PLC對(duì)藥丸包衣制粒機(jī)控制系統(tǒng)的改造

1 引言
醫(yī)藥小丸包衣制粒機(jī)是用于實(shí)驗(yàn)室或小批量生產(chǎn)小丸顆粒的制藥設(shè)備。由于實(shí)驗(yàn)室原有的控制系統(tǒng)使用的是十年前的人機(jī)界面和PLC，故其硬件均已老化，性能下降，在運(yùn)行的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)、黑屏、重啟動(dòng)，甚至某些畫(huà)面參數(shù)不能修改;同時(shí)由于無(wú)相應(yīng)的PLC編程器、編程軟件和人機(jī)界面軟件，因此可維修性也差。為了解決這些問(wèn)題，我們采用西門(mén)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(duì)小丸包衣制粒機(jī)的控制系統(tǒng)作了改進(jìn)。
2 小丸包衣制粒機(jī)系統(tǒng)組成
小丸包衣制粒機(jī)系統(tǒng)組成如圖1所示。小丸包衣制粒機(jī)是專門(mén)用于實(shí)驗(yàn)室或車(chē)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(guò)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(dòng)的空氣經(jīng)過(guò)濾處理后經(jīng)容器底部的篩網(wǎng)向上流過(guò)，當(dāng)流速達(dá)到一定速度時(shí)，顆粒(藥粉)就會(huì)被空氣托起，床內(nèi)粒子就開(kāi)始流化起來(lái)，形成流化床。流化床內(nèi)的顆粒(藥粉)在容器中劇烈攪動(dòng)，并延伸到容器的擴(kuò)展區(qū)，細(xì)微的粉末或輕微的顆粒則被粘附在袋式過(guò)濾器上。為了防止袋式過(guò)濾器的堵塞，控制濾袋升降的氣缸會(huì)有一個(gè)間歇的抖動(dòng)操控。空氣經(jīng)過(guò)袋式過(guò)濾器、控制風(fēng)量大小的風(fēng)門(mén)和風(fēng)道被風(fēng)機(jī)引出室外的大氣中。在這個(gè)過(guò)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(dòng)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(guò)程。

圖1 小丸包衣制粒機(jī)系統(tǒng)組成

3 系統(tǒng)主要控制要求
小丸包衣制粒機(jī)操作的基本控制要求包括五個(gè)方面。
(1) 產(chǎn)品溫度控制
通過(guò)控制進(jìn)風(fēng)溫度來(lái)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(kuò)展倉(cāng)密封，形成一個(gè)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(dòng)控制
抖動(dòng)有單濾袋抖動(dòng)和雙濾袋抖動(dòng)，有手動(dòng)抖袋和自動(dòng)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(jī)的改進(jìn)有兩種方案可供選擇，見(jiàn)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(jià)格比。由于該機(jī)器的使用頻率不高，平均每月一次，同時(shí)環(huán)境良好，因此采用PC+PLC的控制方案。當(dāng)機(jī)器不用時(shí)，PC機(jī)可作它用。換句話說(shuō)，利用公用PC機(jī)即可作人機(jī)界面。
4.2 PLC硬件配置
根據(jù)前面對(duì)控制系統(tǒng)的要求，選用西門(mén)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(yùn)行可靠、編程簡(jiǎn)單，具有可觀的經(jīng)濟(jì)性和更強(qiáng)的適應(yīng)性，完全可以滿足上述控制要求。

4.3 人機(jī)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(kāi)放性和集成能力的通用組態(tài)軟件。組態(tài)王使用簡(jiǎn)單，適合各種簡(jiǎn)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(dòng)化過(guò)程, 組態(tài)王6.05版是在Windows2000的平臺(tái)上運(yùn)行的，因此選用組態(tài)王是較為完善和方便的選擇。整個(gè)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(jì)
控制系統(tǒng)選用西門(mén)子S7-200系列PLC，選用了中央處理單元模塊CPU224、數(shù)字量擴(kuò)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(jì)
6.1 PLC程序設(shè)計(jì)
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(kuò)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(duì)各執(zhí)行設(shè)備輸出的采樣，子程序4為對(duì)各被控量和執(zhí)行設(shè)備異常的報(bào)警子程序。由于篇幅所限，各子程序框圖在此從略。

6.2 人機(jī)界面組態(tài)
組態(tài)軟件選擇北京亞控公司的基于WINDOWS2000平臺(tái)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(jī)界面組態(tài)。運(yùn)行組態(tài)畫(huà)面程序和PLC用戶程序，根據(jù)小丸機(jī)操作的順序功能，點(diǎn)擊組態(tài)畫(huà)面上的各個(gè)按鈕，通過(guò)模塊上各輸出位對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管，觀察各輸出信號(hào)的變化是否滿足設(shè)計(jì)的要求。組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)了設(shè)備控制、過(guò)程控制、過(guò)程參數(shù)等畫(huà)面。其中設(shè)備控制畫(huà)面如圖5所示。

圖5 設(shè)備控制畫(huà)面

7 結(jié)束語(yǔ)
由于S7-200系列PLC具有體積小、系統(tǒng)集成度高(電源、主機(jī)、機(jī)架、開(kāi)關(guān)量輸入輸出等功能集成一體)、配置靈活、接線簡(jiǎn)單、安裝方便、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)，同時(shí)與同性能的產(chǎn)品相比性價(jià)比高，很好的滿足了此次系統(tǒng)改造經(jīng)濟(jì)上技術(shù)上的要求。新系統(tǒng)人機(jī)界面友好(全中文界面)，操作簡(jiǎn)單快捷，運(yùn)行可靠穩(wěn)定，受到廣大用戶的好評(píng)。