基于S7-200smart控制的脈動(dòng)真空滅菌柜控制系統(tǒng)

摘 要：介紹了一種小型蒸汽滅菌柜控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。為了降低小型蒸汽滅菌柜的制造成本且提高控制系統(tǒng)的性能，采用西門子S7-200smart CPU、smart700觸摸屏開發(fā)小型脈動(dòng)真空滅菌柜的控制系統(tǒng)。介紹了小型蒸汽滅菌柜的工作原理、控制系統(tǒng)軟硬件選型方案和通訊配置。應(yīng)用表明，該小型蒸汽滅菌柜控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理。

關(guān)鍵詞：S7-200smart;脈動(dòng)真空滅菌柜;觸摸屏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.139

0 引言

小型脈動(dòng)真空滅菌柜主要是通過飽和蒸汽在滅菌物上凝聚成水釋放出大量潛熱來達(dá)到滅菌目的[1]，廣泛應(yīng)用于醫(yī)院和制藥企業(yè)?，F(xiàn)有的蒸汽滅菌柜控制系統(tǒng)采用的是S7-200CPU和TP177A觸摸屏，其門聯(lián)鎖程序和滅菌程序不符合新版GMP，同時(shí)通訊性能較差，人機(jī)交互性能不友好。為解決以上問題，本項(xiàng)目采用s7-200smartCPU和smart700觸摸屏作為控制系統(tǒng)核心，通過以太網(wǎng)完成通訊，通訊速度更快，穩(wěn)定性更高;采用鉑熱電阻、壓力傳感器作為檢測(cè)機(jī)構(gòu)，檢測(cè)精度更高。

1 小型脈動(dòng)真空滅菌柜流程分析

小型脈動(dòng)真空滅菌柜主要采用飽和蒸汽對(duì)藥廠的藥桶、工作服、工具等進(jìn)行蒸汽滅菌[2]，一般安裝在藥廠的C區(qū)和D區(qū)之間，前門接通D區(qū)，后門接通C區(qū)。由于藥廠C區(qū)和D區(qū)之間潔凈程度不同，為防止出現(xiàn)交叉感染現(xiàn)象，需設(shè)計(jì)特殊的門聯(lián)鎖控制系統(tǒng)。所以該控制系統(tǒng)主要分為兩個(gè)主要控制程序：門聯(lián)鎖控制程序和滅菌程序。

1.1 門聯(lián)鎖控制流程

藥廠中C區(qū)潔凈程度要高于D區(qū)，如果同時(shí)打開滅菌柜的前門與后門，將會(huì)使得C區(qū)與D區(qū)直接導(dǎo)通，從而污染C區(qū)，所以在進(jìn)行門程序設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)互鎖控制，前門與后門不得同時(shí)打開;滅菌柜在未完成整個(gè)滅菌流程時(shí)，其柜體內(nèi)部物體滅菌不合格，此時(shí)若操作人員可以打開后門，柜體內(nèi)未完成滅菌的物體也會(huì)污染D區(qū)，所以在程序設(shè)計(jì)時(shí)，需要增加未完成滅菌不可開后門條件。

滅菌柜柜體與門均采用不銹鋼材料，僅依靠柜體和門板將無法實(shí)現(xiàn)柜體內(nèi)部空間與外部空間的隔離。為解決以上問題，在柜體上設(shè)計(jì)密封條凹槽，其上裝有密封膠條。當(dāng)處于關(guān)門狀態(tài)時(shí)，壓縮空氣將膠條吹起，使其緊貼于門板上，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)密封功能;開門時(shí)，需先將密封膠條抽回，門電機(jī)再動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)開門操作。門控制流程如圖1，圖2，圖3所示。

1.2 滅菌流程分析

脈動(dòng)真空滅菌柜采用脈動(dòng)抽真空、升溫、滅菌、冷卻的流程來實(shí)現(xiàn)滅菌過程。脈動(dòng)真空階段首先采用真空泵將柜體的壓力抽到-98kPa，再通飽和蒸汽到60kPa，如此反復(fù)三次確保將柜體內(nèi)的空氣排出干凈;升溫階段打開進(jìn)蒸汽閥，控制柜體內(nèi)蒸汽升到指定壓力;滅菌階段采用飽和蒸汽與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過PID閥控制柜體內(nèi)飽和蒸汽壓力的方法進(jìn)而控制柜體內(nèi)溫度，最終完成有效滅菌過程;冷卻階段，向柜體內(nèi)通入無菌壓縮空氣，同時(shí)打開排氣閥門，通過壓縮空氣的流動(dòng)將柜體內(nèi)的溫度降低到50℃以下，確保操作人員開門過程中不會(huì)被柜體內(nèi)的高溫空氣燙傷。其流程如圖4所示。

2 小型脈動(dòng)真空滅菌柜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

小型脈動(dòng)真空滅菌柜控制系統(tǒng)由信號(hào)采集部分、系統(tǒng)控制部分、報(bào)警指示部分等組成。該控制系統(tǒng)采用S7-200smart PLC+smart700觸?摸屏組成的控制體系結(jié)構(gòu)。PLC采集壓力與溫度傳感器;指示燈與觸摸屏共同組成報(bào)警系統(tǒng);PLC與觸摸屏之間采用以太網(wǎng)通訊，通訊速度更快，穩(wěn)定性更高。系統(tǒng)的控制框圖如圖5所示。

2.1 上位機(jī)

小型蒸汽滅菌柜控制系統(tǒng)采用上位機(jī)+下位機(jī)二級(jí)結(jié)構(gòu)，觸摸屏作為系統(tǒng)的上位機(jī)，其上運(yùn)行滅菌柜的監(jiān)控界面。為防止人員誤動(dòng)作，在觸摸屏中設(shè)置超級(jí)管理員、管理員、工藝員與操作員四級(jí)權(quán)限。其中超級(jí)管理員擁有所有權(quán)限為隱藏權(quán)限，僅項(xiàng)目開發(fā)人員具備該權(quán)限功能;管理員具備管理、操作與監(jiān)視權(quán)限;工藝員具備操作與監(jiān)視權(quán)限;操作員只具備監(jiān)視權(quán)限。上位機(jī)可實(shí)時(shí)顯示蒸汽滅菌柜的溫度、壓力、閥門狀態(tài)及報(bào)警等信息，使得操作人員通過觸摸屏就可以監(jiān)控滅菌柜的各種狀態(tài)。同時(shí)觸摸屏系統(tǒng)具備配方管理功能，通過調(diào)用不同的配方，完成不同物體的滅菌。操作人員可以通過觸摸屏和按鈕兩種方式完成對(duì)滅菌柜的程序啟動(dòng)、停止、急停等操作。

在上位機(jī)的開發(fā)中，充分利用上位機(jī)的模塊化編程思路，通過簡(jiǎn)單的模塊拖拉、數(shù)據(jù)組態(tài)等功能，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控畫面、報(bào)警畫面、操作界面、參數(shù)設(shè)置等界面的設(shè)計(jì)。通過編寫相應(yīng)的窗口函數(shù)，操作人員可以實(shí)現(xiàn)不同畫面的自由切換，方便對(duì)整個(gè)滅菌流程的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

2.2 下位機(jī)

下位機(jī)完成滅菌柜控制系統(tǒng)底層控制，根據(jù)上位機(jī)操作信號(hào)和配方信息完成對(duì)門電機(jī)、真空泵、閥島、PID閥門的控制，執(zhí)行上位機(jī)操作;采集柜體中溫度、壓力傳感器的數(shù)值并完成計(jì)算，將最終數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中;同時(shí)，比對(duì)溫度、壓力數(shù)值，采集熱繼電器信號(hào)，生成報(bào)警信息完成與上位機(jī)數(shù)據(jù)交換。

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，系統(tǒng)穩(wěn)定性高，滅菌溫度均勻性更高，滅菌效果完全符合國(guó)家新版GMP標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張洪運(yùn)，韓玉環(huán)，郭文峰，李宗武，李永杰，孫杰.基于PLC技術(shù)的大輸液滅菌柜電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用，2011，30（11）：74-77.

[2]張鳳軍.脈動(dòng)真空滅菌柜的故障與排除[J].醫(yī)療裝備，2018，31（13）：133-134.

作者簡(jiǎn)介：王震（1987-），男，山東淄博人，碩士，助教，主要從事機(jī)電一體化技術(shù)教學(xué)與研究。