一种小剂量自动灌装设备及其PLC控制系统的制作方法

本发明涉及小剂量液体自动灌装设备，具体而言，涉及一种小剂量自动灌装设备及其plc控制系统。

背景技术：

1、可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)，一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行，可编程控制器由cpu、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成，早期的可编程逻辑控制器只有逻辑控制的功能，所以被命名为可编程逻辑控制器，后来随着不断地发展，这些当初功能简单的计算机模块已经有了包括逻辑控制、时序控制、模拟控制、多机通信等各类功能；plc在灌装领域中应用的非常广泛，但是在灌装时常常会出现因为灌装设备的不确定，造成plc程序设定问题，出现灌装错误的情况，并且在灌装的过程中，无法进行多种检测，也无法进行plc程序的自主变成，更无法根据灌装设备、灌装物料等进行自主微调plc程序。

2、在标准溶液制备、生物学、化学、医学、制药等实验操作中离不开少量或微量液体的灌装，目前实验室普遍是人工量取灌装，当遇到大批量实验的灌装操作时，人工操作既繁琐又费时。目前市场上的自动化灌装设备的灌装容量可达到上万毫升，主要应用在在食品行业、饮料行业、日化行业等大剂量液体的灌装，设备占地面积大，且灌装液体剂量大，不适用于实验室操作中的小剂量液体批量灌装实验。

3、在技术方面，标准溶液的分装需要更精细的控制和操作方式，而大型灌装设备通常是为大规模生产设计的，其技术和结构无法满足实验室小剂量的操作要求；在成本方面，大型灌装设备成本较高，购买、维护和运行费用均不适合实验室小剂量使用的低需求场景，会造成资源浪费；在效率方面，虽然大型设备在大规模生产中效率高，但对于小剂量灌装，其启动、调整和操作过程可能较为繁琐，从而导致效率不高；在精度方面，大型设备的精度难以满足实验室小剂量灌装对高精度的要求，小剂量灌装需要更精确的控制和测量。

4、而目前市售的涉及液体自动分装的设备，虽具备自动移液功能，但并非专门为自动移液灌装用途而设计，而是与其他功能相结合：一方面，其他功能的需求可能会与自动移液功能产生冲突，例如在操作过程中需要频繁切换模式或调整参数，导致操作不便或效率降低；另一方面，设备的设计可能更侧重于其他功能，而自动移液功能可能只是作为一个附加模块，因此在处理特定的移液灌装任务时，可能无法完全满足要求，例如对移液精度、灌装精度、速度、容量范围等方面的适应性有限；同时与其他功能的衔接可能会增加设备的复杂性，使得设备的操作和维护变得更加，从而使得需要更高的技术水平和更多的培训来正确使用和维护设备；再一方面，为了实现多种功能的集成，设备的成本明显增加。

5、如bp100自动快速分液仪(睿科集团(厦门)股份有限公司)和智能液体萃取系统(北京莱伯泰科仪器股份有限公司)，虽涉及液体自动分装，但其并非针对小剂量液体的自动灌装，而是均与其他功能衔接，而导致不适用于专门的液体自动灌装用途；同时，所述设备成本高，设备结构复杂，操作难度高，不适用于实验室日常的小剂量液体自动灌装。

6、因此，急需找到一种适用于实验室小剂量液体灌装的自动灌装设备，专门为实验室液体自动灌装而设计，且设备成本低、结构简单、操作难度低，且通过plc控制系统，可代替人工灌装操作，实现小剂量液体自动化灌装，从而提高灌装精确度和生产效率，降低劳动强度。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种小剂量自动灌装设备及其plc控制系统，通过一套plc程序精准控制批量灌装，首次设计出一套专门适用于小体积液体自动分装的设备，所述设备成本低、结构简单、操作难度低，很好的解决了人工灌装准确度低、耗时长、劳动强度大、效率低的问题，实现了实验室内由容量瓶批量向安瓿瓶或玻璃样品瓶或塑料样品瓶或进样小瓶或其他灌装容器中灌装液体，操作便捷，省时省力，极大提高了灌装效率。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下方案实现：

3、一方面，本发明提供一种小剂量自动灌装设备，包括注射器系统，所述注射器系统包括阀门、注射器、注射泵，所述阀门和注射器组合成一体结构，用于完成液体的自动吸取与排出；

4、所述阀门用于液体的流通；

5、注射器用于液体的自动吸取与排出；

6、注射泵用于为注射器的自动吸取与排出提供动力。

7、进一步地，所述注射器向上开口，阀门与所述开口连接。

8、本发明设计的一种小剂量自动灌装设备，虽以“对2ml的安瓿瓶进行定量自动灌装”为例，但可以理解的是，当需要对其他体积的安瓿瓶或容器进行定量自动化灌装时，如1-100ml的安瓿瓶或玻璃样品瓶或塑料样品瓶或进样小瓶或其他灌装容器，可以在本发明结构基础上进一步优化，如优化注射器灌装容量、注射针分装容量、注射针长度、注射针深度、旋转阀角度、托盘中孔的个数、各孔径的尺寸、容量瓶体积等，均可以根据灌装容器的尺寸进行优化改进，而不仅仅局限于“对2ml安瓿瓶的自动灌装”。

9、同样的，需要理解的是，“圆形”、“方形”等用于描述安瓿瓶或其他结构的外观等术语，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的形状或外观，因此不能理解为对本发明的限制。

10、进一步地，所述阀门设置第一单向阀和第二单向阀；第一单向阀导通时，第二单向阀关闭；或当第二单向阀导通时，第一单向阀关闭；所述第一单向阀和第二单向阀用于控制灌装精度以及防止液体回流。

11、在一些实施方式中，所述阀门为旋转阀，须严格控制旋转阀的角度偏转，若产生角度偏移，会导致液体流通不畅，影响分装的精确度和准确性。

12、进一步地，所述注射器系统中还包括进液管路和排液管路，第一单向阀与进液管路的一端连接，第二单向阀与排液管路的一端连接。

13、进一步地，所述注射器包括注射筒、活塞、推杆、推杆连接件，注射泵驱动推杆进行往复运动，驱动液体通过第一单向阀进入注射筒。

14、本发明的一些实施方式中，注射器可根据不同的灌装体积选择不同的规格型号。

15、进一步地，所述注射泵包括弹性结构，所述弹性结构通过推杆连接件与推杆组合成一体结构，注射泵通过弹性结构驱动推杆进行往复运动。

16、在一些实施方式中，通过注射器、旋转阀、注射泵、第一单向阀与第二单向阀的配合，可实现对对待灌装液体的二次定量，显著提高灌装精度，从而实现液体的精准定量。

17、进一步地，所述小剂量自动灌装设备还包括注射针系统，所述注射针系统包括注射针、注射针固定板、滑块、滑块转接板、滑轨，所述注射针固定板、滑块和滑块转接板组合成一体结构。

18、进一步地，所述注射针向上开口，开口与排液管路的一端连接，用于液体的流通。

19、在一些实施方式中，所述注射针的长度为55mm-65mm，避免注射针过短而使液体飞溅至瓶壁，也避免注射针过长而触碰到液面，造成污染或损耗。所述注射针长度可根据灌装容器的体积进行调整，本发明中，根据2ml安瓿瓶的尺寸，限定注射针长度。但可以理解的是，当适用于其他尺寸规格的灌装容器时，可对注射针长度进行相应调整，而不仅仅局限于本发明实施方式中的长度范围。

20、进一步地，所述注射针通过注射针固定板与滑块连接，滑块驱动注射针在滑轨上进行往复运动，用于实现液体的自动灌装。

21、进一步地，所述小剂量自动灌装设备还包括分装系统，所述分装系统包括定位盘和托盘，所述定位盘和托盘组合成一体结构，用于完成液体的批量自动灌装。

22、进一步地，所述定位盘和托盘为可拆卸的一体结构。

23、进一步地，通过plc控制系统实现自动灌装，所述plc控制系统包括初始化模块、数据存储模块、输入处理模块、逻辑控制模块、输出处理模块、通信模块、计数模块、定时模块和数据处理模块。

24、在一些实施方式中，为成功实现实验室小剂量(2ml)安瓿瓶的自动灌装，设计了一种适用于实验室小剂量液体灌装的自动灌装设备。在初步设计中，所述自动灌装模块包括注射器和注射泵，注射器通过夹持结构与注射泵连接注射器下部设置阀门，灌装模式下，注射泵驱动注射器向下运动，待灌装液体通过进液管路进入注射筒，打开阀门进行分装。但是，在此设计下，阀门在长时间的工作下，密封程度发生明显降低，从而导致产生漏液现象，显著降低灌装精度。

25、因此，为解决上述问题，在后续的结构设计中，对设备结构进行进一步优化，在自动灌装模块中加入旋转阀和注射针结构，并改进注射器结构。注射器上端连接旋转阀，注射器包括注射筒、活塞、推杆、推杆连接件，注射器通过推杆底部的推杆连接件与注射泵内部的弹性结构相连接，所述旋转阀上设置第一单向阀和第二单向阀，所述进液管路的一端与第一单向阀连接，一端与待灌装液体的容器连接；所述排液管路的一端与第二单向阀连接，一端与注射针连接。灌装模式下，第一单向阀导通时，第二单向阀关闭；或当第二单向阀导通时，第一单向阀关闭(具体如实施例1中最佳结构所述)。结构优化后，当已设定体积的待灌装液体通过进液管路进入第一单向阀(此时，须保持第二单向阀关闭)，再进入注射器时，注射器对待灌装液体进行二次定量，通过注射器、旋转阀、第一单向阀与第二单向阀的配合，可实现对待灌装液体的二次定量，显著提高灌装精度，从而实现液体的精准定量与自动化灌装；同时，避免漏液现象产生。

26、另一方面，本发明提供一种实现小剂量自动灌装的方法，所述方法为使用如上技术方案中任一项所述的小剂量自动灌装设备进行液体灌装。

27、本发明的有益效果为：

28、1、本发明提供的基于plc程序的小剂量自动灌装设备，结构简单，占地面积小，可移动性强，与天津阿尔塔科技有限公司实验室2ml安瓿瓶配套使用，所述安瓿瓶的规格、尺寸、口径与形状均与所述设备中的托盘相一致，通过旋转阀、注射器、注射针的配合，同时精确控制旋转阀角度、注射针深度、托盘校准角度、体积校准等条件，可实现液体的精准定量和位移；且当需要对其他体积的安瓿瓶或容器进行定量自动化灌装时，如1-100ml的安瓿瓶或玻璃样品瓶或塑料样品瓶或其他灌装容器，可对本发明中各结构的尺寸规格进行相应调整；

29、2、本发明提供的基于plc程序的小剂量自动灌装设备，操作简单便捷，可代替人工灌装操作，实现了小剂量灌装自动化；通过实际应用发现，本发明的灌装精度将传统的灌装生产线的灌装精度，从±2％提高到了接近±0.1％，显著提高了灌装的精准性。

30、3、本发明提供了一种实现小剂量自动灌装的方法，通过使用一种针对小剂量液体的自动灌装装置，实现实验室内由容量瓶批量向安瓿瓶或玻璃样品瓶或塑料样品瓶或进样小瓶或其他灌装容器中灌装液体，操作便捷，省时省力，极大提高了灌装效率。

31、4、本发明采用plc程序实现自动灌装，使得整个灌装设备的可编辑程度大大提高，可以根据实际情况通过微调修正参数，精准的提高部件之间传递的精确性。