藥品自動分裝系統

徐徐

摘 要：本文通過單片機為核心的自動控制系統，實現全程數控調整、全狀態伺服處理、數據統計、微機聯網、語言報警等功能，可滿足制藥行業對大劑量粉針精密分裝的需要。

關鍵詞：單片機；粉針；藥品；分裝機

1 引言

粉針藥品分裝機是在制藥行業粉劑生產線上大量使用的關鍵設備。目前國產粉針分裝機基本屬于傳統的中小規模集成電路數控裝置，裝量小（0～1.4g），準確度低（±5%），售價較高，難以滿足對目前國際市場暢銷的3g大劑量藥品進行分裝的要求。

智能化粉針藥品自動分裝系統是以單片機為核心，采用全新設計思想研制的智能化測控管理系統。該系統配以4頭螺桿式分裝機構，可同時對4路0～3g（或0～5g）的裝置進行全程數控調整、全狀態伺服處理（包括藥瓶計數、空瓶檢出、料位檢測、自動注粉等），具有自動統計班產、日產和月產量、掉電保護、微機聯網、現場調度及打印、語音自動報警等功能。本機由VMOS功率模塊來驅動三相六拍步進電機，采用脈沖調制式斬波驅動電路，使驅動電源效率和步進電機上限工作頻率得到顯著提高。4個注粉頭可同時工作，裝量準確度達±2%。

2 系統構成

系統總體框圖如圖1所示。主要包括8031單片機主控系統、鍵盤、LED顯示器、狀態檢測電路、語言自動報警電路、掉電保護電路、串行通信接口、步進電機驅動電路、入料電機驅動電路、多路穩壓電源、486型微機、機械傳動及分裝機構。

3 硬件設計

3.1 單片機主控制系統

以8031為核心的單片機主控制系統其主要功能是對運行狀態進行檢測、顯示、參數設定、步進電機和交流電機（包括主電機、入料電機、攪拌電機）的自動控制、數據統計、隨機或自動打印、與上位機的通信。由MC14618組成標準時間發生器。采集系統接收到的狀態信號共12路，包括4路注粉頭到位信號、瓶到位信號，碰殼信號、記數信號、空瓶信號各一路，4路料位檢測信號。

3.2 步進電機驅動電路

步進機電驅動電路主要包括4路脈沖分配器、調制器和功率放大模塊。圖2為其中一路步進電機驅動電路的原理框圖。8031和8155經過控制門輸出脈沖信號，再通過光電耦合器隔離和電平轉換，加至CH250脈沖分配器的時鐘端。CH250是產生步進電機驅動信號的專用芯片。為配合75BF003型步進電極，CH250按三相六拍、正轉方式工作。按傳統統計，CH250需經復合晶體管構成的驅動電路來驅動步進電機，不僅體積大、而且功耗高、效率低。該系統采用脈沖調制式斬波驅動電路，用幾十千赫的高頻來調制三相六拍脈沖。利用高頻下電機繞組的感抗明顯增大的特性，來提高繞組上的壓降及有效功率。該方案的優點是能提高驅動電源的效率，同時由于調制頻率遠高于脈沖頻率，并不影響步進電機正常工作。功率模塊由大功率VMOS管構成。VMOS管具有輸入阻抗高、驅動電流小、高頻特性好、開關速度快、工作電流大、耐壓高等優點，屬于新型功率器件。使用VMOS功率模塊能進一步提高驅動電源效率，并減小體積，增加可靠性。

3.3 通信接口

通信接口包括主CPU控制板的串行通信接口和連接486微機RS232接口。現采用光電耦合器整形與隔離、電流環式輸出，使遠距離通信效果良好，數據傳輸可靠。直接組網數量可達50臺粉針分裝機。486微機經過RS232接口可隨時訪問任何一臺，提取有關數據加以統計，打印生產報表。

4 紅外光電檢測電路

利用紅外光電檢測電路可對產量進行自動、定時、準確地統計，包括成品藥瓶的班產、日產及總產量，還能自動扣除漏裝粉的空藥瓶。紅外發射電路由NE555產生的40Hz、占空比可調的已調制信號，經紅外發射管SE303A發射出去。紅外接收及放大電路由紅外接收管接收調制信號，經放大、解調和整形，再經過晶體管作功率放大，獲得計數脈沖送至主CPU控制板完成實時統計工作。由于采用紅外線調制發射，接收后再解調并放大輸出的光電隔離式轉換方式，因此可大大提高外界光線干擾的能力。

5 軟件設計

6 采取的措施

在檢測空瓶時要根據瓶內有無藥粉來判定，但玻璃的折射易使探頭接收到雜散光線，加之正在導軌上傳送的瓶體晃動等因素，均可造成誤判。為此采取以下措施：

（1）給發射、接收探頭增設導光槽，槽內壁及導軌內側均涂以不反光的涂料，減少了雜散光線。

（2）采用兩套紅外發射、接收對管，一個正對瓶塞位置，另外一個對準藥瓶下部，僅當同時檢測到信號，才確認是成品藥瓶并輸出一個瓶計數信號，由此可扣除空瓶和未扣瓶塞的藥瓶。

（3）在檢測點增加過渡傳輸帶以減小瓶體晃動。

（4）在軟件設計上采用雙重判誤方法。首次檢測到瓶蓋擋光信號后延遲10ms，第二次檢測到此信號再延遲10ms，若連續3次檢測出，才認定是瓶計數信號。

參考文獻

1 沙占友.新編實用數字化測量技術.北京：國防工業出版社，2011

2 于海生.計算機控制技術.北京：清華大學出版社，2012

3 何友華.可編程控制器及常用控制器.北京：冶金工業出版社，2013