基于S7-300 PLC 在湿法混合制粒机控制系统中的应用

2013-09-13刘辉，师宁

机电产品开发与创新 2013年4期

刘辉，师宁

（1.中航工业集团北京航空制造工程研究所，北京 100024；2.北京电子科技职业学院，北京 100176）

0 引言

制粒工艺有干法制粒、湿法制粒、一步制粒等多种形式，但湿法制粒目前仍然为大多数药品生产的首选。湿法混合制粒工艺是一种先进的制剂工艺，制药工艺上把混合、制粒两步工序合在一起，在满足生产要求的同时即节约生产时间，又提高生产效率，因此深受用户的欢迎。在目前几种常用的固体制剂制粒工艺中，湿法混合制粒机是用得最多的一种制粒设备，亦是最经济实惠的，在市场占有率高。

本中心是以研发制药机和食品机为主的科研单位，目前已设计、开发、生产湿法混合制粒机已有二十几多年，其设备在制药行业占有很大比重。由于近年来，随着用户设备更新换代和生产工艺的优化，HLSG600 型制粒机应用户要求将原有的三菱PLC 系统改为西门子PLC系统。本文在此背景下，结合目前企业的生产要求，对整个控制系统进行优化，采用先进的控制方法来满足用户需求。

1 控制系统的构成

1.1 系统结构

HLSG600 型湿法制粒机的工作流程大体分为干混、加浆和制粒三部分。干混是通过搅拌桨和切碎刀的运转使药粉颗粒充分混合；加浆是使粘合剂和物料充分混合后形成疏松物，为下一步制粒做准备；制粒是上步的混合物通过切碎刀的切割、粉碎，使物料成为细小而均匀的颗粒。整个系统以控制柜为核心，由操作人员通过触摸屏发出控制信号，控制柜根据触摸屏的信号和称体反馈信号来控制制粒机的运行状态。系统结构如图1所示。

1.2 硬件配置

改造后的控制系统应用户需求采用S7-300 系列PLC，该控制器带有集成的PROFIBUS-DP 接口，配有接口模块可连接到总线上；变频器选用的是三菱FR-A740 系列，来控制制粒机的电机运行；采用西门子MP277 触摸屏，用以选择制粒机的控制方法、各工序的运行状态、数据记录曲线及报警信息。主要硬件清单如表1所示。

图1 系统框图

表1 制粒机主要硬件清单

2 系统程序设计

2.1 设计思路

考虑到制粒机实际的工作过程，设备中采用搅拌和切碎两个电机，在运行中对电机要进行反复操作，因此在程序的设计过程中，作者对电机的控制单独用功能块FB 来编程实现，然后在组织块OB1 中直接调用该块来实现对电机的控制。在参数设定功能的编程中，考虑到数据保存在PLC 内存中，需大量的数据转移操作，并且操作后不需要返回数据，因此在程序中用功能FC 来实现此功能，编程采用了STL语言。对于加浆、出料及计时等功能采用线性化编程方法。这样编程使程序结构清晰，方便调试。具体的程序流程图如图2所示。

图2 程序流程图

2.2 结构化编程

结构化编程是将过程要求类似或相关的任务归类，在功能（FC）或功能块（FB）中编程，形成通用解决方案。此编程方法的有点就在于不用重复编写类似的程序，写一个通用模块，更多的设备或过程可以反复使用此模块，这样大大简化了编程人员的工作量，使程序结构清晰、明了。本控制系统对电机和参数设定的控制即采用此种编程方法，具体程序流程见图3。

2.3 STL语言

图3 电机控制功能块FB2

图4 参数设定程序-STL语言

STL语言编程风格非常简捷，完全是汇编语言的风格，用STL 做的程序体积小，功能强大程序代码效率高。HLSG600 型湿法制粒机中提供了20 种配方，因此在程序运行时，需要对大量的数据进行管理，而且这些数据均保存在PLC 内存中，且不必有返回数据。因此，作者在程序中对参数设定这部分创建功能FC 来管理这些数据，并采用了STL的编程语言。具体程序见图4所示。