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： 压力喷嘴并流式喷雾干燥机 　　当用户需干燥热敏性物料．如有机物类、氨基酸盐染料、塑料助剂、食品添加剂，同时又要求干品有较好的流动性，无粉尘飞扬等要求时，该机型为首选。但该机型对料浆中的原始粒径大小非常敏感。 　　NOZ系列压力喷雾造粒干燥机 　　压力喷雾造粒干燥机可以使固体含量较高的浆料经过压力雾化造粒，干燥成为球形颗粒状产品，干燥后成品，自由流动性好。它能均匀而迅速地填满压模。残余水份含量和松装比重恒定性好，适用于等静压及模压成型，喷雾造粒，可比原机械造粒压制用的模具提高使用寿命4—8倍。压制出的产品。一致性好，光洁度高．经过干燥界工程技术人员的共同努力，近年来我国的干燥设备有了长足的进步。干燥机的结构、性能都有明显改善，质量也在不断提高，有些机型已远销国外。文中对近年来我国干燥设备的技术进步进行阐述，同时也指出存在的问题。对我国今后一个时期内各行业生产技术的发展进行分析，对干燥设备如何满足生产需要提出意见，展望干燥设备的未来趋势，为技术及设备开发提供参考。 　　关键词：干燥设备；技术现状；未来趋势 　　1 干远古以来，人类就习惯于用天然热源和自然通风来干燥物料，完全受自然条件制约，生产能力低下。随生产的发展，它们逐渐为人工可控制的热源和机械通风除湿手段所代替。 　　近代干燥机开始使用的是间歇操作的固定床式干燥机。19世纪中叶，洞道式干燥机的使用，标志着干燥器由间歇操作向连续操作方向的发展。回转圆筒干燥器则较好地实现了颗粒物料的搅动，干燥能力和强度得以提高。一些行业则分别发展了适应本行业要求的连续操作干燥器，如纺织、造纸行业的滚筒干燥器。  喷雾干燥机 　　20世纪初期，乳品生产开始应用喷雾干燥器，为大规模干燥液态物料提供了有力的工具。40年代     蛋粉是以蛋液为原料，经干燥加工除去水分而制得的粉末状蛋制品。蛋粉种类很多，但加工方法基本相同。     1．工艺流程     蛋液搅拌→过滤→巴氏杀菌→喷雾干燥→出粉→冷却→筛粉→包装     2．工艺操作     （1）蛋液的搅拌、过滤和巴氏杀菌 蛋液经搅拌、过滤以除去碎蛋壳、系带、蛋黄膜、蛋壳膜等物，使蛋液组织状态均匀一致。搅拌过滤设备和方法与冰蛋生产相同。干燥生产试验装置。该装置应用于中药材、干果、红枣、莲子及其它农副产品的干燥加工。物料含水率从40％降至15％的日平均干燥量为1．5一2吨，最大投料量达5吨。该装置太阳能热利用效率高，日平均效率达30一40％，并上下穿透物料层，使物料表面增加与热空气接触的机会：在整体式太阳能干燥器内，辐射换热与对流换热同时起作用，干燥过程得以强化。吸收了水分的湿空气从排气管排出，通过控制阀门，还可以使部分热空气随进气口补充的新鲜空气回流，再次进入干燥室减少排气热损失。系统干燥效率为40％左右，干燥周期17一18h（香菇）。它的显著特点是充分吸收了普通温室型干燥器的优点，而且对干燥器的结构以及通风系统进行了改进。

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