早期包衣機(jī)控制系統(tǒng)的改造

陳永生

（廣州摩托集團(tuán)物業(yè)管理有限公司海珠分公司，廣東廣州510000）

0 引言

包衣機(jī)是片劑生產(chǎn)中的重要設(shè)備之一，其作用是給素片表面包一層糖衣膜或薄膜。近年來，隨著人們對健康的關(guān)注度不斷提高，對藥品質(zhì)量及其生產(chǎn)工藝要求也更為嚴(yán)格，相應(yīng)地對制藥設(shè)備也提出了更高的要求。目前仍有部分較早期的包衣設(shè)備（本文以包糖衣膜的包衣機(jī)為例）的控制系統(tǒng)是采用繼電器以接線的形式進(jìn)行邏輯控制，系統(tǒng)控制不穩(wěn)定，容易出現(xiàn)設(shè)備故障，亟需對包衣機(jī)實施有效合理的整改。

1 問題分析

1.1 包衣機(jī)工作原理

首先，將素片放入包衣機(jī)轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，轉(zhuǎn)鼓做順時針旋轉(zhuǎn)，然后分次對轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的素片加入糖漿，使糖衣片在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)翻滾、摩擦，使糖衣膜包裹均勻。同時，向轉(zhuǎn)鼓內(nèi)通入熱風(fēng)，迅速除去素片糖衣膜表層的水分，最終獲得均勻、光滑的糖衣片。

根據(jù)工藝要求，包衣過程中需要控制以下環(huán)節(jié)：（1）控制進(jìn)風(fēng)量的大??；（2）在一定范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速；（3）對轉(zhuǎn)鼓和進(jìn)風(fēng)進(jìn)行加熱控制。

1.2 存在問題

筆者通過分析包衣機(jī)的工作過程和控制系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)其存在以下缺點：

（1）包衣機(jī)的控制系統(tǒng)是采用繼電器以接線的形式進(jìn)行邏輯控制，控制按鈕較多，控制柜所占空間相對較大，由于生產(chǎn)環(huán)境粉塵較多，按鈕處容易積聚粉塵，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障，不便于設(shè)備清理，易造成清潔盲區(qū)，污染周圍環(huán)境，影響藥品質(zhì)量。

（2）包衣機(jī)轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)速度通過機(jī)械調(diào)速控制，調(diào)速不穩(wěn)定，控制不便。

2 改造方案

2.1 改造思路

通過分析包衣機(jī)控制系統(tǒng)的工作情況，從方便、省時、穩(wěn)定等角度出發(fā)，決定進(jìn)行以下方面的改造：

（1）采用PLC替代繼電器進(jìn)行系統(tǒng)控制。

（2）采用觸摸屏作為人機(jī)界面操作替代按鈕鍵操作。

（3）增加模擬量輸入模塊及輸出模塊各一個。

（4）采用變頻器控制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速。變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用，將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，可實現(xiàn)對交流異步電機(jī)的軟起動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因數(shù)、過流/過壓/過載保護(hù)等功能。

2.2 電氣選擇

（1）PLC與模擬量輸出和輸入模塊分別選擇三菱FX2N-16MR、FX2N-4AD-PT模塊和FX2N-485-BD通信板。

（2）變頻器選擇三菱FR-A540-2.2K-CH。

（3）觸摸屏選擇三菱F940GOT作為操作界面，并運用SWOPC-FXDU/WIN-C軟件設(shè)置界面參數(shù)。

2.3 控制系統(tǒng)原理

改造后的包衣機(jī)控制系統(tǒng)原理如圖1所示，由觸摸屏向PLC發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，通過PLC運行程序控制輸出電路各執(zhí)行元件的工作。轉(zhuǎn)鼓電機(jī)由變頻器控制調(diào)速，通過FX2N-485-BD模塊來接收和發(fā)送數(shù)據(jù)至PLC。FX2N-4AD-PT模塊將進(jìn)風(fēng)和轉(zhuǎn)鼓溫度數(shù)據(jù)通過轉(zhuǎn)換發(fā)送到PLC。

3 系統(tǒng)改造

3.1 控制要求

（1）使用觸摸屏，通過PLC和相關(guān)模塊，控制各執(zhí)行元件的啟動和停止；

（2）使用觸摸屏，通過PLC的FX2N-4AD-PT模塊，檢測和控制溫度；

（3）使用觸摸屏，通過PLC的RS-485總線，在運行中直接修改變頻器的運行頻率。

3.2 軟件設(shè)計

3.2.1 數(shù)據(jù)傳輸格式設(shè)置

系統(tǒng)數(shù)據(jù)按照通信請求→站號→指令代碼→數(shù)據(jù)內(nèi)容→校驗碼的格式進(jìn)行傳輸。其中，數(shù)據(jù)內(nèi)容可多可少，也可以沒有；校驗碼是求站號、指令代碼、數(shù)據(jù)內(nèi)容的ASCⅡ碼的總和，然后取其第2位的ASCⅡ碼。

3.2.2 變頻器數(shù)據(jù)代碼

變頻器數(shù)據(jù)代碼如表1所示。

3.2.3 通信格式設(shè)置

通信格式是通過特殊數(shù)據(jù)寄存器D8120進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)控制要求，其通信格式設(shè)置如下：

（1）設(shè)數(shù)據(jù)長度為8位，即D8120的b0=1；

（2）奇偶性設(shè)為偶數(shù)，即D8120的b1=1，b2=1；（3）停止位設(shè)為2位，即D8120的b3=1；

（4）通信速率設(shè)為19200bit/s，即D8120的b4=b7=1，b5=b6=0；

圖1 改造后的包衣機(jī)控制系統(tǒng)原理

表1 變頻器數(shù)據(jù)代碼

（5）D8120的其他各位均設(shè)為0。

因此，通信格式設(shè)置為D8120=9FH。

3.2.4 變頻器參數(shù)設(shè)置

根據(jù)上述通信格式設(shè)置，變頻器必須設(shè)置如下參數(shù)：

（1）操作模式選擇（PU運行）Pr79=1。

（2）站號設(shè)定Pr117=0（設(shè)定范圍為0～31號站，共32個站）。

（3）通信速率Pr118=192（即19200bit/s，與PLC的通信速率相一致）。

（4）數(shù)據(jù)長度及停止位長Pr119=1（即數(shù)據(jù)長度為8位，停止位長為2位，與PLC的設(shè)置相一致）。

（5）奇偶性設(shè)定Pr120=2（即偶數(shù)，與PLC的設(shè)置相一致）。

（6）通信再試次數(shù)Pr121=1（數(shù)據(jù)接收錯誤后允許再試的次數(shù)，有兩種設(shè)置：0～10，表示如果錯誤連續(xù)發(fā)生次數(shù)超過允許值，變頻器將報警停止；9999，表示通信錯誤發(fā)生，變頻器沒有報警停止，這時變頻器可通過輸入MRS或RES信號，變頻器停止）。

（7）通信校驗時間間隔Pr122=9999（有三種設(shè)置：0，表示不通信；0.1～999.8，表示通信校驗時間（s）間隔；9999，表示如果無通信狀態(tài)持續(xù)時間超過允許時間，變頻器進(jìn)入報警停止?fàn)顟B(tài)）。

（8）等待時間設(shè)定Pr123=20（有兩種設(shè)置：0～150，表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冾l器的響應(yīng)時間（ms）；9999，表示用通信數(shù)據(jù)設(shè)定）。

（9）CR，LF有/無選擇，Pr124=0（有三種設(shè)置：0，表示無CR，LF；1，表示有CR；2，表示有CR，LF）。

（10）其他參數(shù)按出廠值設(shè)置。

3.2.5 觸摸屏畫面制作

（1）使用三菱觸摸屏制作軟件SWOPC-FXDU/WIN-C制作觸摸屏操作畫面，創(chuàng)建工程項目，設(shè)置觸摸屏的使用類型為F940GOT，設(shè)置連接PLC的類型為MELSEC-FX。

（2）按照圖2所示的操作畫面，制作和設(shè)置各操作鍵的動作和寫入元件方式。

3.2.6 PLC的I/O分配

PLC的I/O分配如表2所示。

3.2.7 PLC控制接線

PLC控制接線如圖3所示。

3.2.8 梯形圖程序

3.2.8.1 GXDeveloper程序設(shè)計

包衣機(jī)的電氣控制系統(tǒng)根據(jù)其使用要求，PLC的程序控制主要由主程序、控制程序和通信程序組成，其梯形圖程序分別如圖4、圖5、圖6所示。

3.2.8.2 程序說明

（1）X0為緊急停止按鈕，接通后M8034得電，PLC所有輸出禁止。X1、X2、X3、X5連接FR1～FR4，分別作為轉(zhuǎn)鼓電機(jī)、進(jìn)排風(fēng)電機(jī)和震粉電機(jī)的過載保護(hù)和觸摸屏發(fā)出報警信號的觸發(fā)條件，當(dāng)發(fā)生過載保護(hù)時，斷開相應(yīng)回路的輸出，并通過觸摸屏發(fā)出相應(yīng)的報警提示。

圖2 操作畫面的制作和設(shè)置

表2 PLC的I/O分配

圖3 PLC控制接線圖

圖4 主程序梯形圖

圖6 通信程序梯形圖

（2）M0～M5、M8～M9為觸摸屏開關(guān)位元件，通過觸摸屏連接到PLC。當(dāng)M4接通，Y1輸出，進(jìn)風(fēng)電機(jī)啟動；當(dāng)M5接通，Y2輸出，排風(fēng)電機(jī)啟動；T0、T1控制震粉電機(jī)Y5每隔30s開啟一次，時間為3s。

（3）當(dāng)M8、M9接通，PLC經(jīng)FX2N-4AD-PT模塊讀取傳感器檢測到的溫度值與設(shè)定溫度值并進(jìn)行比較，當(dāng)檢測溫度值小于設(shè)定溫度值時，M12、M32接通，Y3、Y4輸出，對轉(zhuǎn)鼓和進(jìn)風(fēng)進(jìn)行加熱。

（4）當(dāng)M1接通，PLC向變頻器發(fā)送正轉(zhuǎn)運行代碼，控制變頻器按照設(shè)定頻率運行，通過M2、M3或其他輸入方式改變變頻器輸出頻率，對轉(zhuǎn)鼓電機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速控制，當(dāng)M0接通，PLC向變頻器發(fā)送停止運行代碼，轉(zhuǎn)鼓電機(jī)停止運行。

4 運行調(diào)試

為保證設(shè)備在改造后能正常工作以及滿足所需要的性能，使用前應(yīng)對設(shè)備進(jìn)行運行調(diào)試。首先，檢查各控制線路的接線、PLC程序和各控制設(shè)備的參數(shù)設(shè)置，確保正確后，在帶電不帶負(fù)荷的情況下測試PLC與各模塊之間的通信及各元件的控制情況，利用觸摸屏改變變頻器輸出頻率，通過數(shù)字式萬能表測量頻率的變化。最后，接上負(fù)載通電運行，測試轉(zhuǎn)鼓電機(jī)的調(diào)速性能和工作電流，經(jīng)調(diào)試，設(shè)備能滿足預(yù)期的改造效果。

5 結(jié)語

本文針對早期用于包糖衣膜的包衣機(jī)在生產(chǎn)過程中存在的不足，通過采用觸摸屏、PLC、變頻器等方法，對包衣機(jī)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造，提高了設(shè)備的自動化生產(chǎn)性能，滿足生產(chǎn)工藝要求，改造后的包衣機(jī)比改造前每月節(jié)省1500元的維護(hù)保養(yǎng)等費用。

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