灌装机控制系统及关键技术研究

论文摘要

灌装是制药包装的重要组成部分,灌装机的发展在全球制药行业也越来越受重视。国内灌装设备制造企业可以生产灌装线整套设备,能基本满足需求,但产品规格不齐全、自动化水平和控制水平低、单击性能不稳定、先进技术应用较少。而且灌装速度集中在中、低速两个层次。灌装机质量在稳定性和灌装精确性方面与国外进口设备相比还有一定差距。在设计上,部分关键部件还处于模仿制造阶段,特别是高速灌装的设计能力存在较大差距。针对以上现状,本文结合企业实际需求,在自主开发设计的国产12针拨块直线灌装机进行研究的基础上,对12针拨块直线灌装机采用全伺服控制设计,并编制相应软件程序,完成进瓶、送瓶、灌装、半加塞、在线称量及换向出瓶等动作,实现无瓶不灌装、无瓶不加塞及在线检测功能,并在500瓶／分钟的高速灌装速度下的高效、稳定、精确灌装。并针对12针拨块直线灌装机关键的跟踪系统建立跟踪系统模型,提出跟踪算法理论,使得灌装机特别是跟踪机构在高速灌装中能够高效稳定、精确的运行。首先,本文明确系统硬件要求。主要包括确定灌装机的工艺要求,了解灌装机的设备状况和统计系统I／O点数和种类。然后进行系统硬件配置,进行可编程控制器选型、I／O点定义及主要元器件的选型与布置。其次,本文在配置的硬件基础上,进行系统软件的实现。首先对控制过程进行分析,对人机界面设计,最后编制相应的系统软件实现12针拨块直线灌装机的控制流程。最后,本文对灌注跟踪控制技术进行研究。分析灌装机跟踪系统各工步中运动部件的运动状态,建立灌装机全伺服跟踪模型,并以伺服定位模块及伺服系统的控制要求为依据,确定跟踪系统中各伺服电机的协同工作方式及运动形式,建立专门针对该12针拨块直线灌装机的跟踪算法理论,绘制各伺服电机运动曲线,实现灌装机自动跟踪系统的全伺服协同控制。本系统达到了预定的设计要求,有望获得工业运行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的和意义
• 1.2 本课题有关的国内外研究现状
• 1.3 灌装机概述
• 1.4 GMP标准
• 1.5 本课题的来源及主要研究内容
• 第2章 灌装机设备及工艺要求
• 2.1 灌装机主要技术指标
• 2.2 灌装机主要组成及其作用
• 2.2.1 灌装机的整体结构介绍
• 2.2.2 灌装机控制系统方案
• 2.3 本章小结
• 第3章 灌装机控制系统硬件设计
• 3.1 控制需求分析
• 3.1.1 电气控制
• 3.1.2 伺服控制
• 3.2 系统构成设计
• 3.2.1 硬件配置设计
• 3.2.2 输入输出I/O点定义
• 3.3 单元模块设计
• 3.3.1 主控部分
• 3.3.2 电气控制部分
• 3.3.3 伺服控制部分
• 3.4 模块连接图
• 3.5 伺服控制实现的功能
• 3.6 本章小结
• 第4章 灌装机控制系统软件设计
• 4.1 灌装机PLC控制程序设计
• 4.1.1 灌装机PLC控制程序设计思想
• 4.1.2 伺服控制程序设计
• 4.2 人机界面设计
• 4.2.1 工业触摸屏
• 4.2.2 人机界面设计软件
• 4.2.3 界面设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 灌装机灌注跟踪技术研究
• 5.1 灌装机自动跟踪系统组成及工作原理
• 5.1.1 灌装机自动跟踪系统组成及功能
• 5.1.2 灌装机自动跟踪系统工作原理
• 5.2 自动跟踪系统控制部分
• 5.2.1 伺服控制部分主要技术要求
• 5.2.2 伺服控制方案
• 5.3 灌装机自动跟踪系统跟踪运动规划算法
• 5.3.1 跟踪过程概述
• 5.3.2 自动跟踪系统初始状态
• 5.3.3 跟位运动规划
• 5.3.4 垂直下降运动规划
• 5.3.5 同步灌注
• 5.3.6 垂直上升及回程
• 5.4 仿真及实验分析
• 5.4.1 自动跟踪系统跟踪运动规划仿真
• 5.4.2 自动跟踪系统跟踪运动规划实验分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文