藥丸包衣制粒機PLC控制系統(tǒng)的改造

　　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。

　　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，當流速達到一定速度時，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?？諝饨?jīng)過袋式過濾器、控制風量大小的風門和風道被風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

通過控制進風溫度來控制產(chǎn)品溫度。進風溫度控制精度為±3℃，產(chǎn)品溫度控制精度為±2℃。

(2) 進風風量的控制

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器。采用油壓裝置進行密封，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)硬件設備的選擇應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，適合各種簡單和復雜的任務。只需要進行填表式操作，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)的構成如圖2所示：

圖2 控制系統(tǒng)的構成

5、系統(tǒng)硬件設計

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

6、系統(tǒng)軟件設計

6.1 PLC程序設計

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)行設備輸出的采樣，子程序4為對各被控量和執(zhí)行設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。

圖4 主程序框圖

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。只需要進行正常通信設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的發(fā)光二極管，觀察各輸出信號的變化是否滿足設計的要求。組態(tài)畫面設計了設備控制、過程控制、過程參數(shù)等畫面。

7、結束語

由于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。(