开发中药胶囊微称重系统（VC++称重模块）

摘要

　　在中药胶囊生产过程中，国家对药物的称重和外形色差等方面有着严格的规范。就称重方面，《中国药品标准检验操作规范》要求，最大允许偏差不得超过药品本身重量的0.5%。本文是基于VC++编程软件，通过与称重采集模块的通讯来完成对中药胶囊微称重的实现。该课题来源于北京翰林精工科技有限公司。

　　工艺要求1秒钟测两次胶囊重量，且误差不超过相关规范要求的允许误差，本文主要介绍了以下三个方面的内容：

　　(1)系统的结构：系统由称重模块、数据采集模块、通讯模块、I/O模块、机械设备和PC机等构成。多路称重传感器称重胶囊，经放大单元把传感器信号转变为标准电信号后，再由数据采集模块把标准信号转化为数字量，利用通讯模块连接到PC机完成数据传输。PC机作出胶囊重量是否合格的判断，若是超出允许误差，则通过输出设置I/O模块实时剔除。

　　(2)数据采集的快速性和准确性：设计两种采集模块,分别通过PPI协议和ASCII命令完成对PLC模块和ADAM模块的信号采集，对比采集时间和精度选取最优方案。采取一些防干扰措施和算法来消除误差：自动剔除干扰数据，对有效值做平均处理；分别采用最小二乘法拟合和动态分段插值对传感器的非线性进行补偿。对比结果，选取更好的补偿算法。

　　(3)基于VC++的编程 ：利用MFC库设计上位机界面，完成称重数据的采集、分析和存储调用。其中数据的存储和调用是利用ADO接口访问Access数据库来实现。

　　实验结果表明，该系统能对胶囊实行高速自动检测，符合对高精度和高速性的要求，并能对重量超过上下偏差范围的胶囊自动剔除。人机界面友好，运行效果优良，达到预期效果。

　　关键词：数据采集；ADAM；PLC；非线性进行补偿；Access；VC++

Abstract

　　In traditional Chinese medicine capsule production process, the state have strict specifications on weighing and outline color difference of the drugs. As regards the weight, the practice for Drug Standards Inspection in China requires that the maximum allowable deviation shall not exceed the weight of the drug itself 0.5 percent.This article is mainly based on VC programming software, by communicating with the weighing and collecting module to complete the implementation of micro weighing system of traditional Chinese medicine.This subject comes from Beijing HanLin precision technology company.

　　The progress requires that measuring capsules twice in one second, and the error does not exceed the relevant regulatory requirements allow error. This paper mainly introduces the following three aspects:

　　(1) Structure of the system: the system is constucted by the weighing module, data acquisition module, communication module, I/O module, mechanical device and PC computer. Multi - channel load cells weight capsules, and the amplifier unit make sensor signal into standard signal, then let standard signals into digital content by the data acquisition module, using the communication modules connected to the PC drive to complete the data transfer.Wheather the weight of capsules is qualified is judged by the PC computer. If it exceeds the permissible error, use the output I/O module to remove immidiately. 

　　(2)Rapid performance and accuracy of collected data: using two types of acquisition modules, respectively, through the PPI Protocol and the ASCII command achieves the signal acquisition from Adam module and PLC module. Comparing the acquisition of time and accuracy, we select the best program. Take some of the anti -interference measures and algorithms to eliminate errors : Software automatically kicks out the error value, average processing done to a valid value, principle and segmentation Using least squares fitting and Interpolation of dynamic segmentation on nonlinear compensation of sensors.The results, select the better compensation.(3)Programming based on VC++ : Design of host computer interface using MFC library to complete the weighing data collection, analysis and storage of call. Where thedata store and is accomplished using ADO interfaces to access the Access database is called.

　　Experimental results show that this system can impose high - speed automatic on the capsules, in line with requirements for high precision and high speed .And over upper and lower deviation range of capsules are removed automatically. The system has friendly Man - Machine interface, excellent operating results, and the desired effect.

　　Keywords: data collection；ADAM；PLC；nonlinear compensation；Access；VC++

　　在我国，中药有着悠久的历史和文化背景，作为我国的国粹一直受到高度的重视和大力的支持，在国内外享有良好声誉，引来各界人士的推崇。这也大幅刺激了中药制造产品的需求量，激励着生产工业的效率不断提高和加快了质量改进的进程。

　　一直以来，我国的中药主要满足于国内市场的需求，在医药市场国际化趋势日益明显的今天，中药生产企业参与国际医药市场的竞争巳是大势所趋[1]。但是目前来说，我国中药的整体工业水平还很低，表现在生产企业多，规模小、生产工艺和设备落后等问题。所以要求我们中药企业利用现代科学技术，实施中药现代化科技产业行动，改造和重组我国传统中药产业，使中药生产自动化，极大提高我国中药产品的现代科技含量和市场竞争能力，使其成为我国新的经济增长点，进而推动中药产业发展[2]。现有的中成药制剂中剂型选择时多考虑胶囊剂，这是因为胶囊剂具有制备工艺相对简单、服用方便,易携带、贮存、剂量小等优点[3]。在采用胶囊剂的中药生产过程中，为了保障质量和生产工艺操作上的连续性，胶囊微称重这一环节显得尤其重要。工艺要求胶囊微称重系统要具有高精度性和高快速性等特性，并能及时发现重量不合格的产品。只有微称重系统达到上述要求，才能提高胶囊生产的产量和实现生产线的自动化，并提高生产企业在国内和国际上的竞争力。

　　通过长期的发展，我国的中药产业体系已基本上建立起来，在实践发展中也形成了系统的完整的大量的生产理论和管理经验。但是随着现代化水平的飞速发展及各学科、不同领域之间的的相互交叉渗透，尤其是工业竞争的日益加剧以及生产过程的自动化程度不断提高，中药生产在工艺和生产线自动化等方面上还要做出改进，以适应越来越高的要求[4]。目前，由于生产制药对现场环境要求很高，称重的精度和速度要求也很苛刻，胶囊称重的整体自动化程度不高，无论是在快速性还是规模上都不能与现代化生产匹配，这点也制约了我国中药产业的发展和竞争力。

　　所以中药胶囊微称重系统这一环节必须采用新技术和新理论来升级改造。怎样保证该系统能够达到微所要求的高精度性和高速性，完成中药胶囊逐粒的称重检测，并能自动剔除掉误差超过规范要求的重量不合格产品，是设计微称重系统的关键地方。由于胶囊称重的高精度性与高快速性，对设备的机械特性和误差分析也提出了很高的要求。机械上比如需要对所有接触部分电镀磨光 ，要安置气流护罩减少秤盘上空气的流动 。利用推杆实现胶囊1秒钟两次落到称重盘上，但又必须保证落到秤盘上很轻且很稳定。实际运用中设备是多通道的，因此需要保证各通道的同时运行不互相产生影响，通过对数据的采集进行误差分析，使的称重值准确或达到允许误差偏差以内。

　　整个系统在对时间、速度、设备机械特性、误差分析、上位机界面处理等诸多方面的要求，使得国内外目前为止还很少有设备满足课题的要求。下面对比本课题的要求，对一些市场上出现的胶囊微称重设备的性能、参数进行简要分析。深圳市联合华仪智能设备有限公司推出的KW90001AP/KW9002AP胶囊分选机。它的称重精度是±2mg,胶囊的称重容量是120,0000个/h，称重范围是20-1000mg。

　　本课题实验用胶囊为300mg左右，即实验允许误差为1.5mg。显然由于测量精度的问题，这款型号的胶囊称重设备达不到课题要求。华仪智能设备有限公司通过改进又推出了华仪灵通HY9705ZX型药片胶囊称重分选机。其采用一体化的新型重量分选技术，新型的重量分选机提供了单个药片或胶囊的高精度检测，改进后的精度可达到±1mg的称重精度。称重范围在0 - 2g。

　　称重速度90-110次/秒。其所有接触部分都使用不锈钢电镀磨光材质制成，新型完整的气流护罩可保护产品，并且减少了天平上的空气流动，从而减少外界干扰确保高精度。

　　开发中药胶囊微称重系统调试：

系统主界面图

单通道称重查看界面图

ADAM-4000 UTILITY主界面

模块扫描界面

ADAM4017 初始化

监测ADAM4017

目 录

　　摘 要
　　Abstract
　　目 录
　　第1章 绪论
　　　　1.1 研究背景及意义
　　　　1.2 研究现状
　　　　　　1.2.1 胶囊微称重的发展现状
　　　　　　1.2.2 称重传感器的发展现状
　　　　　　1.2.3 可视化的Windows开发工具的发展现状
　　　　1.3 研究内容
　　　　1.4 文章组织结构
　　第2章 微称重系统设计与数据采集
　　　　2.1 系统构成
　　　　　　2.1.1 称重传感器的选型
　　　　　　2.1.2 称重变送器的选型
　　　　　　2.1.3 系统机械设备设计
　　　　　　2.1.4 调速电机的选型
　　　　2.2 微称重数据采集
　　　　　　2.2.1 PLC与PC机之间的通信
　　　　　　2.2.2 PLC模块的数据采集
　　　　　　2.2.3 ADAM采集模块设计
　　　　　　2.2.4 ADAM模块的数据采集两种方案采集结果对比
　　　　2.3 本章小结
　　第3章 防干扰处理及传感器非线性补偿
　　　　3.1 干扰信号防止
　　　　3.2 自动采集有效数据平均值算法
　　　　3.3 传感器的非线性补偿
　　　　　　3.3.1 基于最小二乘法的曲线拟合
　　　　　　3.3.2 标定值做动态插值结点的线性插值补偿
　　　　3.4 本章小结
　　第4章 称重数据的存储和调用
　　　　4.1 ADO接口模型
　　　　4.2 数据库访问设计
　　　　4.3 本章小结
　　第5章 上位机软件调试
　　　　5.1 MFC应用程序框架
　　　　5.2 微称重系统界面设计
　　　　5.3 本章小结
　　第6章 总结与展望
　　参考文献
　　攻读硕士学位期间发表论文情况
　　致谢

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