基于FPGA的藥片灌裝控制系統(tǒng)設(shè)計

1. 前言

在新版藥品GMP（Good Manufacturing Practices）總則出臺后，國內(nèi)制藥企業(yè)為了適應(yīng)新版GMP對醫(yī)藥包裝機械的可說明性、可追蹤性、在線檢測、在線清洗以及全線監(jiān)控等方面的要求，紛紛改進技術(shù)，以提高包裝自動化水平和包裝質(zhì)量水平。

目前，在電子數(shù)粒機市場上以美國的DT包裝集團、荷蘭CREMER公司和瑞士ROMACO公司為主導(dǎo)的光電式數(shù)粒機占據(jù)全球市場的90%；國內(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，且運行速度、精確度、穩(wěn)定性等方面與進口設(shè)備有相當大的差距。尤其是在高速、高精確度生產(chǎn)條件下使用的技術(shù)還有待進一步提高。本課題為了滿足高速、高精確度的需要，設(shè)計開發(fā)了基于FPGA和紅外對管的電子數(shù)粒機。

該數(shù)粒機與傳統(tǒng)光電管式數(shù)粒機相比，分辨率更高、計數(shù)速度更快、灌裝精度更準。同時還可以檢測出藥片尺寸和粘連，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，對基于DSP藥片灌裝機進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、基于modbus協(xié)議的人機通信、基于FPGA的工業(yè)控制系統(tǒng)等。本次的設(shè)計任務(wù)是：利用Atlys Spartan-6 開發(fā)套件進行藥品灌裝生產(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)計灌裝生產(chǎn)線的工業(yè)局域網(wǎng)實現(xiàn)灌裝設(shè)備、理瓶設(shè)備、塞紙設(shè)備、搓蓋設(shè)備、塑封設(shè)備與監(jiān)控主機之間的通信實現(xiàn)灌裝生產(chǎn)線的遠程監(jiān)控，實現(xiàn)灌裝車間的無人化操作從而達到GMP標準。

1.2基于modbus協(xié)議的人機通信

利用Atlys Spartan-6 開發(fā)套件上的RS232接口實現(xiàn)FPGA控制板與維綸MT506TV觸摸屏的連接，基于modbus協(xié)議實現(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通道光電檢測系統(tǒng)的信號采集；8通道氣缸控制；送瓶電機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向控制；檢瓶傳感器信號采集和檔瓶汽缸的控制。

1.4 八通道觀點檢測系統(tǒng)

利用直徑為2mm的紅外線對管搭建的光電檢測系統(tǒng)，每一通道有8對紅外線對管利用8路模擬開關(guān)（CD4051）程序給出三路掃描信號對空間進行掃描，信號經(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)檢測到達到設(shè)定單瓶數(shù)量時關(guān)閉八個氣缸，當檢瓶傳感器檢測到新的藥瓶到達指定位置后開啟氣缸。

1.6送瓶電機控制系統(tǒng)

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