西門子PLC在藥丸包衣制粒機控制系統(tǒng)的應(yīng)用

　　1 引言

　　醫(yī)藥小丸包衣制粒機是用于實驗室或小批量生產(chǎn)小丸顆粒的制藥設(shè)備。由于實驗室原有的控制系統(tǒng)使用的是十年前的人機界面和PLC，故其硬件均已老化，性能下降，在運行的過程中經(jīng)常出現(xiàn)死機、黑屏、重啟動，甚至某些畫面參數(shù)不能修改;同時由于無相應(yīng)的PLC編程器、編程軟件和人機界面軟件，因此可維修性也差。為了解決這些問題，我們采用西門子S7-200PLC和北京亞控公司的組態(tài)王6.05工控組態(tài)軟件 的控制方案對小丸包衣制粒機的控制系統(tǒng)作了改進(jìn)。

　　2 小丸包衣制粒機系統(tǒng)組成

　　小丸包衣制粒機系統(tǒng)組成如圖1所示。小丸包衣制粒機是專門用于實驗室或車間小批量生產(chǎn)的。藥粉或類似的物料能在流化床中進(jìn)行干燥、制粒以及包衣等過程。流化床物料容器底部裝有篩網(wǎng)，藥粉或小丸顆粒等類似的物料被盛放在篩網(wǎng)上。流動的空氣經(jīng)過濾處理后經(jīng)容器底部的篩網(wǎng)向上流過，當(dāng)流速達(dá)到一定速度時，顆粒(藥粉)就會被空氣托起，床內(nèi)粒子就開始流化起來，形成流化床。流化床內(nèi)的顆粒(藥粉)在容器中劇烈攪動，并延伸到容器的擴展區(qū)，細(xì)微的粉末或輕微的顆粒則被粘附在袋式過濾器上。為了防止袋式過濾器的堵塞，控制濾袋升降的氣缸會有一個間歇的抖動操控。空氣經(jīng)過袋式過濾器、控制風(fēng)量大小的風(fēng)門和風(fēng)道被風(fēng)機引出室外的大氣中。在這個過程中，流化床容器內(nèi)的微粒能完全充分的與空氣流接觸，并且攪動劇烈，因而能夠很好的完成充分干燥，良好制粒，精致包衣等制藥過程。

　　圖1 小丸包衣制粒機系統(tǒng)組成

　　3 系統(tǒng)主要控制要求

　　小丸包衣制粒機操作的基本控制要求包括五個方面。

　　(1) 產(chǎn)品溫度控制

　　通過控制進(jìn)風(fēng)溫度來控制產(chǎn)品溫度。進(jìn)風(fēng)溫度控制精度為±3℃，產(chǎn)品溫度控制精度為±2℃。

　　(2) 進(jìn)風(fēng)風(fēng)量的控制

　　控制精度為±40m3/h。

　　(3) 霧化壓力的控制

　　即噴液裝置噴射壓力的控制，控制精度為±0.1bar。

　　(4) 密封壓力的控制

　　產(chǎn)品容器必須與擴展倉密封，形成一個密閉的流化床反應(yīng)器。采用油壓裝置進(jìn)行密封，密封壓力在35-70bar之間。

　　(5) 濾袋的抖動控制

　　抖動有單濾袋抖動和雙濾袋抖動，有手動抖袋和自動抖袋。

　　4 控制方案的選擇

　　4.1 兩種不同方案的比較

　　小丸包衣制粒機的改進(jìn)有兩種方案可供選擇，見表1:

　　在滿足控制要求的前提下，控制系統(tǒng)硬件設(shè)備的選擇應(yīng)該追求最佳的性能價格比。由于該機器的使用頻率不高，平均每月一次，同時環(huán)境良好，因此采用PC+PLC的控制方案。當(dāng)機器不用時，PC機可作它用。換句話說，利用公用PC機即可作人機界面。

　　4.2 PLC硬件配置

　　根據(jù)前面對控制系統(tǒng)的要求，選用西門子S7-200系列PLC。S7-200系列PLC體積小，重量輕、安裝方便、功能齊全、配置靈活、運行可靠、編程簡單，具有可觀的經(jīng)濟性和更強的適應(yīng)性，完全可以滿足上述控制要求。

　　4.3 人機界面組態(tài)軟件

　　組態(tài)軟件選擇北京亞控公司的組態(tài)王6.05。這是一款具有易用性、開放性和集成能力的通用組態(tài)軟件。組態(tài)王使用簡單，適合各種簡單和復(fù)雜的任務(wù)。只需要進(jìn)行填表式操作，即可生成適合于用戶的“監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”，可有效用于控制自動化過程, 組態(tài)王6.05版是在Windows2000的平臺上運行的，因此選用組態(tài)王是較為完善和方便的選擇。整個控制系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示:

　　圖2 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

　　5 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　控制系統(tǒng)選用西門子S7-200系列PLC，選用了中央處理單元模塊CPU224、數(shù)字量擴展模塊EM223、模擬量輸入模塊EM231、模擬量輸出模EM232、模擬量輸入輸出模塊EM235。其中的中央處理單元模塊CPU224外部接線圖如圖3所示、輸入輸出地址分配如表2所示。

　　圖3 PLC外部接線圖

　　圖4 主程序框圖

　　6 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　6.1 PLC程序設(shè)計

　　主程序框圖如圖4所示，其中子程序0為初始化程序，子程序1為檢查擴展模塊是否正常，子程序2為模擬量采樣子程序，子程序3為對各執(zhí)行設(shè)備輸出的采樣，子程序4為對各被控量和執(zhí)行設(shè)備異常的報警子程序。由于篇幅所限，各子程序框圖在此從略。

　　6.2 人機界面組態(tài)

　　組態(tài)軟件選擇北京亞控公司的基于WINDOWS2000平臺的工業(yè)控制組態(tài)軟件“組態(tài)王”6.05版。只需要進(jìn)行正常通信設(shè)置和填表式操作即可完成人機界面組態(tài)。運行組態(tài)畫面程序和PLC用戶程序，根據(jù)小丸機操作的順序功能，點擊組態(tài)畫面上的各個按鈕，通過模塊上各輸出位對應(yīng)的發(fā)光二極管，觀察各輸出信號的變化是否滿足設(shè)計的要求。組態(tài)畫面設(shè)計了設(shè)備控制、過程控制、過程參數(shù)等畫面。其中設(shè)備控制畫面如圖5所示。

　　圖5 設(shè)備控制畫面

　　7 結(jié)束語

　　由于西門子S7-200系列PLC具有體積小、系統(tǒng)集成度高(電源、主機、機架、開關(guān)量輸入輸出等功能集成一體)、配置靈活、接線簡單、安裝方便、抗干擾性強等特點，同時與同性能的產(chǎn)品相比性價比高，很好的滿足了此次系統(tǒng)改造經(jīng)濟上技術(shù)上的要求。新系統(tǒng)人機界面友好(全中文界面)，操作簡單快捷，運行可靠穩(wěn)定，受到廣大用戶的好評。