现代控制技术在中药智能配药系统中的应用

Ｕ轴上。另外，Ｘ、Ｙ轴上各有左右限位开关和原点接近开关３个，Ｚ轴有原点接近开关１个，这样，共７个接近开关接到Ｃ２００ＨＥＮＣ４１３上。该模块以不超过１０ｍｓ的响应时间从ＰＬＣ内存取得命令，在５００ｋｐ／ｓ的高频脉冲下与ＰＬＣ内存数据建立映射关系，完成通过修改内存数据定位伺服电机和步进电机的位置以及通过内存数据反馈伺服电机和步进电机的位置情况的功能。

１．１．２ 伺服电机控制电路

在本系统中，配置了两个ＯＭＲＯＮ公司的ＳＭＡＲＴＳＴＥＰ Ａ伺服系统，对Ｘ、Ｙ轴完成定位操作，具体控制电路如图３所示。其中包括四轴位置控制模块Ｃ２００ＨＥ－ＮＣ４１３、通用控制电缆Ｒ８８Ａ－ＣＰＵ００２Ｓ、伺服驱动器Ｒ７Ｄ－ＡＰ０４Ｈ、伺服电机Ｒ７Ｍ－Ａ４００３０－ＢＳ１（为带制动器的带键直轴圆柱形电机）。图中，ＣＮ１代表伺服驱动器，ＣＮ２代表与伺服电机同轴的分辨率为２０００脉冲／转的光学增量型编码器用连接器，它可以完成从驱动器到伺服电机的具有位置反馈和速度反馈的闭环控制。在伺服电机中，Ｍ代表电机本身，Ｅ代表编码器，Ｂ代表动力制动器。由于固定脉冲代表固定距离，因此当伺服电机接收到控制系统发出的若干条脉冲指令后，就可以完成预定的定位。在本系统中，设置电机的分辨率为５０００脉冲／转（０．０７２度／步），伺服电机连接的同轴减速器比例为３?１，其带动导轨移动的速率为６０ｍｍ／转。因此，伺服电机带动导轨移动的速率为２０ｍｍ／５０００脉冲。伺服电机控制电路的控制原理为：位置控制单元从设备处得到各种控制信号，并根据不同药罐间的距离与２０ｍｍ／５０００脉冲的数据大致算出映射到四轴位置控制模块ＮＣ４１３在ＰＬＣ中的脉冲数据；然后通过通用控制电缆输出高速脉冲给伺服驱动器，由其驱动伺服电机，使之根据误差反馈自动微调该数据，最终达到精确定位的目的。

图4 步进电机控制电路

    １．１．３ 步进电机控制电路

步进电机驱动器与Ｃ２００ＨＥ－ＮＣ４１３的连线类似于图３中伺服电机驱动器与Ｃ２００ＨＥ－ＮＣ４１３的连线，而步进电机驱动器与步进电机间的连线则如图４所示。本系统中控制机械手摆动的步进电机采用ＳＴＯＮＥ公司的８６ＢＹＧ２５０Ｂ，驱动器采用ＳＴＯＮＥ公司的混合式步进电机驱动器ＳＨ２０８０６Ｃ；控制送袋与推袋的两个步进电机采用ＳＡＮＹＯ公司的１０３Ｈ５４８，驱动器采用ＳＴＥＰ公司的四相混合式步进电机细分驱动器ＳＴ４ＨＢ０３Ｘ。步进电机的控制类型为不具有位置反馈功能的开环控制，控制方法为在确定运动起点与终点的基础上，将位移或角度改变以２００脉冲／转（０．１８度／步）为分辨率转变为脉冲数，写入映射在ＮＣ４１３中的内存位置，从而控制步进电机完成定位。

１．２ 系统工作步骤

系统中有各种电机、限位、定位用传感器以及与真空气泵连接的电磁阀，可以完成取空药袋、打开空药袋及封装、输送药袋等功能，其工作时序见图５。

图5 系统工作时序图

    １．３ ＰＬＣ程序实现

利用ＯＭＲＯＮ的编程软件ＣＸ－Ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒ完成梯形图的编写，程序包括如下六个模块：

（１）初始化模块，其功能是将ＰＬＣ的内存单元初始化，进行电气部分的归零操作，目的是为配药系统进行运转做好准备，防止误操作对系统造成不可挽回的破坏；

（２）接收模块，其功能是接收上位机界面中输入的二进制编码的信息（包括药品种类、数量、贴数等），存入预先定义的内存单元；

（３）发送模块，其功能是将药品种类、数量等按照数据库与伺服电机结构中已定义的方式分别转变为下药直流电机位置和转动圈数，并发送到集成电路板，完成下药操作；

（４）反馈模块，其功能是接收来自集成电路板的直流电机转动停止（即规定重量下药动作完成）的反馈信号；

（５）控制模块，其功能是在确定下药过程完成后，驱动机械手完成取空药袋、打开空药袋、定位及集药等任务，并驱动药袋封口装置动作，触发直流电动机带动皮带转动，送出药品；

（６）故障处理模块，其功能是接收各处传感器反馈的接近或故障信号，随时停止系统的配药动作，以进行故障处理。

《现代控制技术在中药智能配药系统中的应用(第2页)》