基于S7-300 PLC 在濕法混合制粒機控制系統(tǒng)中的應用

劉 輝，師 寧

（1.中航工業(yè)集團 北京航空制造工程研究所，北京 100024；2.北京電子科技職業(yè)學院，北京 100176）

0 引言

制粒工藝有干法制粒、濕法制粒、一步制粒等多種形式，但濕法制粒目前仍然為大多數(shù)藥品生產(chǎn)的首選。濕法混合制粒工藝是一種先進的制劑工藝，制藥工藝上把混合、制粒兩步工序合在一起，在滿足生產(chǎn)要求的同時即節(jié)約生產(chǎn)時間，又提高生產(chǎn)效率，因此深受用戶的歡迎。在目前幾種常用的固體制劑制粒工藝中，濕法混合制粒機是用得最多的一種制粒設備，亦是最經(jīng)濟實惠的，在市場占有率高。

本中心是以研發(fā)制藥機和食品機為主的科研單位，目前已設計、開發(fā)、生產(chǎn)濕法混合制粒機已有二十幾多年，其設備在制藥行業(yè)占有很大比重。由于近年來，隨著用戶設備更新?lián)Q代和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，HLSG600 型制粒機應用戶要求將原有的三菱PLC 系統(tǒng)改為西門子PLC系統(tǒng)。本文在此背景下，結(jié)合目前企業(yè)的生產(chǎn)要求，對整個控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，采用先進的控制方法來滿足用戶需求。

1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

HLSG600 型濕法制粒機的工作流程大體分為干混、加漿和制粒三部分。干混是通過攪拌槳和切碎刀的運轉(zhuǎn)使藥粉顆粒充分混合；加漿是使粘合劑和物料充分混合后形成疏松物，為下一步制粒做準備；制粒是上步的混合物通過切碎刀的切割、粉碎，使物料成為細小而均勻的顆粒。整個系統(tǒng)以控制柜為核心，由操作人員通過觸摸屏發(fā)出控制信號，控制柜根據(jù)觸摸屏的信號和稱體反饋信號來控制制粒機的運行狀態(tài)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 硬件配置

改造后的控制系統(tǒng)應用戶需求采用S7-300 系 列PLC，該控制器帶有集成的PROFIBUS-DP 接口，配有接口模塊可連接到總線上；變頻器選用的是三菱FR-A740 系列，來控制制粒機的電機運行；采用西門子MP277 觸摸屏，用以選擇制粒機的控制方法、各工序的運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)記錄曲線及報警信息。主要硬件清單如表1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

表1 制粒機主要硬件清單

2 系統(tǒng)程序設計

2.1 設計思路

考慮到制粒機實際的工作過程，設備中采用攪拌和切碎兩個電機，在運行中對電機要進行反復操作，因此在程序的設計過程中，作者對電機的控制單獨用功能塊FB 來編程實現(xiàn)，然后在組織塊OB1 中直接調(diào)用該塊來實現(xiàn)對電機的控制。在參數(shù)設定功能的編程中，考慮到數(shù)據(jù)保存在PLC 內(nèi)存中，需大量的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移操作，并且操作后不需要返回數(shù)據(jù)，因此在程序中用功能FC 來實現(xiàn)此功能，編程采用了STL語言。對于加漿、出料及計時等功能采用線性化編程方法。這樣編程使程序結(jié)構(gòu)清晰，方便調(diào)試。具體的程序流程圖如圖2所示。

圖2 程序流程圖

2.2 結(jié)構(gòu)化編程

結(jié)構(gòu)化編程是將過程要求類似或相關的任務歸類，在功能（FC）或功能塊（FB）中編程，形成通用解決方案。此編程方法的有點就在于不用重復編寫類似的程序，寫一個通用模塊，更多的設備或過程可以反復使用此模塊，這樣大大簡化了編程人員的工作量，使程序結(jié)構(gòu)清晰、明了。本控制系統(tǒng)對電機和參數(shù)設定的控制即采用此種編程方法，具體程序流程見圖3。

2.3 STL語言

圖3 電機控制功能塊FB2

圖4 參數(shù)設定程序-STL語言

STL語言編程風格非常簡捷，完全是匯編語言的風格，用STL 做的程序體積小，功能強大程序代碼效率高。HLSG600 型濕法制粒機中提供了20 種配方，因此在程序運行時，需要對大量的數(shù)據(jù)進行管理， 而且這些數(shù)據(jù)均保存在PLC 內(nèi)存中，且不必有返回數(shù)據(jù)。因此，作者在程序中對參數(shù)設定這部分創(chuàng)建功能FC 來管理這些數(shù)據(jù)，并采用了STL的編程語言。具體程序見圖4所示。

3 結(jié)論

本控制系統(tǒng)同時通過觸摸屏控制能設定所有的工藝參數(shù)，并準確地記錄歷史數(shù)據(jù)，方便工作人員操作。該系統(tǒng)現(xiàn)已投入實際運行，自投入運行以來，控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，設備工作狀況良好，使用及維護簡捷方便，各項指標均達到了設計要求，受到了用戶的一致好評。

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