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中藥丸的蠟封包裝是中藥丸制作的最后一道工藝過程其工藝要求嚴(yán)格，操作過程復(fù)雜，采用人工包裝不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)工效率很低，而且很難做到無菌操作。因此，釆用自動(dòng)包裝機(jī)械完成中藥丸的包裝是一項(xiàng)勢(shì)在必行的工作。

主推進(jìn)電機(jī)

中藥丸蠟封包裝工藝過程包括進(jìn)蠟料、分段加溫、 制蠟帶、滅菌、制殼封裝、計(jì)量等步驟（參見圖1K機(jī)械 化完成這一工藝過程•對(duì)控制系統(tǒng)的具體要求是時(shí)①時(shí) 多點(diǎn)的溫度值｛本例8路）進(jìn)行測(cè)量、顯示，并對(duì)其中的 某些溫度點(diǎn)（本例4路）實(shí)行控制,誤差保證在士LC之 內(nèi)狠2）步進(jìn)電機(jī)要與主推進(jìn)電機(jī)協(xié)調(diào)配合，以便產(chǎn)生均 勻厚度的蠟帶；③）對(duì)封裝好的蠟丸進(jìn)行計(jì)量、統(tǒng)計(jì)，并 顯示結(jié)果:④對(duì)進(jìn)料（包括藥丸和蠟料）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，無料 報(bào)警卜⑤打印各路溫度設(shè)定值實(shí)際值和蠟丸統(tǒng)計(jì)結(jié) 果;⑥具有自動(dòng)、手動(dòng)切換功能，手動(dòng)時(shí)仍需具有顯示、 打印報(bào)警等功能。

考慮到現(xiàn)場(chǎng)操作人員的操作習(xí)慣，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,數(shù)字顯示的 設(shè)定盡可能采用直觀方式，如溫度設(shè)定采用拔盤,控制參數(shù)的修改采 用手動(dòng)開關(guān)•因而各種參數(shù)的輸入量較多°我們釆用了雙單片機(jī)系統(tǒng)" 1雙單片機(jī)控制系統(tǒng)工作原 理

由兩片8031單片機(jī)構(gòu)成的雙機(jī)系統(tǒng)如圖2所示，兩單片機(jī)并行 工作,單片機(jī)之間由鎖存器進(jìn)行數(shù) 據(jù)緩沖、并行通訊•進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，單片機(jī)I是檢測(cè)單元,它對(duì)8 路溫度進(jìn)行巡回檢測(cè)，測(cè)量值經(jīng)過軟件數(shù)字濾波、標(biāo)度變換后，成為實(shí)際溫度值。把這些 實(shí)際溫度值經(jīng)鎖存器，依次送往單片機(jī)I ,同時(shí)，把各 種溫度值轉(zhuǎn)換成供顯示用的段碼，并把這些段碼經(jīng)串 行口輸出•經(jīng)串、并轉(zhuǎn)換•成為并行的段碼•驅(qū)動(dòng)LED 顯示器顯示相應(yīng)溫度值。對(duì)包好的蠟丸進(jìn)行計(jì)數(shù)，完成 班次工作量統(tǒng)計(jì)°蠟丸經(jīng)安裝在蠟丸經(jīng)過路徑上的紅 外光電傳感器檢測(cè),檢測(cè)信號(hào)送入單片機(jī)】的片內(nèi)計(jì) 數(shù)器，即可完成蠟丸計(jì)數(shù)。對(duì)蠟料及藥丸的數(shù)量進(jìn)行監(jiān) 測(cè)、一旦發(fā)現(xiàn)蠟料或藥丸數(shù)量低于某一值時(shí)，進(jìn)行報(bào)警 提示.蠟料及藥丸的檢測(cè)也采用紅外光電傳感器接有 一臺(tái)面板式安裝的微型打印機(jī)，并設(shè)有一個(gè)打印按鈕= 如操作者按下打印按鈕，單片機(jī)】首先査詢打印機(jī)狀 態(tài)•如打印機(jī)空閑，則向打印機(jī)輸岀數(shù)據(jù)•然后再査詢. 打印機(jī)空閑時(shí)則再次輸出數(shù)據(jù),直到所有數(shù)據(jù)打印完 畢.

單片機(jī)O是一個(gè)控制單元，它接收單片機(jī)I 1專送 的8路溫度測(cè)量值，其中4路受控溫度值的設(shè)定由安 裝在面板上的4組3位BCD碼撥盤完成。另外,通過 緩沖器接有6組8位手動(dòng)開關(guān)，作為各種控制參數(shù)的 修正，如步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整量的修正等.單片機(jī)I的控 制對(duì)象有兩個(gè)，一個(gè)是4路溫度值的控制，還有一個(gè)是 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

圖Z雙單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖

 15

根據(jù)工藝要求，有4個(gè)控溫區(qū)域，即頊熱區(qū)、壻融 區(qū)、低溫區(qū)及擠壓-封裝區(qū).每個(gè)區(qū)域有不同溫度設(shè)定 值=在控溫方式上自動(dòng)控制時(shí)采用■'調(diào)功”方式，即控制 在一個(gè)控制周期內(nèi)雙向可控硅導(dǎo)通的波頭數(shù)來達(dá)到控 溫目的=

控溫功率為，

P=§、Po                                             (1)

Po---- 個(gè)周期內(nèi)可控硅全導(dǎo)通控溫功率；

P----- 個(gè)周期內(nèi)可控硅實(shí)際控溫功率，

N----- 個(gè)周期內(nèi)全部波頭數(shù)，

n--------- 個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通的波頭數(shù).

手動(dòng)控制時(shí)釆用雙向可控硅"調(diào)相”方式工作，即 通過改變雙向可控硅控制甫來達(dá)到控溫目的。手動(dòng)控 制電路如圖3所示.

 

圖3手動(dòng)溫控電路原理圖

圖3中的Rw為裝在機(jī)板上的帶有指針指示的多 圈電位器，調(diào)節(jié)Rw分壓點(diǎn)，使比較器B得到不同比較 電壓，比較器I的輸岀矩形波前沿在接近180。范圍內(nèi) 移動(dòng)，達(dá)到調(diào)相控溫目的，

2步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的自適應(yīng)調(diào)節(jié)

步進(jìn)電機(jī)用于完成蠟帶的制殼、藥丸的分丸及蠟 丸的擠壓封裝等工序。歩進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)與蠟帶擠出速 度相配合.以滿足工藝要求。步機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入信號(hào) 為脈沖方式，脈沖寬度大于5微秒，每個(gè)昧沖對(duì)應(yīng)電機(jī) 轉(zhuǎn)甫為0- 36。，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速為n時(shí)，對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)器輪 入信號(hào)頻率A為：

f — 71X 360

八 _60X360

周期T”為，

T»=y             (3)

采用單片機(jī)I片內(nèi)的T。作為定時(shí)器，將Tc定時(shí) 時(shí)間設(shè)定為Tn,當(dāng)定時(shí)時(shí)間到產(chǎn)生定時(shí)中斷時(shí)，在 中斷程序中發(fā)出一個(gè)寛度為5餓秒的脈沖,即可使歩 進(jìn)電機(jī)獲得頻率為/„的控制脈沖序列.

將T。設(shè)置為16位定時(shí)器,則有"

 

T——定時(shí)時(shí)間：

X—— 定時(shí)時(shí)間對(duì)應(yīng)定時(shí)常數(shù)，

——系統(tǒng)時(shí)鐘頻率.

根據(jù)工藝要求,n = 20轉(zhuǎn)/分.將其代入(2)及(3), 可得"

,20X360              1000.u 、

兀=時(shí)頑=寸& 升=土 =高=°•海⑴ 將 丁 = 7> =。? 12M 代入〔4) s

X = 2的一T" - ' =°- 003 X L2-1S

=62536 = F4 48 (H')

在實(shí)際工作中.考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)推進(jìn)電機(jī) 轉(zhuǎn)速有影響，影響蠟帶擠出速度,另外.蠟制供給速度 的變化也會(huì)影響蠟帶擠出速度。因而，如果步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn) 速不變,也就是制殼、蠟丸封裝速度不變，而蠟帶擠岀 速度有快有慢，就會(huì)岀現(xiàn)或者蠟帶擠出過慢被拉斷.或 者蠟帶擠出速度過快而重聲.因而，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速必須 根據(jù)工況自動(dòng)調(diào)整。歩進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整根據(jù)蠟帶狀 態(tài)來進(jìn)行。在蠟帶的上方及下方各裝有一對(duì)紅外光電 發(fā)射、接收管，當(dāng)蠟帶擠出速度與制殼、封裝蠟丸的速 度不適應(yīng)，過快或過慢時(shí),蠟帶下垂或拉直均會(huì)擋住紅 外光束,單片機(jī)I測(cè)到信號(hào)后，對(duì)T。定時(shí)常數(shù)值作相 應(yīng)改變，即蠟帶擠出速度過快的To定時(shí)常數(shù)增加，步 進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快I蜻帶擠出速度過慢時(shí)T。定時(shí)常數(shù)減 小，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，即根據(jù)步進(jìn)電機(jī)前次狀態(tài)與本 次狀態(tài)，來決定如何對(duì)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整。我們用 X = “l”表示步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速過快.用X=“0”表示步進(jìn) 電機(jī)轉(zhuǎn)速過慢，則

IF X,t = 1

其中，T為本次裝入的定時(shí)器常數(shù);T,_,為前次裝 入的定時(shí)器常數(shù)為定時(shí)器常數(shù)增量.

 

當(dāng)由于某種原因引起蠟帶擠岀速度改變，單片機(jī) H能不斷采集信息、判斷后調(diào)整定時(shí)器常數(shù).使歩進(jìn)電 機(jī)不斷調(diào)整轉(zhuǎn)速，達(dá)到與蠟帶擠岀速度的協(xié)調(diào)配合、保 證系統(tǒng)的正常工作。

3溫控算法

中藥丸包裝機(jī)蠟料的溫度控制是非常重要的。根 據(jù)工藝要求,在蠟料的擠壓、熔融、制帶過程中，必統(tǒng)嚴(yán) 格保證各點(diǎn)的溫度值在允許的范圍內(nèi)，溫度過高或過

《電子技術(shù)應(yīng)用》1996年第2期
低，均會(huì)影響制殼和包丸結(jié)果。蠟料的溫度控制具有三 個(gè)特點(diǎn)，一是蠟料加熱過程的慣性較大,二是各溫控點(diǎn) 之間存在耦合;三是蠟料速度并不能保證恒定，即溫控 對(duì)象具有時(shí)變性*

常規(guī)PID控制器由于算法簡(jiǎn)單，有較好的穩(wěn)定性 和可靠性，在工業(yè)過程控制中得到較廣泛應(yīng)用，但對(duì)具 有大慣性和時(shí)變特性的對(duì)象，難以收到理想控制效果，

為了保證控溫精度，我們?cè)谧屑?xì)研究了常規(guī)PID 控制器參數(shù)對(duì)控制性能影響的基礎(chǔ)上，采用了 一種基 于知識(shí)的PID參數(shù)專家校正算法，該校正算法能根據(jù) 響應(yīng)過程中誤差大小以及PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能影響 的知識(shí)實(shí)時(shí)在線調(diào)整PID參數(shù),從而改善PID控制器 的動(dòng)靜特性.并使之具有一定的魯棒性,提高對(duì)大慣 性、時(shí)變系統(tǒng)的適應(yīng)性。

本文的帶參數(shù)專家校正算法的增量式數(shù)字PID 控制器輸出為：

△ j= Kpt （母一 土_]）一K|B + Kdi〔勺一2為十角—2.）      < 5.）

式中：

KpiKh'Km—i時(shí)刻的PID控制參數(shù)；

Kp, = Kp„ + a, （ Iei I J - Kpo         — 0. 5^ai^0- 5

Ki1 = K[0 + a!C |es I ） > Kt               —5具％<0-5

Ke* = Kdo + as<. |ej ） , Ku, — 0. 5^a；^0- 5 Kp^KmKm—傳統(tǒng)整定方法得出的一組PID 參數(shù)I

a，|e, I丿皿（'e, I > q（ |e」）-- PID參數(shù)按|e丨動(dòng)

態(tài)校正系數(shù)。

本參數(shù)校正規(guī)師基于如下PID控制知識(shí)：

• |e較大時(shí),控制器以提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度為
  主，e|較小時(shí)，以提高靜態(tài)精度為主.
• Kp主要影響響應(yīng)速度* Kp越大，響應(yīng)越快，但 Kp太大會(huì)引起較大超調(diào),產(chǎn)生振蕩。
• K『主要影響靜態(tài)精度，消除靜差，穩(wěn)態(tài)時(shí),K：越 太，靜態(tài)精度越高，但積分作用太強(qiáng)會(huì)使動(dòng)態(tài)性能變 差*

匝Kn主要改善動(dòng)態(tài)特性，增大Kd有利于加快系 統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)減小，穩(wěn)定性增加'但系統(tǒng)對(duì)擾動(dòng)的抑 制能力減弱•

依據(jù)以上PID控制知識(shí)，結(jié)合誤差ie這一特征 量，可總結(jié)出弓、8、皿校正系數(shù)校正規(guī)則：

規(guī)則1：調(diào)整氣，按仏丨由大到小，電逐浙減小，既 可提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，又不致影響靜態(tài)穩(wěn)定性.

規(guī)則幻調(diào)整％,按lei由大到小皿逐漸增大，既 可保證靜態(tài)精度，又減小積分累計(jì)超調(diào)-

規(guī)則3：調(diào)整％,按|e|由大到小，逐漸減小，在不 影響穩(wěn)態(tài)抗干擾能力下，改善系統(tǒng)特性.

為便于計(jì)算機(jī)處理，將％、皿和七根據(jù)以上規(guī)則 做成系數(shù)表，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試得到滿意效果后，存于存儲(chǔ) 區(qū)，使用時(shí)直接調(diào)用I系數(shù)表略。

采用PID參數(shù)專家校正算法后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)使用表明， 確實(shí)改善了系統(tǒng)的動(dòng)靜特性，提高了控溫精度。茱用常規(guī)PID算法時(shí)各溫度點(diǎn)超調(diào)一般在2*0左右，釆用 PID參數(shù)專家校正算法后，超調(diào)控制在IX?以內(nèi).達(dá)到 系統(tǒng)控溫精度要求.

 

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