基于FPGA的藥片灌裝控制系統設計

1. 前言

在新版藥品GMP（Good Manufacturing Practices）總則出臺后，國內制藥企業(yè)為了適應新版GMP對醫藥包裝機械的可說(shuō)明性、可追蹤性、在線(xiàn)檢測、在線(xiàn)清洗以及全線(xiàn)監控等方面的要求，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，在電子數粒機市場(chǎng)上以美國的DT包裝集團、荷蘭CREMER公司和瑞士ROMACO公司為主導的光電式數粒機占據全球市場(chǎng)的90%；國內提供光電數粒設備的幾十家公司主要采用光電管方式，且運行速度、精確度、穩定性等方面與進(jìn)口設備有相當大的差距。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(jìn)一步提高。本課題為了滿(mǎn)足高速、高精確度的需要，設計開(kāi)發(fā)了基于FPGA和紅外對管的電子數粒機。

該數粒機與傳統光電管式數粒機相比，分辨率更高、計數速度更快、灌裝精度更準。同時(shí)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，從而大大提高了設備的數粒效率和灌裝質(zhì)量。

基于FPGA的藥片灌裝控制系統是以FPGA為主控芯片，對基于DSP藥片灌裝機進(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(xiàn)的工業(yè)局域網(wǎng)設計、基于modbus協(xié)議的人機通信、基于FPGA的工業(yè)控制系統等。本次的設計任務(wù)是：利用Atlys Spartan-6 開(kāi)發(fā)套件進(jìn)行藥品灌裝生產(chǎn)線(xiàn)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(kāi)發(fā)套件上的以太網(wǎng)接口設計灌裝生產(chǎn)線(xiàn)的工業(yè)局域網(wǎng)實(shí)現灌裝設備、理瓶設備、塞紙設備、搓蓋設備、塑封設備與監控主機之間的通信實(shí)現灌裝生產(chǎn)線(xiàn)的遠程監控，實(shí)現灌裝車(chē)間的無(wú)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(kāi)發(fā)套件上的RS232接口實(shí)現FPGA控制板與維綸MT506TV觸摸屏的連接，基于modbus協(xié)議實(shí)現FPGA系統與觸摸屏的通信。

1.3基于FPGA的工業(yè)控制系統

FPGA控制系統包括：8通道光電檢測系統的信號采集；8通道氣缸控制；送瓶電機的轉速、轉向控制；檢瓶傳感器信號采集和檔瓶汽缸的控制。

1.4 八通道觀(guān)點(diǎn)檢測系統

利用直徑為2mm的紅外線(xiàn)對管搭建的光電檢測系統，每一通道有8對紅外線(xiàn)對管利用8路模擬開(kāi)關(guān)（CD4051）程序給出三路掃描信號對空間進(jìn)行掃描，信號經(jīng)放大及調理輸出。

1.5八通道氣缸控制

8通道氣缸控制就是根據檢測到達到設定單瓶數量時(shí)關(guān)閉八個(gè)氣缸，當檢瓶傳感器檢測到新的藥瓶到達指定位置后開(kāi)啟氣缸。

1.6送瓶電機控制系統

利用軟件實(shí)現送瓶電機的開(kāi)啟、關(guān)閉、轉速、轉向的控制。