陳永生

（廣州摩托集團物業(yè)管理有限公司海珠分公司，廣東廣州510000）

0 引言

包衣機是片劑生產中的重要設備之一，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注度不斷提高，對藥品質量及其生產工藝要求也更為嚴格，相應地對制藥設備也提出了更高的要求。目前仍有部分較早期的包衣設備（本文以包糖衣膜的包衣機為例）的控制系統(tǒng)是采用繼電器以接線的形式進行邏輯控制，系統(tǒng)控制不穩(wěn)定，容易出現設備故障，亟需對包衣機實施有效合理的整改。

1 問題分析

1.1 包衣機工作原理

首先，將素片放入包衣機轉鼓內，轉鼓做順時針旋轉，然后分次對轉鼓內的素片加入糖漿，使糖衣片在轉鼓內翻滾、摩擦，使糖衣膜包裹均勻。同時，向轉鼓內通入熱風，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。

根據工藝要求，包衣過程中需要控制以下環(huán)節(jié)：（1）控制進風量的大??；（2）在一定范圍內控制轉鼓的轉速；（3）對轉鼓和進風進行加熱控制。

1.2 存在問題

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

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

（2）包衣機轉鼓的旋轉速度通過機械調速控制，調速不穩(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)，決定進行以下方面的改造：

（1）采用PLC替代繼電器進行系統(tǒng)控制。

（2）采用觸摸屏作為人機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）采用變頻器控制調節(jié)轉鼓的轉速。變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用，將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置，可實現對交流異步電機的軟起動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因數、過流/過壓/過載保護等功能。

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軟件設置界面參數。

2.3 控制系統(tǒng)原理

改造后的包衣機控制系統(tǒng)原理如圖1所示，由觸摸屏向PLC發(fā)送和接收數據，通過PLC運行程序控制輸出電路各執(zhí)行元件的工作。轉鼓電機由變頻器控制調速，通過FX2N-485-BD模塊來接收和發(fā)送數據至PLC。FX2N-4AD-PT模塊將進風和轉鼓溫度數據通過轉換發(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 軟件設計

3.2.1 數據傳輸格式設置

系統(tǒng)數據按照通信請求→站號→指令代碼→數據內容→校驗碼的格式進行傳輸。其中，數據內容可多可少，也可以沒有；校驗碼是求站號、指令代碼、數據內容的ASCⅡ碼的總和，然后取其第2位的ASCⅡ碼。

3.2.2 變頻器數據代碼

變頻器數據代碼如表1所示。

3.2.3 通信格式設置

通信格式是通過特殊數據寄存器D8120進行設置，根據控制要求，其通信格式設置如下：

（1）設數據長度為8位，即D8120的b0=1；

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

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

圖1 改造后的包衣機控制系統(tǒng)原理

表1 變頻器數據代碼

（5）D8120的其他各位均設為0。

因此，通信格式設置為D8120=9FH。

3.2.4 變頻器參數設置

根據上述通信格式設置，變頻器必須設置如下參數：

（1）操作模式選擇（PU運行）Pr79=1。

（2）站號設定Pr117=0（設定范圍為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）數據長度及停止位長Pr119=1（即數據長度為8位，停止位長為2位，與PLC的設置相一致）。

（5）奇偶性設定Pr120=2（即偶數，與PLC的設置相一致）。

（6）通信再試次數Pr121=1（數據接收錯誤后允許再試的次數，有兩種設置：0～10，表示如果錯誤連續(xù)發(fā)生次數超過允許值，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，變頻器進入報警停止狀態(tài)）。

（8）等待時間設定Pr123=20（有兩種設置：0～150，表示數據傳輸到變頻器的響應時間（ms）；9999，表示用通信數據設定）。

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

（10）其他參數按出廠值設置。

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，設置觸摸屏的使用類型為F940GOT，設置連接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程序設計

包衣機的電氣控制系統(tǒng)根據其使用要求，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，分別作為轉鼓電機、進排風電機和震粉電機的過載保護和觸摸屏發(fā)出報警信號的觸發(fā)條件，當發(fā)生過載保護時，斷開相應回路的輸出，并通過觸摸屏發(fā)出相應的報警提示。

圖2 操作畫面的制作和設置

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為觸摸屏開關位元件，通過觸摸屏連接到PLC。當M4接通，Y1輸出，進風電機啟動；當M5接通，Y2輸出，排風電機啟動；T0、T1控制震粉電機Y5每隔30s開啟一次，時間為3s。

（3）當M8、M9接通，PLC經FX2N-4AD-PT模塊讀取傳感器檢測到的溫度值與設定溫度值并進行比較，當檢測溫度值小于設定溫度值時，M12、M32接通，Y3、Y4輸出，對轉鼓和進風進行加熱。

（4）當M1接通，PLC向變頻器發(fā)送正轉運行代碼，控制變頻器按照設定頻率運行，通過M2、M3或其他輸入方式改變變頻器輸出頻率，對轉鼓電機進行無級調速控制，當M0接通，PLC向變頻器發(fā)送停止運行代碼，轉鼓電機停止運行。

4 運行調試

為保證設備在改造后能正常工作以及滿足所需要的性能，使用前應對設備進行運行調試。首先，檢查各控制線路的接線、PLC程序和各控制設備的參數設置，確保正確后，在帶電不帶負荷的情況下測試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，通過數字式萬能表測量頻率的變化。最后，接上負載通電運行，測試轉鼓電機的調速性能和工作電流，經調試，設備能滿足預期的改造效果。

5 結語

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

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