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： 近年来我国干燥企业推出的新型干燥设备技术 　　1.牧草干燥技术 　　最近研制成功6CM－6E型茶叶微波杀青干燥设备，并投入生产试验。该机应用微波技术取代传统的热传导加热杀青和干燥方法，杀青时间短，受热均匀，能较好地保证茶叶自然舒展，外形美观。所制成的绿茶水分含量有所降低，水浸出物、茶多酚、氨基酸、维生素等含量增加，色泽更加翠绿，香气怡人，提高了茶叶的品质。 　　2.新型离心干燥设备 　　Rieter公司推出的新型C流化床干燥机是近年来发展的一种新型高效干燥机。目前在化工、轻工、医药、食品等工业中已广泛应用，而且已逐步推广到造粒、煅烧、冷却等方面。流化床干燥机干燥时由于气固两相逆流接触，剧烈搅动。固体颗粒悬浮于干燥介质之中，具有很大的接触表面积，无论在传热、传质、容积干燥强度、热效率等方面都很优良。传动机构不接触物料，不会因设备磨损而混入杂质，这对于要求纯度较高的医药等工业尤为重要。由于适应不同物料要求及对成品的不同要求，也就出现了下列几种不同型式的流化干燥。大体可分为下列几种类型：单层圆筒流化床干燥机、多层圆筒流化床干燥机、卧式多室流化干燥机、喷雾流化干燥机、惰性粒子流当前，食品加工技术的一个重要趋势是最大限度的保持食品的营养和色香味，而干燥工艺和设备的选择对食品产品的营养、色香味有很大影响。食品干燥，是提高食品贮存、保质的必要措施，干燥机的性能直接影响到干燥食品的质量与价值。近几年我国相继开发出了各种多功能、高效率、低能耗、适应性强的干燥机，食品干燥技术和设备还是取得了不少进步。 　　食品干燥设备特点： 　　采用空中轨道传输方式或地面推导车，从冷冻至冷冻干燥直至卸料，即卫生又安全。 　　采用独特设计的铝合金型材加热板和表面氧极氧化处理，比一般传导供热具有三倍以上的高辐射效益。因此，更适合于含水量多的物料冻热风循环烘箱设备 　　目前还有许多制药企业，使用的都是蒸汽式热风循环烘箱和远红外线热风循环烘箱。因能耗大，效率低，对工作环境影响大（温湿度和粉尘），近几年逐渐被微波热风循环烘箱灭菌机所取代。微波热风循环烘箱灭菌机，以能耗低、效率高、对环境影响小等特点，被越来越多的企业所采用。微波灭菌热风循环烘箱机在前处理阶段、主要有3项功能：热风循环烘箱、灭菌、破壁。 　　微波加热的原理：一是通过“介电损耗”（介电加热）主要特点： 　　1、由于物料受到离心、剪切、碰撞、摩擦而被微粒化，呈高度分散状态及固气两相间的相对速度较大，强化了传质传热，使该机生产强度高. 　　2、干燥气体进入干燥机底部，产生强烈的旋转气流，对器壁上物料产生强烈的冲刷带出作用，消除粘壁现象。 　　3、在闪蒸干燥机底部高温区，热敏性物料不与热表面直接接触，并装有特殊装置，解决了热敏性物料的焦化变色问题。 　　4、由于气流闪蒸干燥机干燥室内周向气速高，物料停留时间短，达到高效、快速、小设备、大生产。 　　5、干燥室上部加装陶析环及旋流片可以控制出口物料的粒度及湿度，以达到不同物料的终水份粒度的要求。

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