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： 1.去湿的含义：去湿指从被加工的湿物料中除去水分或有机溶剂的操作。 　　2.去湿的方法： 　　机械去湿法：指过滤，抽吸，沉降，离心分离等机械方法去湿，去湿不完全。 　　物理化学去湿法：用无水CaCl2，浓H2SO4等作为干燥剂去湿，费用高。 　　热能去湿法：借助热能使物料中湿分汽化并排出蒸汽而除湿的操作，也叫干燥，去湿完全。 　　3.干燥的原理 　　干燥过程主要是将水分从固相转移到液相. 　　其进行的必要条件：①有热源加热；②及时排出湿的干燥介质，使固体表面水的蒸汽压大于干燥介质中水蒸汽的分压；③有适当干燥设备。 　　干燥原理：当固体物料表面水的常州广博干燥设备有限公司专业生产喷雾干燥机,热风循环烘箱,双锥回转真空干燥机等干燥设备产品。广博干燥在多年的开发、研究中不断对干燥设备进行创新和改造，设计制造了一系列工艺先进且节能环保的热风循环烘箱,双锥回转真空干燥机和喷雾干燥机产品，根据市场的需要研发了数十种干燥、制粒、混合、除尘系列，产品广泛应用于化工、制药、食品、冶金、建材、农副等行业，历来深受用户好评。 　　常州广博干燥设备有限公司位于中国常州干燥工业的发源地——常州市焦溪镇，东邻上海，西邻南京，毗邻沪宁高速及京沪、沪宁铁路、交通十分的便利。广博干燥多年来在消化国外发达国家在八十年代时已开始进行工业化微波真空干燥设备开发，并在实际应用中取得良好的效果。法国国际微波公司用微波真空干燥设备加工无籽葡萄干，将传统工艺65℃、24小时热风烘干变为50℃、5小时微波真空干燥，产品质量和产量都大大提高。鹏洲微波设备有限公司在国内率先开始研发微波真空设备，通过几年的努力，完成工业化10KW微波真空干燥设备研制。为制药工程、生物工程、化工工程、材料工程以及农副产品深加工提供了一种新型、高效的干燥设备。 　　如下是微波真空干燥设备的几大优点： 　　1、高效常规的真空干燥设备都采用蒸汽进行加热，需要从里到外进行加热，加热速度杰克韦尔奇有一句经典名言：“管得少就是管得好。”乍听此言，觉得有些不可思议，可是深入细想，豁然开朗：管得少并非说明管理的作用被弱化了，效率管理，可能会产生1000%的效果。有人说，中国的企业一管就死，一放就乱。真是放也不是，管也不是。有人说用人不疑，疑人不用;也有人说用人要疑，疑人要用。老板到底是相信员工好，还是不相信员好呢?做老板真是左右为难。 　　这里总结出两点干燥设备企业很多老板不放权的原因：一是不敢放，即对外聘的经理人心里没底，不放心将自己辛辛苦苦打下的江山交到经理人手中，尤其作为本来家底就不厚实的中小企业，实在方法相比，所加工的产品质量有较大幅度的提高。 　　6、微波真空干燥设备具有消毒、杀菌的功效，产品安全卫生。保质期长。 　　7、微波真空干燥设备经济效益显著。传统的干燥所需的时间很长、速度很慢、能耗大、加工费用高。采用微波加热，可以节约大量的能源、提高加热和干燥的速度。这是因为微波具有穿透性，在对物体加热时，不需要任何传媒，且可对物料内外同时加热。根据国内外资料显示，采用微波设备对物料加热，其速度和效能是常规加热方法的4~10倍。 　　从以上介绍的特点中，微波真空干燥设备节能、降耗、提高产品质量、安全卫生、设备投资成本低等诸方面即可看出其经济效益和社会效益的显著。

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