吉安西门子模块代理商
1 引言
医药小丸包衣制粒机是用于实验室或小批量生产小丸颗粒的制药设备。由于实验室原有的控制系统使用的是十年前的人机界面和PLC，故其硬件均已老化，性能下降，在运行的过程中经常出现死机、黑屏、重启动，甚至某些画面参数不能修改;同时由于无相应的PLC编程器、编程软件和人机界面软件，因此可维修性也差。为了解决这些问题，我们采用西门子S7-200PLC和北京亚控公司的组态王6.05工控组态软件 的控制方案对小丸包衣制粒机的控制系统作了改进。
2 小丸包衣制粒机系统组成
小丸包衣制粒机系统组成如图1所示。小丸包衣制粒机是专门用于实验室或车间小批量生产的。药粉或类似的物料能在流化床中进行干燥、制粒以及包衣等过程。流化床物料容器底部装有筛网，药粉或小丸颗粒等类似的物料被盛放在筛网上。流动的空气经过滤处理后经容器底部的筛网向上流过，当流速达到一定速度时，颗粒(药粉)就会被空气托起，床内粒子就开始流化起来，形成流化床。流化床内的颗粒(药粉)在容器中剧烈搅动，并延伸到容器的扩展区，细微的粉末或轻微的颗粒则被粘附在袋式过滤器上。为了防止袋式过滤器的堵塞，控制滤袋升降的气缸会有一个间歇的抖动操控。空气经过袋式过滤器、控制风量大小的风门和风道被风机引出室外的大气中。在这个过程中，流化床容器内的微粒能完全充分的与空气流接触，并且搅动剧烈，因而能够很好的完成充分干燥，良好制粒，精致包衣等制药过程。
图1 小丸包衣制粒机系统组成
3 系统主要控制要求
小丸包衣制粒机操作的基本控制要求包括五个方面。
(1) 产品温度控制
通过控制进风温度来控制产品温度。进风温度控制精度为±3℃，产品温度控制精度为±2℃。
(2) 进风风量的控制
控制精度为±40m3/h。
(3) 雾化压力的控制
即喷液装置喷射压力的控制，控制精度为±0.1bar。
(4) 密封压力的控制
产品容器必须与扩展仓密封，形成一个密闭的流化床反应器。采用油压装置进行密封，密封压力在35-70bar之间。
(5) 滤袋的抖动控制
抖动有单滤袋抖动和双滤袋抖动，有手动抖袋和自动抖袋。
4 控制方案的选择
4.1 两种不同方案的比较
小丸包衣制粒机的改进有两种方案可供选择，见表1:
在满足控制要求的前提下，控制系统硬件设备的选择应该追求佳的性能价格比。由于该机器的使用频率不高，平均每月一次，同时环境良好，因此采用PC+PLC的控制方案。当机器不用时，PC机可作它用。换句话说，利用公用PC机即可作人机界面。
4.2 PLC硬件配置
根据前面对控制系统的要求，选用西门子S7-200系列PLC。S7-200系列PLC体积小，重量轻、安装方便、功能齐全、配置灵活、运行可靠、编程简单，具有可观的经济性和更强的适应性，完全可以满足上述控制要求。
4.3 人机界面组态软件
组态软件选择北京亚控公司的组态王6.05。这是一款具有易用性、开放性和集成能力的通用组态软件。组态王使用简单，适合各种简单和复杂的任务。只需要进行填表式操作，即可生成适合于用户的“监控和数据采集系统”，可有效用于控制自动化过程, 组态王6.05版是在bbbbbbs2000的平台上运行的，因此选用组态王是较为完善和方便的选择。整个控制系统的构成如图2所示:
图2 控制系统的构成
5 系统硬件设计
控制系统选用西门子S7-200系列PLC，选用了中央处理单元模块CPU224、数字量扩展模块EM223、模拟量输入模块EM231、模拟量输出模EM232、模拟量输入输出模块EM235。其中的中央处理单元模块CPU224外部接线图如图3所示、输入输出地址分配如表2所示。
图3 PLC外部接线图
图4 主程序框图
6 系统软件设计
6.1 PLC程序设计
主程序框图如图4所示，其中子程序0为初始化程序，子程序1为检查扩展模块是否正常，子程序2为模拟量采样子程序，子程序3为对各执行设备输出的采样，子程序4为对各被控量和执行设备异常的报警子程序。由于篇幅所限，各子程序框图在此从略。
6.2 人机界面组态
组态软件选择北京亚控公司的基于bbbbbbS2000平台的工业控制组态软件“组态王”6.05版。只需要进行正常通信设置和填表式操作即可完成人机界面组态。运行组态画面程序和PLC用户程序，根据小丸机操作的顺序功能，点击组态画面上的各个按钮，通过模块上各输出位对应的发光二极管，观察各输出信号的变化是否满足设计的要求。组态画面设计了设备控制、过程控制、过程参数等画面。其中设备控制画面如图5所示。
图5 设备控制画面
7 结束语
由于S7-200系列PLC具有体积小、系统集成度高(电源、主机、机架、开关量输入输出等功能集成一体)、配置灵活、接线简单、安装方便、抗干扰性强等特点，同时与同性能的产品相比，很好的满足了此次系统改造经济上技术上的要求。新系统人机界面友好(全中文界面)，操作简单快捷，运行可靠稳定，受到广大用户的好评。
如果有用过西门子S7－200 SMART系列 PLC的学员，应该会知道PLC提供了各种模块和插入式板，用于扩展CPU 的功能，那么S7－1200 系列PLC也不例外。S7－1200系列PLC的扩展模块包括三类，信号模块、信号板和通信模块。信号模块是扩展在CPU的右侧，信号板扩展在CPU的正上方，通信模块扩展在CPU的左侧。下面来简单的介绍一下S7－1200系列的模块。”
1、信号模块
信号模块可以为CPU补充集成的IO口，模块型号名称一般是SM开头的。信号模块SM是连接在CPU右侧的，包括数字量 I／O、模拟量 I／O、热电阻和热电偶、SM 1278 IO－Link 主站等模块。注意CPU1211C不支持扩展信号模块，CPU1212C支持多扩展2个信号模块，其他型号CPU都可以多扩展8个信号模块。
数字量IO信号模块包括了以下这几种：SM 1221 数字量输入模块、SM 1222 数字量输出模块、SM 1223 数字量直流输入 ／ 输出模块、SM 1223 数字量交流输入 ／ 输出模块。总结一下，从输入输出点数来看，有8个点的有16个点的，从输入的电源类型来看，有直流的也有交流的，从输出类型来看，有晶体管输出和继电器输出的。
模拟量IO信号模块包括以下这几种：SM 1231 模拟量输入模块、SM 1232 模拟量输出模块、SM 1231 热电偶和热电阻模拟量输入模块、SM1234模拟量输入和输出混合模块。SM 1231、SM 1232和SM1234是用于接收或输出标准的电压信号和电流信号的，SM 1231是用于接热电阻或热电偶进行温度采集的。
2、信号板
CPU 支持扩展信号板，信号板是使用嵌入式的安装方式的，安装在CPU的正上方，安装不会占用空间，比如我们需要扩展少量IO点的时候，就可以选择扩展数字量IO的信号板。除了数字量IO的信号板，还有模拟量的信号板，这些信号板一般型号是以SB开头的。此外，还有通信板CB，可以为CPU增加其它通信端口。电池板 BB可提供长期的实时时钟备份。
3、通信模块
通信相关的模块包括通信模块 （CM） 和通信处理器 （CP） ，用于增加 CPU 的通信接口，例如利用CM模块可以支持PROFIBUS 或 RS232／RS485 （支持 PtP通信、Modbus通信或USS通信）或者 AS－i 主站通信。利用CP 模块可以提供其它通信类型的功能，例如通过 GPRS、IEC、DNP3 或 WDC 网络连接到 CPU。S7－1200 CPU 的通信模块CM或通信处理器CP扩展在CPU的左侧（或连接到另一CM或CP的左侧），而且多支持三个CM或CP的扩展。
通信模块CM包括CM1241通信模块、CM1243－5 PROFIBUS－DP主站模块、CM1242－5 PROFIBUS－DP从站模块，通信处理器CP包括CP1242－7 GPRS模块、CP1243－1以太网通信处理器。
以CM1241通信模块举例，用于扩展RS232口或RS485口进行串行通信，这个模块可以支持ASCII协议、MODBUS协议、USS协议。当然除了这个模块可以扩展RS232或RS485通信接口之外，我们还可以使用前面所说的CB信号板，这样我们就有了多个选择
