PLC對藥丸包衣制粒機控制系統的改造

1 引言
醫藥小丸包衣制粒機是用于實驗室或小批量生產小丸顆粒的制藥設備。由于實驗室原有的控制系統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，在運行的過程中經常出現死機、黑屏、重啟動，甚至某些畫面參數不能修改;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王6.05工控組態軟件 的控制方案對小丸包衣制粒機的控制系統作了改進。
2 小丸包衣制粒機系統組成
小丸包衣制粒機系統組成如圖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，藥粉或小丸顆粒等類似的物料被盛放在篩網上。流動的空氣經過濾處理后經容器底部的篩網向上流過，當流速達到一定速度時，顆粒(藥粉)就會被空氣托起，床內粒子就開始流化起來，形成流化床。流化床內的顆粒(藥粉)在容器中劇烈攪動，并延伸到容器的擴展區，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。空氣經過袋式過濾器、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組成

3 系統主要控制要求
小丸包衣制粒機操作的基本控制要求包括五個方面。
(1) 產品溫度控制
通過控制進風溫度來控制產品溫度。進風溫度控制精度為±3℃，產品溫度控制精度為±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
根據前面對控制系統的要求，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 人機界面組態軟件
組態軟件選擇北京亞控公司的組態王6.05。這是一款具有易用性、開放性和集成能力的通用組態軟件。組態王使用簡單，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“監控和數據采集系統”，可有效用于控制自動化過程, 組態王6.05版是在Windows2000的平臺上運行的，因此選用組態王是較為完善和方便的選擇。整個控制系統的構成如圖2所示:

圖2 控制系統的構成

5 系統硬件設計
控制系統選用西門子S7-200系列PLC，選用了中央處理單元模塊CPU224、數字量擴展模塊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

圖4 主程序框圖

6 系統軟件設計
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為對各執行設備輸出的采樣，子程序4為對各被控量和執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。

6.2 人機界面組態
組態軟件選擇北京亞控公司的基于WINDOWS2000平臺的工業控制組態軟件“組態王”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。運行組態畫面程序和PLC用戶程序，根據小丸機操作的順序功能，點擊組態畫面上的各個按鈕，通過模塊上各輸出位對應的發光二極管，觀察各輸出信號的變化是否滿足設計的要求。組態畫面設計了設備控制、過程控制、過程參數等畫面。其中設備控制畫面如圖5所示。

圖5 設備控制畫面

7 結束語
由于S7-200系列PLC具有體積小、系統集成度高(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，同時與同性能的產品相比性價比高，很好的滿足了此次系統改造經濟上技術上的要求。新系統人機界面友好(全中文界面)，操作簡單快捷，運行可靠穩定，受到廣大用戶的好評。