检测状态，可对异常警报进行判断处理，方便管理，由PLC系统控制整个设备的协调高速运行。 实际电气控制系统如图5所示。
3 电气控制系统
3．1 系统配置及说明
高速泡罩包装机采用的电气配置：DOP-A57CSTD，5.7” 触摸屏，256色，分辨率为320×240；DVP-12SA00R，8入/4出PLC主机；DVP-08SN，8点输出扩展；VFD015M43A，变频器；DTC1000，模块化温控器。系统结构及原理图如图6所示。变频器、模块化温控器与PLC通过RS485串行网络连接到系统，PLC与触摸屏通过RS232交换数据。
3．2 触摸屏设计
采用台达彩色5.7寸触摸屏，具有色彩丰富，分辨率高，高速CPU可使页面切换更流畅，通讯速度更快，能够很好地满足现场使用。在程序中设置了工作画面、设备调试、系统参数设定、故障诊断等画面，使整个设备操作简单易懂，操作方便，工作画面如图7所示。
图8为为系统主画面，在主画面上可完成3组温度控制的显示与调整，以及主电机、吸尘器、热封、上料等各部分的操作。
系统参数设定画面如图9所示。在该画面中可以设置与系统运行相关的各种参数，包括上加热板温度、下加热板温度、热封温度，以及对计数系数、夹持时间、是否上料等的设定。
设备调试画面如图10所示。该画面可以作为设备调试过程中控制各设备运转画面，也可作为设备调试完毕后的手动操作画面。
3．3 PLC控制系统
可编程控制器选用台达产品DVP12SA00R+DVP08SN，该机种为台达SLIM型主机，具有体积小巧，安装快捷方便，特别适合对安装空间有一定要求的环境，有以下特点：2个标准通讯口（RS232和RS485，符合MODBUS协议），内建高速输入/输出，30KHz高速计数器、20KHz脉波输出，可以检测外部高速信号（上料检测、准停检测、PVC检测），指令丰富可满足复杂编程的要求，功能强大，电气特性稳定，可实现最佳性价比。因为台达所有产品都符合MODBUS协议，并可方便组成通讯网络，通过MODBUS使PLC能与变频器、温控器互连互通，根据检测到的设备状态和运算结果对其进行实时控制。
1）变频器控制
变频器的启动、停止以及运行频率均由PLC通过通讯方式给定，在画面中可通过启动、停止、升速、降速等按钮对变频器操作，其中主要是控制主电机停止时的准停功能，也就是说电机停止并不是在任意位置都可以，如果那样那么重新开机时包装位置将不准确，PVC板块会有停机痕迹，因此需要根据准停检测位置计算出准确的停止位置，保持下次重新启动时能够进行正常包装。在程序中当接收到停止信号后，PLC即时检测是否到达准停位置，再与准停值比较，如已到达准停位置，变频器给定频率开始做匀速递减，让主电机速度下降，减小惯性停车，从而实现在准确位置停车，保证PVC板块无停机痕迹。
2）模块式温控器的控制
由3个模块式温控器组成设备温控系统，包括上加热板、下加热板和热封，该设备中温度控制的精度也直接影响包装效果，PVC的成型与温度直接关系，按泡罩成型工艺要求不容许偏离容许温度偏差。因此在控制系统中选择了台达产品中的DTC1000温控器，该产品有独立的温度控制功能，并具有RS485接口，可以直接连入PLC主机的RS485网络中，可以根据变化随时调整温度。系统实际运行表明，设定温度与实际温度误差在±1度以内，PVC加热器和热压辊加热器温度场均匀、准确，不会对包装材料和药品造成损伤，特别适应于对热塑温度范围较窄的包装材料的应用。
4 结束语
铝塑泡罩包装机控制系统改造前使用继电器线路控制，手动有级调速，控制精度低，包装效率低，电路稳定差，故障率高。经技术改造后的控制系统，采用台达告诉的人机界面、SA系列可编程控制器、变频器和温控器，经过整合后，整机性能得到极大的提高。这说明在工业设备控制系统中，单一产品的运用有时不一定能满足生产设备各方面的性能要求，而经过多产品的整合应用，给客户以最佳的解决方案才是提高设备性能的最终途径。目前，前期的5套设备已顺利调试完毕，各项功能指标均符合要求，中达公司提供的这套整体解决方案是受到客户肯定和好评的。
参考文献[略]
作者简介
赵越锦（1975-），男，自动化设备工程师，主要从事自动化系统工程方面的设计、开发与产品的技术支持工作。
中达电通上海机电HMI/PLC产品处 赵越锦
Zhao Yuejin
摘 要：简述了铝塑泡罩包装机的工作原理，介绍了台达变频器、PLC、触摸屏及温控器模块在高速铝塑泡罩包装机上的整合应用，最后概略地讨论了泡罩包装机的工艺控制要求和控制相关问题。
关键词：制药包装机械 PLC 触摸屏 变频器 Modbus通讯
Abstract: It is simply described to the working principle of packing machine for Aluminum-plastc froth cover in this paper. And also it is intruduced to the integrated application of Delta inverter, PLC, intouch screen and temperature controller module in high speed packing machine for Aluminum-plastc froth cover. Finally it is roughly discussed to the technology control demand and the related control prolems of froth cover packing machine.
Key Words: Pharmacy packing mechanism PLC Intouch screen Interver Modbus communication
[中图分类号] TP273 [文献标识码] B 文章编号
1 引言
铝塑泡罩包装是目前药机行业中主要的产品包装方式，绝大部分片式成品药最后都需要经过此工序才能作为产品在市场销售。其工作过程是将各种药片用PVC成型包装于铝塑板上，适用于各种规格的片剂、胶囊、胶丸、素片及各种异型片。为实现大小形状各不相同药片的高速包装，要求控制系统具有高速、准确、协调的控制功能，台达机电产品的整合应用正是符合这些要求的一个综合解决方案，它可使包装效率由一般150板/分钟提高到200板/分钟， 铝塑泡罩包装机如图1所示。
2 高速铝塑泡罩包装机结构及原理
高速铝塑泡罩包装机主要包括机架、输送机、上料充填装置、预热成型装置、气动装置、PVC放卷及步进装置、冲裁、热封装置、电气控制等各部分，如图2所示。
机架整机采用框架式全封闭结构，机架由底板、架体、侧板等组成，架体采用高强度铝合金框架构成，具有牢固美观，安装方便特点，侧板均由不锈钢板构成，与药品接触的材料选用优质不锈钢，达到美观、卫生的要求。
输送机传动系统的主电机为1.5kW交流电动机，采用台达VFD015M变频器控制实现无级调速，具有调速方便、准确，启动平稳的优点，升降速时间均可分别适当调整以满足运行要求，例如增大加速时间，使设备启动过程平稳缓起，减小减速时间并配合制动功能完成快速准确停止。
1）上料充填装置
上料充填装置由振动电机和上料电机构成，与通用上料机或圆盘上料机配套，通过上料系统可使各种不同规格药片整齐有序排列，为下一步成型作好准备。图3为各种包装后的药片产品示意图。
2）预热成型装置
预热成型装置由上、下加热板、成型模具等部件构成，配合气动装置完成包装机的主要工序——包装成型。基于热塑原理，通过台达温控器模块DTC1000稳定的温度控制和正压吹气工序可使PVC材料在热塑温度范围内预热成型，将药片封装在铝箔和PVC之间形成泡罩，预热成型装置如图4所示。
3）PVC放卷及步进装置
该设备具有PVC和铝箔两个被动放卷装置，由主电机提供动力为包装成型提供材料。PVC步进装置则是除了预热成型装置外的另一个重要设备。PVC采用步进方式，在PVC加热板之前和成型台之后由于采用双夹持步进，可防止在加热区内已经被加热软化的PVC片由于受快速牵拉移动而造成拉伸变形，影响泡罩质量。PVC下加热板随着成型台模具的上下运动并作相应的间歇运动，当PVC夹持移动时下加热板处于下止点(上下加热板有间隙)，可减少PVC与加热板接触，使PVC不粘片。
4）热封及冲裁
热封及冲裁是包装机的最后工序，当药片已封装在泡罩内，通过热封和冲裁后正式变成板式成品。热压辊加热器的温度控制准确，热封方式为辊式连续工作，以利提高包装效率。采用无废料横边冲裁可以节省包装材料，冲裁前采用推板式步进方式，以使板块平整并方便调整。
5） 电气控制
电气控制部分选用台达变频器、PLC、触摸屏及温控器模块构成电气控制系统，并配以多个光电传感器作为检测，各部件的有机组合，使控制精度及工作效率大大提高。用触摸屏作为人机对话的窗口，可以方便地对设备参数进行设置，能显示系统的相关运行参数值及检测状态，可对异常警报进行判断处理，方便管理，由PLC系统控制整个设备的协调高速运行。 实际电气控制系统如图5所示。
3 电气控制系统
3．1 系统配置及说明
高速泡罩包装机采用的电气配置：DOP-A57CSTD，5.7” 触摸屏，256色，分辨率为320×240；DVP-12SA00R，8入/4出PLC主机；DVP-08SN，8点输出扩展；VFD015M43A，变频器；DTC1000，模块化温控器。系统结构及原理图如图6所示。变频器、模块化温控器与PLC通过RS485串行网络连接到系统，PLC与触摸屏通过RS232交换数据。
3．2 触摸屏设计
采用台达彩色5.7寸触摸屏，具有色彩丰富，分辨率高，高速CPU可使页面切换更流畅，通讯速度更快，能够很好地满足现场使用。在程序中设置了工作画面、设备调试、系统参数设定、故障诊断等画面，使整个设备操作简单易懂，操作方便，工作画面如图7所示。
图8为为系统主画面，在主画面上可完成3组温度控制的显示与调整，以及主电机、吸尘器、热封、上料等各部分的操作。
系统参数设定画面如图9所示。在该画面中可以设置与系统运行相关的各种参数，包括上加热板温度、下加热板温度、热封温度，以及对计数系数、夹持时间、是否上料等的设定。
设备调试画面如图10所示。该画面可以作为设备调试过程中控制各设备运转画面，也可作为设备调试完毕后的手动操作画面。
3．3 PLC控制系统
可编程控制器选用台达产品DVP12SA00R+DVP08SN，该机种为台达SLIM型主机，具有体积小巧，安装快捷方便，特别适合对安装空间有一定要求的环境，有以下特点：2个标准通讯口（RS232和RS485，符合MODBUS协议），内建高速输入/输出，30KHz高速计数器、20KHz脉波输出，可以检测外部高速信号（上料检测、准停检测、PVC检测），指令丰富可满足复杂编程的要求，功能强大，电气特性稳定，可实现最佳性价比。因为台达所有产品都符合MODBUS协议，并可方便组成通讯网络，通过MODBUS使PLC能与变频器、温控器互连互通，根据检测到的设备状态和运算结果对其进行实时控制。
1）变频器控制
变频器的启动、停止以及运行频率均由PLC通过通讯方式给定，在画面中可通过启动、停止、升速、降速等按钮对变频器操作，其中主要是控制主电机停止时的准停功能，也就是说电机停止并不是在任意位置都可以，如果那样那么重新开机时包装位置将不准确，PVC板块会有停机痕迹，因此需要根据准停检测位置计算出准确的停止位置，保持下次重新启动时能够进行正常包装。在程序中当接收到停止信号后，PLC即时检测是否到达准停位置，再与准停值比较，如已到达准停位置，变频器给定频率开始做匀速递减，让主电机速度下降，减小惯性停车，从而实现在准确位置停车，保证PVC板块无停机痕迹。
2）模块式温控器的控制
由3个模块式温控器组成设备温控系统，包括上加热板、下加热板和热封，该设备中温度控制的精度也直接影响包装效果，PVC的成型与温度直接关系，按泡罩成型工艺要求不容许偏离容许温度偏差。因此在控制系统中选择了台达产品中的DTC1000温控器，该产品有独立的温度控制功能，并具有RS485接口，可以直接连入PLC主机的RS485网络中，可以根据变化随时调整温度。系统实际运行表明，设定温度与实际温度误差在±1度以内，PVC加热器和热压辊加热器温度场均匀、准确，不会对包装材料和药品造成损伤，特别适应于对热塑温度范围较窄的包装材料的应用。
4 结束语
铝塑泡罩包装机控制系统改造前使用继电器线路控制，手动有级调速，控制精度低，包装效率低，电路稳定差，故障率高。经技术改造后的控制系统，采用台达告诉的人机界面、SA系列可编程控制器、变频器和温控器，经过整合后，整机性能得到极大的提高。这说明在工业设备控制系统中，单一产品的运用有时不一定能满足生产设备各方面的性能要求，而经过多产品的整合应用，给客户以最佳的解决方案才是提高设备性能的最终途径。目前，前期的5套设备已顺利调试完毕，各项功能指标均符合要求，中达公司提供的这套整体解决方案是受到客户肯定和好评的。
参考文献[略]
作者简介
赵越锦（1975-），男，自动化设备工程师，主要从事自动化系统工程方面的设计、开发与产品的技术支持工作。
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