增設灌裝加塞機自動進框功能

徐忠華

摘 要：正大豐海于2011年引進一臺KGS10/5-X3抗生素灌裝加塞機，該設備在完成灌裝加塞后，只能手動將加塞后的瓶子，用刮板移到凍干專用框格內，不但很容易出現倒瓶現象，還將對產品產生二次污染，造成消耗浪費，也很難滿足新版GMP對無菌分裝的要求，為節約成本，降低能耗，我們采用PLC控制氣缸推桿，推動西林瓶進行自動進框功能，可有效地降低成品藥及包材的消耗，實現“控本降耗”的目的。

關鍵詞：抗生素灌裝加塞機；PLC；氣缸

中圖分類號：TH13 文獻標識碼：A

KGS10/5-X3抗生素灌裝加塞機，是楚天科技研發的集洗瓶、烘干滅菌、灌裝加塞、冷凍干燥、軋蓋、包裝等凍干粉針聯動線之一，由于當時我們選用的不是全自動生產線，從灌裝半加塞后出來的西林瓶，只能用人工進行操作，首先用刮板將瓶子刮到專用的抽屜，再套入框格，然后放到轉移小車轉入凍干箱進行冷凍干燥。以上所有的操作要求都是在A級潔凈區域中完成，如果出現倒瓶或者膠塞脫落現象，都不能將產品帶進下一道工序，否則生產出來的產品將會存在很大的質量風險，甚至會出現安全事故。同時也不能滿足新版GMP無菌分裝的要求。

因此，我們對此進行改進，采用PLC控制系統，利用氣缸推瓶進框，減少人為干預。設計系統初始狀態為：A氣缸通電后將推桿推出等待，用閘門將一側封閉，使加塞后的西林瓶往另一側移動，并經過計數裝置進行計量，當加塞后的瓶子達到一定的數值時，通過光纖檢測到信號傳送到PLC控制系統，當控制系統得到指令時，A氣缸首先縮回到初始狀態后，B氣缸推出，將加塞后的西林瓶緩緩的送入到專用抽屜，并停止等待計數器再次計數到設定值后，推桿方可縮回，A氣缸再將瓶子推出后繼續等待信號的輸入，如此往復運動。氣缸分為左右兩套，交替使用且不影響出瓶速度。如果生產不同規格的西林瓶，可利用撥檔開關進行轉換成所需要推瓶的數量。

一、擬改進的方案分析

原來瓶子分到兩邊時，是人工用刮板將瓶子護送到專用抽屜內，現在用氣缸代替人工操作，并增加來瓶檢測信號進行計數推瓶數量。當A（左）氣缸執行命令時，瓶子會自動進入B氣缸區域內，并鎖定B氣缸不能工作，只有A氣缸回到初始位置后，B氣缸方可執行推出命令。

二、系統設計

主要包括3個部分：檢測部分、程序部分和執行關斷部分。

1 檢測計數部分：設計考慮當瓶子達到一定數量時（根據生產規格大小，利用撥檔開關選擇設定來瓶的數量），計數器統計來瓶數量達到設定值時，將檢測到的信號送到PLC后，再由執行機構將瓶子推入抽屜，同時計數器清零，重新計數，進入下道程序，對于光電傳感器安裝的位置是否恰當、信號檢測與瓶子距離等都要反復調整，既不能誤檢，同時也不能漏檢，保證計量信號的準確性。

2 程序設計：需要考慮到推瓶的數量，不宜太多也不要太少，為了計數準確，瓶子只能往一邊走。因此上電后，A氣缸直接將推桿伸出，等待來瓶計數，當來瓶數量達到設定值時，伸出的氣缸開始動作，推桿縮回到初始位置后，B氣缸方可進行推瓶，并等待計數周期完成，有信號后才能返回，要保證兩邊的氣缸不能同時動作，以防止出來的瓶子無法移動而產生軋瓶，影響生產。當計數器再次計量到規定值時，B氣缸縮回到初始狀態后，A氣缸再執行命令，循環進行，始終要保持通道順暢，使得加塞后的西林瓶正常分出。

3 執行關斷部分設計：當氣缸推桿伸出時，不能讓分出的西林瓶任意往兩邊走，如果有瓶被分流到工作氣缸推桿的后面，那將會出現瓶子被返回的推桿帶到氣缸外圍，外圍的瓶子始終都不會再次被推桿送到裝瓶抽屜。所以要在氣缸推桿的同時，將內側也就是靠分瓶口的地方加上關閉閥門，并使閥門與氣缸同步運動，當推桿縮回時，關閉閥門一同縮回。

三、硬件選擇

1 PLC

FX2N系列是FX系列PLC家族中最先進的系列，它以最大范圍的包容了標準特點、程式執行更快、全面補充了通信功能，適合各地不同電源以及滿足單個需要的大量特殊模塊，它可以為工廠自動化應用提供最大的靈活性和控制能力。并且有在線編輯功能，可在線改變程序，不會損失工作時間或停止生產運轉，面板運行/停止，開關易于操作，編程軟件可以通過調制解調器通訊來監控、上傳或卸載程序，實行遠程維護等。

2 檢測開關

選擇光電開關作為檢測來瓶信號，它對檢測物體不限于金屬、橡膠等，所有能反射光線的物體均可被檢測，具有體積小、功能多、壽命長、精度高、響應速度快、檢測距離遠以及抗光、電、磁干擾能力強。可作為物位檢測、液位控制、產品計數、寬度判別、速度檢測、定長剪切、孔洞識別、信號延時、自動門傳感、色標檢出、沖床和剪切機以及安全防護等諸多領域。

3 氣動電磁閥

為滿足氣缸伸出與縮回的需要，二位五通電磁閥配合使用在雙作用氣動閥門上，當線圈通電或斷電時，磁芯的運轉將導致流體通過閥體或被切斷，以達到改變流體方向的目的。我們選擇的是盛達氣動SDPC，盛達電磁閥，型號： 4V 310-080.15MPa～0.8MPa，單向二位五通氣動電磁閥。

4 推瓶氣缸

氣缸選擇體積不宜過大，行程適中：可選TN20*200S/雙作用氣缸指，兩腔可以分別輸入壓縮空氣，實現雙向運動的雙桿氣缸，氣壓在0.15MPa～0.8MPa，配備可以調整壓力大小的氣嘴接口，使推桿速度不宜太快，確保出瓶平穩。

四、系統軟件設計

1 PLC程序流程圖設計

在機器正常運行中，由光纖檢測到有來瓶信號，PLC根據來瓶信號的數量，推動所相應的的氣缸進行同步推瓶。如出現異常情況后，可按下急停按鈕，所有程序將終止，以保證系統的安全可靠性。其具體工作流程如圖1所示。

2 控制

我們選用一個啟動按鈕、一個急停按鈕、一個計數檢測和一個撥檔轉換開關。當自動控制系統PLC有輸出時，電磁閥得電，二位五通電磁閥一端接通氣源到氣缸下端，氣動將推桿推出。同時氣缸上端氣體經二位五通電磁閥的另一端排出，當電磁閥失電時，原來接通氣源的閥門關閉并排空，而原來排空的閥門將進入氣體送到氣缸的上端，將氣缸推桿縮回。生產小規格計數設定值為30瓶起推，生產大規格計數設定值為20瓶起推。可利用轉換開關來進行選擇需要推瓶的數量，當按下啟動按鈕時，左邊氣缸推桿直接伸出，一是讓瓶子進入右邊區域，二是等待來瓶計數，當達到設定的數量時，氣缸縮回初始位置后，右邊氣缸才能開始推瓶，并等待來瓶信號進行計數，同樣讓來瓶進入到左邊區域，來瓶數量條件滿足后縮回起始位置，另一氣缸方可工作，循環進行。當出現異常情況時，操作人員可按下停止按鈕，氣缸將會全部停止工作，確保設備操作安全。工作氣缸須動作完成并將返回到初始狀態后，感應到信號的另一氣缸才能進行動作，兩只氣缸必須進行互鎖，達到自動推瓶功能。

結語

本文運用了信號計數周期反復循環功能，周而復始，對氣缸實行交替使用自動控制，同時也方便操作人員有充足的時間進行周轉進箱，滿足運行操作的動作幅度不宜過大，以保證潔凈區域內懸浮粒子和浮游菌不易超標。還根據不同產品規格，對氣缸推瓶的數量進行調整，不會出現因規格不同，使推瓶的體積和力度發生太大的變化。對相應需要的推瓶數量可利用撥檔開關進行轉換。經過程序調試運行，成功地實現了由手工操作變成自動操作功能，并且為防止藥品的污染，起到關鍵性的作用。

參考文獻

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