基于FPGA的藥片灌裝控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 前言

在新版藥品GMP（Good Manufacturing Practices）總則出臺(tái)后，國(guó)內(nèi)制藥企業(yè)為了適應(yīng)新版GMP對(duì)醫(yī)藥包裝機(jī)械的可說明性、可追蹤性、在線檢測(cè)、在線清洗以及全線監(jiān)控等方面的要求，紛紛改進(jìn)技術(shù)，以提高包裝自動(dòng)化水平和包裝質(zhì)量水平。

目前，在電子數(shù)粒機(jī)市場(chǎng)上以美國(guó)的DT包裝集團(tuán)、荷蘭CREMER公司和瑞士ROMACO公司為主導(dǎo)的光電式數(shù)粒機(jī)占據(jù)全球市場(chǎng)的90%；國(guó)內(nèi)提供光電數(shù)粒設(shè)備的幾十家公司主要采用光電管方式，且運(yùn)行速度、精確度、穩(wěn)定性等方面與進(jìn)口設(shè)備有相當(dāng)大的差距。尤其是在高速、高精確度生產(chǎn)條件下使用的技術(shù)還有待進(jìn)一步提高。本課題為了滿足高速、高精確度的需要，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于FPGA和紅外對(duì)管的電子數(shù)粒機(jī)。

該數(shù)粒機(jī)與傳統(tǒng)光電管式數(shù)粒機(jī)相比，分辨率更高、計(jì)數(shù)速度更快、灌裝精度更準(zhǔn)。同時(shí)還可以檢測(cè)出藥片尺寸和粘連，以便剔除裝入不合格藥片的藥瓶，從而大大提高了設(shè)備的數(shù)粒效率和灌裝質(zhì)量。

基于FPGA的藥片灌裝控制系統(tǒng)是以FPGA為主控芯片，對(duì)基于DSP藥片灌裝機(jī)進(jìn)行革命性改造的一次全新課題。它主要包括：基于以太網(wǎng)的藥片灌裝生產(chǎn)線的工業(yè)局域網(wǎng)設(shè)計(jì)、基于modbus協(xié)議的人機(jī)通信、基于FPGA的工業(yè)控制系統(tǒng)等。本次的設(shè)計(jì)任務(wù)是：利用Atlys Spartan-6 開發(fā)套件進(jìn)行藥品灌裝生產(chǎn)線工業(yè)局域網(wǎng)的組建及與觸摸屏通信的研究以及基于FPGA藥片灌裝控制系統(tǒng)的軟件研究。

1、項(xiàng)目原理圖

1.1 基于以太網(wǎng)的工業(yè)局域網(wǎng)研究

利用Atlys Spartan-6 開發(fā)套件上的以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)灌裝生產(chǎn)線的工業(yè)局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)灌裝設(shè)備、理瓶設(shè)備、塞紙?jiān)O(shè)備、搓蓋設(shè)備、塑封設(shè)備與監(jiān)控主機(jī)之間的通信實(shí)現(xiàn)灌裝生產(chǎn)線的遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)灌裝車間的無人化操作從而達(dá)到GMP標(biāo)準(zhǔn)。

1.2基于modbus協(xié)議的人機(jī)通信

利用Atlys Spartan-6 開發(fā)套件上的RS232接口實(shí)現(xiàn)FPGA控制板與維綸MT506TV觸摸屏的連接，基于modbus協(xié)議實(shí)現(xiàn)FPGA系統(tǒng)與觸摸屏的通信。

1.3基于FPGA的工業(yè)控制系統(tǒng)

FPGA控制系統(tǒng)包括：8通道光電檢測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)采集；8通道氣缸控制；送瓶電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向控制；檢瓶傳感器信號(hào)采集和檔瓶汽缸的控制。

1.4 八通道觀點(diǎn)檢測(cè)系統(tǒng)

利用直徑為2mm的紅外線對(duì)管搭建的光電檢測(cè)系統(tǒng)，每一通道有8對(duì)紅外線對(duì)管利用8路模擬開關(guān)（CD4051）程序給出三路掃描信號(hào)對(duì)空間進(jìn)行掃描，信號(hào)經(jīng)放大及調(diào)理輸出。

1.5八通道氣缸控制

8通道氣缸控制就是根據(jù)檢測(cè)到達(dá)到設(shè)定單瓶數(shù)量時(shí)關(guān)閉八個(gè)氣缸，當(dāng)檢瓶傳感器檢測(cè)到新的藥瓶到達(dá)指定位置后開啟氣缸。

1.6送瓶電機(jī)控制系統(tǒng)

利用軟件實(shí)現(xiàn)送瓶電機(jī)的開啟、關(guān)閉、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向的控制。