優(yōu)化藥廠熱風(fēng)循環(huán)烘箱設(shè)備控制系統(tǒng)

唐 準(zhǔn)

（金陵藥業(yè)股份有限公司南京金陵制藥廠，江蘇南京 210038）

0 引言

熱風(fēng)循環(huán)烘箱是制藥過程中重要的生產(chǎn)設(shè)備，負(fù)責(zé)提供箱體內(nèi)部滿足GMP 要求的生產(chǎn)環(huán)境，保障制藥工藝要求，一般采用電氣系統(tǒng)控制發(fā)熱單元并結(jié)合循環(huán)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生熱風(fēng)實(shí)現(xiàn)烘箱溫度控制。但是，在使用中發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)循環(huán)烘箱控制系統(tǒng)存在故障率較高、控制精度不理想等問題。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際存在的問題，提出相應(yīng)的優(yōu)化措施。

1 PLC 控制方式取代單片機(jī)儀表控制方式

傳統(tǒng)熱風(fēng)循環(huán)烘箱控制系統(tǒng)一般選用單片機(jī)儀表控制方式，雖然單片機(jī)存在體積小、價(jià)格實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)，但是因?yàn)槠渑浼ㄈ珉娮璧龋﹨?shù)具有很強(qiáng)的離散特征，且存在批間質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，導(dǎo)致單片機(jī)存在可靠性低等缺點(diǎn)。

而PLC 相比于單片機(jī)來說，在工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)水平方面具有更好的表現(xiàn)。在熱風(fēng)循環(huán)烘箱這種運(yùn)用模擬量運(yùn)算、PID控制較多的設(shè)備場合上，PLC 的優(yōu)勢(shì)更為明顯。另外，PLC 本有強(qiáng)大的自診斷功能，若控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常，便會(huì)自行跳轉(zhuǎn)至異常提示頁面，顯示異常原因與排除方式，能為維修人員快速處理異常予以幫助[1]。熱風(fēng)循環(huán)烘箱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

在熱風(fēng)循環(huán)烘箱設(shè)備控制系統(tǒng)PLC 優(yōu)化過程中，結(jié)合考慮硬件和軟件的優(yōu)化。在硬件層面采用集中管理和單獨(dú)控制相結(jié)合的方式，利用西門子200系列PLC 和MCGS觸摸屏搭建現(xiàn)場烘箱溫度控制單元取代單片機(jī)儀表控制方式。二者通過PPI串口通信協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。在軟件層面，使用西門子STEP 7 工控編程軟件對(duì)西門子PLC 進(jìn)行梯形圖編程，使用MCGS 嵌入版組態(tài)軟件對(duì)其觸摸屏進(jìn)行模塊化編程，用以滿足制藥工藝要求。西門子PLC 編程梯形圖如圖2 所示。

2 增加物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程報(bào)警系統(tǒng)

圖1 熱風(fēng)循環(huán)烘箱控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

圖2 西門子PLC 編程梯形圖

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things，TIT）是現(xiàn)代信息系統(tǒng)的重要組成部分，概括的認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)就是物品與物品相連的互聯(lián)網(wǎng)[2]。它是基于基礎(chǔ)和核心地位的互聯(lián)網(wǎng)的擴(kuò)展和延伸，也是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上基于物品和物品之間相互信息交換的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)是繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信網(wǎng)之后融合進(jìn)信息科技產(chǎn)業(yè)內(nèi)容的第三次科技革命。因其具有智能化，互聯(lián)互通，實(shí)時(shí)通信，自我反饋，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)越來越得到工業(yè)企業(yè)的廣泛關(guān)注。熱風(fēng)循環(huán)烘箱控制系統(tǒng)中的報(bào)警功能引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，達(dá)到優(yōu)化報(bào)警效率，減少烘箱設(shè)備故障時(shí)間，降低設(shè)備故障率之目的。

在傳統(tǒng)工控搭檔PLC+觸摸屏的硬件架構(gòu)的基礎(chǔ)上，上位機(jī)通過協(xié)議和通信轉(zhuǎn)換線路讀取現(xiàn)場下位機(jī)PLC 數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)存入到上位機(jī)數(shù)據(jù)庫中，再通過上位機(jī)腳本程序UPDATE 到Web 服務(wù)器SQL 數(shù)據(jù)庫中。之后通過微信發(fā)布程序，將組態(tài)畫面和數(shù)組發(fā)布至微信端。用戶端只要關(guān)注相應(yīng)微信公眾號(hào)，通過協(xié)議和數(shù)據(jù)請(qǐng)求，便可得到Web 服務(wù)器提供的經(jīng)其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編纂的烘箱各種運(yùn)行數(shù)據(jù)信息。并在烘箱產(chǎn)生報(bào)警時(shí)，遠(yuǎn)程推送微信信息及時(shí)提示用戶關(guān)注或介入（圖3）。

3 可控硅模塊抗干擾優(yōu)化

熱風(fēng)循環(huán)烘箱加熱系統(tǒng)采用可控硅模塊對(duì)電加熱器控制的方式。系統(tǒng)中主要設(shè)備為可控硅模塊（圖4）?？煽毓栌址Q晶閘管，它是一種可以應(yīng)用小功率控件來控制大功率設(shè)備的一種電器控制元件[3]?？煽毓枳鳛殡姎庠O(shè)備中應(yīng)用普遍的轉(zhuǎn)換元件，常在弱電驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換控制場合使用。由于熱風(fēng)循環(huán)烘箱內(nèi)藥品中間體對(duì)于溫度的特殊需求，需通過合適的PID 算法，實(shí)現(xiàn)設(shè)定值與采樣值間的PID 運(yùn)算來控制可控硅的通斷時(shí)間，從而為加熱器提供功率；但是由于可控硅整流器存在非線性負(fù)載特性，在通斷轉(zhuǎn)換過程中會(huì)造成強(qiáng)烈的干擾；同時(shí)，設(shè)備中一般使用弱電電路控制可控硅觸發(fā)裝置，而弱電控制電路系統(tǒng)易受到周圍環(huán)境的電磁干擾。因此，需對(duì)可控硅模塊產(chǎn)生的電磁干擾進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化處理。

（1）優(yōu)化地線接地。優(yōu)化原本分散的多點(diǎn)接地方式，采取一點(diǎn)接地方式，從而使各脈沖間的地線電位盡量一致。在強(qiáng)觸發(fā)情況下，地線上兩點(diǎn)間的電位差變得很小，并減少或消除不正確的尖峰信號(hào)。

（2）優(yōu)化電源供給。為了減少或者消除脈沖間的相互干擾，可將可控硅模塊控制電源與脈沖電源進(jìn)行物理隔離。并可采用大容量電容濾波處理方式，以提高電源輸出特性的硬度，達(dá)到優(yōu)化電源供給的效果。

圖3 微信端報(bào)警推送界面

圖4 熱風(fēng)循環(huán)烘箱可控硅模塊

4 結(jié)束語

藥廠熱風(fēng)循環(huán)烘箱設(shè)備有其自身特點(diǎn)，需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際使用情況，采用合適的措施優(yōu)化其控制系統(tǒng)，提高可靠性，降低故障率，保證熱風(fēng)循環(huán)烘箱參與的藥品生產(chǎn)符合GMP 要求。