浅谈PLC对药丸包衣制粒机系统的改造

1、引言 　　医药小丸包衣制粒机是用于实验室或小批量生产小丸颗粒的制药设备。由于实验室原有的控制系统使用的是十年前的人机界面和PLC，故其硬件均已老化，性能下降，在运行的过程中经常出现死机、黑屏、重启动，甚至某些画面参数不能修改；同时由于无相应的PLC编程器、编程软件和人机界面软件，因此可维修性也差。为了解决这些问题，我们采用西门子S7-200PLC和北京亚控公司的组态王6.05工控组态软件 的控制方案对小丸包衣制粒机的控制系统作了改进。 　　2、小丸包衣制粒机系统组成 　　小丸包衣制粒机系统组成如图1所示。小丸包衣制粒机是专门用于实验室或车间小批量生产的。药粉或类似的物料能在流化床中进行干燥、制粒以及包衣等过程。流化床物料容器底部装有筛网，药粉或小丸颗粒等类似的物料被盛放在筛网上。流动的空气经过滤处理后经容器底部的筛网向上流过，当流速达到一定速度时，颗粒(药粉)就会被空气托起，床内粒子就开始流化起来，形成流化床。流化床内的颗粒(药粉)在容器中剧烈搅动，并延伸到容器的扩展区，细微的粉末或轻微的颗粒则被粘附在袋式过滤器上。为了防止袋式过滤器的堵塞，控制滤袋升降的气缸会有一个间歇的抖动操控。空气经过袋式过滤器、控制风量大小的风门和风道被风机引出室外的大气中。在这个过程中，流化床容器内的微粒能完全充分的与空气流接触，并且搅动剧烈，因而能够很好的完成充分干燥，良好制粒，精致包衣等制药过程。 　　图1 小丸包衣制粒机系统组成 　　3、系统主要控制要求 　　小丸包衣制粒机操作的基本控制要求包括五个方面。 　　(1) 产品温度控制 　　通过控制进风温度来控制产品温度。进风温度控制精度为±3℃，产品温度控制精度为±2℃。 　　(2) 进风风量的控制 　　控制精度为±40m3/h。 　　(3) 雾化压力的控制 　　即喷液装置喷射压力的控制，控制精度为±0.1bar。 　　(4) 密封压力的控制 　　产品容器必须与扩展仓密封，形成一个密闭的流化床反应器。采用油压装置进行密封，密封压力在35-70bar之间。 　　(5) 滤袋的抖动控制 　　抖动有单滤袋抖动和双滤袋抖动，有手动抖袋和自动抖袋。 　　4、控制方案的选择 　　4.1 两种不同方案的比较 　　小丸包衣制粒机的改进有两种方案可供选择，见表1： 　　在满足控制要求的前提下，控制系统硬件设备的选择应该追求最佳的性能价格比。由于该机器的使用频率不高，平均每月一次，同时环境良好，因此采用PC+PLC的控制方案。当机器不用时，PC机可作它用。换句话说，利用公用PC机即可作人机界面。 　　4.2 PLC硬件配置 　　根据前面对控制系统的要求，选用西门子S7-200系列PLC。S7-200系列PLC体积小，重量轻、安装方便、功能齐全、配置灵活、运行可靠、编程简单，具有可观的经济性和更强的适应性，完全可以满足上述控制要求。 　　4.3 人机界面组态软件 　　组态软件选择北京亚控公司的组态王6.05。这是一款具有易用性、开放性和集成能力的通用组态软件。组态王使用简单，适合各种简单和复杂的任务。只需要进行填表式操作，即可生成适合于用户的“监控和数据采集系统”，可有效用于控制自动化过程, 组态王6.05版是在Windows2000的平台上运行的，因此选用组态王是较为完善和方便的选择。整个控制系统的构成如图2所示： 　　图2 控制系统的构成 　　5、系统硬件设计 　　控制系统选用西门子S7-200系列PLC，选用了中央处理单元模块CPU224、数字量扩展模块EM223、模拟量输入模块EM231、模拟量输出模EM232、模拟量输入输出模块EM235。其中的中央处理单元模块CPU224外部接线图如图3所示、输入输出地址分配如表2所示： 　　图3 PLC外部接线图 　　6、系统软件设计 　　6.1 PLC程序设计 　　主程序框图如图4所示，其中子程序0为初始化程序，子程序1为检查扩展模块是否正常，子程序2为模拟量采样子程序，子程序3为对各执行设备输出的采样，子程序4为对各被控量和执行设备异常的报警子程序。 　　6.2 人机界面组态 　　组态软件选择北京亚控公司的基于WINDOWS2000平台的工业控制组态软件“组态王”6.05版。只需要进行正常通信设置和填表式操作即可完成人机界面组态。运行组态画面程序和PLC用户程序，根据小丸机操作的顺序功能，点击组态画面上的各个按钮，通过模块上各输出位对应的发光二极管，观察各输出信号的变化是否满足设计的要求。组态画面设计了设备控制、过程控制、过程参数等画面。 　　7、结束语 　　由于S7-200系列PLC具有体积小、系统集成度高(电源、主机、机架、开关量输入输出等功能集成一体)、配置灵活、接线简单、安装方便、抗干扰性强等特点，同时与同性能的产品相比性价比高，很好的满足了此次系统改造经济上技术上的要求。新系统人机界面友好(全中文界面)，操作简单快捷，运行可靠稳定，受到广大用户的好评。 · 行业聚焦： 冷冻干燥是利用升华的原理进行干燥的一种技术，是将被干燥的物质在低温下快速冻结，然后在适当的真空环境下，使冻结的水分子直接升华成为水蒸气逸出的过程. 冷冻干燥得到的产物称作冻干物（lyophilizer），该过程称作冻干（lyophilization）。 　　物质在干燥前始终处于低温（冻结状态）,同时冰晶均匀分布于物质中，升华过程不会因脱水而发生浓缩现象，避免了由水蒸气产生泡沫、氧化等副作用。干燥物质呈干海绵多孔状，体积基本不变，极易溶于水而恢复原状。在最大程度上防止干燥物质的理化和生物学方面的变性。 　　各层加热盘上均有热载体进出口管，一般上部几层采用低压饱和蒸汽或热水、热油串联、产品进行干燥的形式有很多种，合理的寻找适合自己产品的干燥形式 　　真空干燥 　　目前，真空干燥也进入到塑料加工领域当中，例如美国Maguire公司开发出来的真空干燥设备就已被应用到塑料加工之中。这种连续操作型的机器由安装于旋转传送带上的三个腔体组成。在第一腔体处，当胶粒被填满后，通入被加热至干燥温度的气体以加热胶粒。在气体出口处，当物料达到干燥温度时即被移至抽成真空的第二腔体中。由于真空降低了水的沸点，所以水分更容易变成水蒸汽被蒸发出来，因此，水分扩散过程被加速了。由于真空的存在，从而在胶粒内部与周围空气之间产生蔬菜类干燥设备选型： 设备名称常用物料 　　带式干燥机：  脱水蔬菜、颗粒饲料、味精、鸡精、椰蓉 　　强化气流干燥机：  活性面筋、柠檬酸钙、面团形的面包加料米糠 　　旋转快速干燥机：  大豆蛋白、胶凝淀粉、酒糟、小麦糖、小麦淀粉等 　　喷雾带式干燥机： 糖蜜、玉米糖浆、60％麦芽糖、100％麦芽汁、结晶乳糖、酸性干酪乳清、结晶葡萄糖、奶油、稀奶油、人造奶油、50％椰子油、咖啡用乳粉、发酵乳、高蛋白食品、苹果、水果汁、黄油、奶酪、冰淇淋、糕点填料、西红柿、酸味乳清、甜味乳清、加糖奶粉等 　　冷冻干燥机： 菠菜、元葱、香菇、豌豆、黄瓜、料斗干燥机的使用及特点：可配套注塑机使用 　　料斗干燥机相关说明： 　　NHD直接式料斗干燥机是干燥塑料原料最有效且快速及经济实用的机型 　　料斗干燥机特点： 　　1.料斗干燥机采用均匀分散热风之高性能热风扩散装置,保持塑料干燥温度均匀,增加干燥效率. 　　2.料斗干燥机特有热风管弯型设计,可避免粉屑堆积于电热底部,引起燃烧. 　　3.料斗干燥机　　我国载热体的研究起步较晚，七十年代末才开始研究工作，但进展较快。某些产品已经赶上国外同类产品水平。国产有机载热体按生产原料可分为两大类，一类是以石油产品为原料，这一类称为导热油，由于石油的比热较大，并可选择适当馏分，资源也比较充足，一般选用环烷基或芳烃混合基原料，加抗氧化耐热添加剂而制得。另一类是以有机物为原料而制得。

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