色彩傳感器的藥品檢測系統設計分析

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了一篇色彩傳感器的藥品檢測系統設計分析范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

凡是對熱敏感或在水溶液中不穩定的注射用藥品，一般均可采用冷凍干燥法制備注射用無菌粉末。這時，產品內包材的密封完整性便是保證注射劑質量的關鍵因素。藥品包裝系統密封性又稱容器密封完整性，是指包裝系統防止內容物損失、微生物侵入以及氣體（氧氣、空氣、水蒸氣等）或其他物質進入，保證藥品持續符合安全與質量要求的能力[1]。而在藥品存儲、轉運過程中，外界作用力、內外壓力等因素的影響會導致起密封作用的膠塞發生位移。例如，膠塞與注射劑瓶因材質不同，具有不同的熱膨脹系數，如果溫度大幅降低便會導致膠塞收縮更大，進而在膠塞冠部密封處產生一定的縫隙；微米級的微生物，尤其是直徑為0.3～0.4μm的缺陷假單胞菌非常容易通過這些縫隙進入到藥品中，進而引發污染。

一般來說，在注射劑的軋蓋工序中，未軋蓋產品會在目檢崗位被全部剔除，按照廢品被處理。而降低廢品量對于提高產品收率，尤其是對于高成本、高附加值的藥品的生產來說具有非常高的經濟價值；它在攤薄生產成本的同時，還能進一步響應國家通過藥品“集中帶量采購”降低患者用藥成本的需求。本文設計了一種針對未軋蓋產品的檢測系統，當產品在輸瓶軌道上經過傳感器時，系統便會對其進行非接觸式檢測。系統使用松下（Panasonic）數字式色彩傳感器LX-101的色彩模式作為檢測手段，其在色彩模式下，具有150μs的高速反應。該系統可同時利用三種顏色的LED光源，根據RGB比率辨別色標顏色，通過數字顯示即可對其進行簡單設定，對設定內容進行數字管理；通過內置的12bitA/D轉換器可以實現分辨率達1/4000的高精度判斷[2]。本系統實測結果表明：對于本單位使用的灰色的注射用氯化丁基橡膠塞與藍色的鋁塑組合蓋可實現100%的未軋蓋藥品的區分，可廣泛應用于未軋蓋產品的檢測。

1.利用色彩傳感器和PLC實現未軋蓋品分揀的技術分析

1.1軋蓋不合格品檢測系統原理

色彩傳感器又名顏色識別傳感器、顏色傳感器，它是通過將物體顏色同已經示教過的參考顏色進行比較來對顏色進行檢測的傳感器，當兩種不同顏色超出一定的誤差范圍時，便會輸出檢測結果[3]。LX-101色彩傳感器是本系統中一種重要的電氣元件，采用NPN型接線方式。將傳感器調整至色彩模式后，調整所發射LED光源焦距至灰色膠塞表面，使光斑清晰重合，在專業模式中設置顯示色調一致程度，在傳感器檢測到灰色膠塞后，將黑色信號線輸出連接至PLC輸入點位，PLC將控制真空電磁閥動作，分揀撥輪內部孔隙與系統真空連通，真空使未被軋蓋的產品在隨分揀撥輪改變運行軌道、轉運至特定的上升軌道后，將缺蓋產品運轉至軋蓋機的進瓶軌道；同時PLC信號輸出至蜂鳴器產生聲光報警，且觸摸屏可實現報警提示；另外，在PLC內部設計計數程序，計數累計達到10次將切斷軋蓋機主機調速器電路，軋蓋機就此停機，提示崗位操作人員檢查未軋蓋產品出現較多的原因，以便判斷是否需要對軋蓋機相關位置進行調節。

1.2主要研究內容

本文實現缺蓋檢測功能的設計主要內容如下：（1）根據LX-101色彩傳感器使用手冊中的產品特性及功能介紹，選擇軋蓋機出瓶撥輪作為色彩傳感器的檢測位置，并設計相應的分揀撥輪及附屬軌道，繪制相應的結構圖。相較于攝像頭設備，色彩傳感器不論是在硬件成本方面，還是在軟件開發難度方面都具有明顯優勢[4]。（2）根據LX-101色彩傳感器，進行歐姆龍（OMRON）PLC相應功能的程序設計，并與昆侖通泰（MCGS）觸摸屏完成組態，實現程序自動控制及觸摸屏監控、操等功能。

1.3主要研究意義

未軋蓋產品的出現原因及造成的影響主要有以下幾點：首先，軋蓋機的鋁蓋震蕩斗、輸蓋軌道因一些機械原因，會導致一定程度的卡蓋情況發生，按照原有軋蓋機的設計，短暫卡蓋過程即進行設備報警停機，這將極大地影響軋蓋機的運行速度，而操作人員糾正性的干預過程也將對無菌注射劑造成無菌風險；其次，當壓好膠塞的3ml注射劑瓶經過戴蓋部件時，由于φ13的膠塞所對應的鋁塑組合蓋同樣尺寸較小，戴蓋過程容易發生脫落等情況。而這些因卡蓋、掉蓋等原因造成的未軋蓋產品一旦流入一般生產區的目檢工序，便會被當做軋蓋不合格品進行廢棄處理，這將降低合格品的產出率，進而影響企業生產效益。本設計方案將未軋蓋產品分揀開來后使其再一次回到軋蓋工序，既保證了生產速率又降低了廢品率[5]。

2.硬件設計

2.1繪圖

繪制軋蓋機及未軋蓋產品檢測系統圖，增加分揀撥輪、相應的輸瓶軌道、色標傳感器等，如圖1所示。2.2電氣控制系統主要硬件的選型本方案基于監測系統的工藝要求進行了主要部件的選型，經試驗證明其能準確地實現自動控制，對保證未軋蓋檢測系統的穩定運行具有重要意義，具體選型清單如表1所示。2.3傳感器的安裝要求在LX-101色彩傳感器的色彩模式下，LED光源應垂直于被檢查物體的運動方向，兩顆M4帶墊螺絲會將檢測器固定于傳感器安裝支架MS-LX-1上，并將支架安裝在運行軌道邊緣。

2.4PLC電氣控制系統控制要求

本控制系統均采用輸入電壓為DC24V的電氣元件，色彩傳感器LX-101的色彩檢測功能檢測到灰色膠塞后，0.00端子外接SQ1閉合，100.00內部硬觸點閉合繼電器線圈通電，KA1控制的SMC電磁換向閥SV1閉合，分揀撥輪通道產生真空，未軋蓋產品隨分揀撥輪改變運行軌道，同時100.04內部硬觸點閉合，蜂鳴器HL1通電；未蓋塞產品經過光纖1后，0.01端子外接SQ2閉合，100.03內部硬觸點閉合，KA3線圈通電，KA3閉合觸點斷開，KA1線圈斷電，分揀撥輪失去真空，產品隨分揀撥輪繼續運動；未蓋塞產品經過光纖2后，0.02端子外接SQ3閉合，100.01內部硬觸點閉合，輸瓶電機M1運行，產品在上升輸送軌道繼續前進；未蓋塞產品經過光纖3后，0.03端子外接SQ4閉合，100.02內部硬觸點閉合，KA2線圈通電，KA2閉合觸點斷開，KM1線圈斷電，輸瓶電機M1停止；0.00外接SQ1每閉合一次，計數器程序計數一次，計數器功能塊具有相應的復位功能。根據控制要求，繪制了未軋蓋產品檢測系統PLC控制線路圖，如圖2所示。

3.軟件的設計

3.1自動控制程序設計要求

軋蓋生產過程要確保能夠安全高效進行，能夠連續穩定檢測出未軋蓋產品，并且要保證系統不影響原軋蓋機程序的運行。因此，為使該自動控制系統正常運行，要滿足以下幾方面的要求：（1）保證產品質量新增加的分揀撥輪、附屬輸瓶軌道等應運行平穩可靠，不發生碎瓶等狀況，以確保產品質量合格。（2）系統的適用性高本研究工作的主要目的是提高產品收率，降低生產成本。經過一系列改造應適用于大多數有此方面檢測需求的軋蓋機。

3.2基于歐姆龍CP1E的可編程序控制器程序設計

LX-101色彩傳感器的色彩模式是本文的主要檢測機構，其PLC運行程序則是未軋蓋不合格品檢測系統的核心，該檢測系統將未軋蓋產品分揀開來的功能是基于梯形圖程序設計實現的，電氣控制系統包括色彩傳感器、光纖傳感器、按鈕、中間繼電器、交流接觸器以及蜂鳴器等。具體的程序設計，如圖3所示。

3.3MCGS嵌入版組態環境的設計

實時監控操作畫面主要包括登錄界面與監控界面，其中登錄界面為了滿足設備操作權限要求，設置了三級登錄權限，防止外來無授權人員登錄本系統；與PLC連接后，監控界面輸入框采集計數器數據，主要監控累計報警數據，為操作人員判斷是否停機調節落蓋系統提供依據，復位按鈕對每批次數據具有復位功能，登錄界面及監控界面如圖4所示。

4.檢測系統驗證與應用

4.1檢測系統的驗證

依照本檢測系統軟件、硬件的設計，在正式使用前進行了系統的安裝確認、運行確認、性能確認，最終確認所設計的未軋蓋藥品檢測系統運行狀態良好。準備500只已軋蓋產品及10只未軋蓋產品對其性能進行驗證，設定軋蓋機在400瓶/min的正常速度下運行，將未軋蓋產品隨機混入已軋蓋產品中依次經過檢測器，連續施行該過程3次。結果發現10只未軋蓋產品均被區分開來，證明本系統運行可靠準確。

4.2加裝檢測系統前后未軋蓋

不合格品對比未安裝本檢測系統前，對產品批號20220205至20220401共計27批次目檢崗位未軋蓋不合格品數量進行統計，共計504瓶，目檢崗位發現平均每批次約產生19瓶該種類不合格品；安裝本檢測系統后，目檢崗位未發現此類不合格品的產生，證明該系統控制效果顯著。

5.結論

本文針對軋蓋機存在漏軋蓋而產生不合格品的問題，設計了一種基于色彩傳感器的未軋蓋不合格品檢測系統，該系統具有PLC程序控制，實現了自動化運行。這個系統附屬硬件結構簡單，檢測精度高，采用非接觸式測量，實現了藥品包裝完整性檢測的全自動監測與判斷功能，降低了操作人員監測的不穩定性。設備驗證及實際生產測試結果表明系統穩定性好，漏檢概率低，有效降低了軋蓋不合格品率，在對較為低端軋蓋機的改造中具有較好的應用價值?！?

【參考文獻】

[1]張蘭平，王寅，陳俊辰.化學仿制藥注射劑一致性評價研究要點解析[J].中國醫藥工業雜志，2021，52(10)：1386-1395.

[2]王良，李鴻.色標傳感器工作原理初探[J].中國井礦鹽，2008，(06)：28-30.

[3]韓燕茹，張燕，劉世豪.菠蘿自動去皮及顏色感應去凹坑聯合機研究[J].農機化研究,2015，(03)：146-149.

[4]王永彬，王益豪，崔正浩，等.基于TCS3200芯片的顏色識別語音報警系統及其應用[J].電子世界.2019，(05)：139-140.

[5]羅婧舒，楊偉，梁海孝，等.提高西林瓶分裝聯動線生產中軋蓋產品合格率的方法[J].化工設計通訊.2021，47(08):145-146+150.

作者:武小冬 董博 宋雯 安魁 王萌躍 單位:遼寧海思科制有限公司