基于FPGA的药片灌装控制系统设计

1. 前言

在新版药品GMP（Good Manufacturing Practices）总则出台后，国内制药企业为了适应新版GMP对医药包装机械的可说明性、可追踪性、在线检测、在线清洗以及全线监控等方面的要求，纷纷改进技术，以提高包装自动化水平和包装质量水平。

目前，在电子数粒机市场上以美国的DT包装集团、荷兰CREMER公司和瑞士ROMACO公司为主导的光电式数粒机占据全球市场的90%；国内提供光电数粒设备的几十家公司主要采用光电管方式，且运行速度、精确度、稳定性等方面与进口设备有相当大的差距。尤其是在高速、高精确度生产条件下使用的技术还有待进一步提高。本课题为了满足高速、高精确度的需要，设计开发了基于FPGA和红外对管的电子数粒机。

该数粒机与传统光电管式数粒机相比，分辨率更高、计数速度更快、灌装精度更准。同时还可以检测出药片尺寸和粘连，以便剔除装入不合格药片的药瓶，从而大大提高了设备的数粒效率和灌装质量。

基于FPGA的药片灌装控制系统是以FPGA为主控芯片，对基于DSP药片灌装机进行革命性改造的一次全新课题。它主要包括：基于以太网的药片灌装生产线的工业局域网设计、基于modbus协议的人机通信、基于FPGA的工业控制系统等。本次的设计任务是：利用Atlys Spartan-6 开发套件进行药品灌装生产线工业局域网的组建及与触摸屏通信的研究以及基于FPGA药片灌装控制系统的软件研究。

1、项目原理图

1.1 基于以太网的工业局域网研究

利用Atlys Spartan-6 开发套件上的以太网接口设计灌装生产线的工业局域网实现灌装设备、理瓶设备、塞纸设备、搓盖设备、塑封设备与监控主机之间的通信实现灌装生产线的远程监控，实现灌装车间的无人化操作从而达到GMP标准。

1.2基于modbus协议的人机通信

利用Atlys Spartan-6 开发套件上的RS232接口实现FPGA控制板与维纶MT506TV触摸屏的连接，基于modbus协议实现FPGA系统与触摸屏的通信。

1.3基于FPGA的工业控制系统

FPGA控制系统包括：8通道光电检测系统的信号采集；8通道气缸控制；送瓶电机的转速、转向控制；检瓶传感器信号采集和档瓶汽缸的控制。

1.4 八通道观点检测系统

利用直径为2mm的红外线对管搭建的光电检测系统，每一通道有8对红外线对管利用8路模拟开关（CD4051）程序给出三路扫描信号对空间进行扫描，信号经放大及调理输出。

1.5八通道气缸控制

8通道气缸控制就是根据检测到达到设定单瓶数量时关闭八个气缸，当检瓶传感器检测到新的药瓶到达指定位置后开启气缸。

1.6送瓶电机控制系统

利用软件实现送瓶电机的开启、关闭、转速、转向的控制。