西门子6ES7231-7PB22-0XA8使用选型

1 引言

隧道式灭菌干燥箱是制药行业用于玻璃容器进行灭菌干燥工艺的配套设备。在设计上吸取了国内外同类产品的先进经验与技术，克服了我国目前生产的同类设备体积大、生产能力低、保温性能差、净化效果不良等缺点，适用于制药厂经清洗后的抗生素玻璃瓶、安瓿、黄圆瓶等玻璃容器的灭菌干燥箱的工艺过程。

2 工艺自动化设计

2.1 工艺描述

隧道式灭菌干燥箱主要由输送网带、加热箱体、净化装置、冷却排风装置、冷却箱体、电加热器、机械传动机构和电气控制系统等组成。

经超声波清洗设备清洗后的抗生素玻璃瓶、安瓿、黄圆瓶等玻璃容器通过传送装置运送至隧道式灭菌干燥箱的入口，通过输送网带的循环带动，将玻璃容器在经过预热、灭菌、保温三段加热区进行杀毒灭菌后，运送至下一级设备。

2.2 控制内容及功能要求

（1）手动启动。在自动启动按钮没有按下时为手动状态，此时，排风、冷却、进瓶、网带、保温、灭菌、预热按钮均可单独启动停止。超声清洗按钮在有水状态下即可启动，与自动/手动状态无关。无水状态下启动，会提示系统缺水故障。

（2）自动启动。按下自动启动按钮后为自动状态，冷却风机启动，延时设定时间后，进瓶风机启动，延时设定时间后，排风风机启动，延时设定时间后，预热加热启动，延时设定时间后，灭菌加热启动，延时设定时间后，保温加热启动，当预热、灭菌、保温三个温度同时大于三个温度设定下限时，网带电机启动，频率按网带电机速度下限设定频率运行，当三个温度均达到设定温度 + -15度时，网带电机按设定频率运行。

（3）急停控制。在运行过程中，当按下急停时，仅停止网带电机，松开急停时，网带电机继续运行。急停为常开点。

（4）自动停止。运行过程中，按下自动停止按钮后，仅停止网带电机，预热、灭菌、保温需手动停止，当三个温度都小于自动停止温度下限时，可手动停止排风、冷却、进瓶电机，否则不能停止。需再次自动启动时，按下自动启动按钮，系统按第3步自动运行。

（5）自动诊断报警。当自动运行启动后，如果三个加热在经过加热温度判断时间后，仍不能达到设定温度下限时，系统会提示报警；当排风温度一直大于排风温度上限，经过排风温度判断时间后，系统会提示报警；温度补偿为环境温度与传感器检测温度不一致时对温度传感器的补偿。补偿温度为-50度――50度之间。触摸屏上显示温度低显示温度为-50度，小于-50度时，显示会出现大于500的数据，同时温度控制器DTC提示出错，ERROR红灯亮。

（6）自动记录。温度曲线5分钟记录一次温度变化值，大记录为15000次，当大于15000次后，新的记录会覆盖早产生的数据，依次类推，数据曲线断电保持。

2.2.10 预热、灭菌、保温三个温度显示的当前值小于设定温度下限或大于设定温度上限时，系统会提示超限错误，同时在启动按钮的上面会显示桔红色的指示灯，提示超限。

3 台达自动化产品解决方案

基于台达台达机电自动化平台的控制方案如图1所示。

图1 控制方案简图

3.1 触摸屏工艺过程管理

HMI采用精致细腻的AE系列触摸屏，多种语言自由切换，大量图元图库，功能强大的在线、离线仿真功能，配方趋势及数据存储、打印功能可满足各种工艺需求，参见图2。

图2 主要控制画面

3.2 系统集成设计

ES系列PLC使用方便灵活，集成高速计数功能，扫描速度快，支持浮点运算，内置Modbus总线通讯方式。

M系列变频器，集成Modbus总线通讯口，简洁树型操作界面，迷你型外形；具有良好的转矩特性及速度调节精度。

DTC系列温度控制器，集成Modbus总线，高度的集成化，便于集成于控制柜内，设定简单，控制温度高。温度控制器自整定画面如图3所示。

快速的Modbus通讯，简化了PLC与变频器、温度控制器之间的繁琐接线，消除了常规控制方式所带来的种种不安全潜在因素，不需要改变任何接线的多模式自由切换方式使控制更为简单，信息的实时反馈确保系统可靠运行。

图3 温度控制器自整定画面

4 结束语

本系统采用了台达自动化集成解决方案。具有以下几大优点：

通过Modbus通讯控制方式，不但有效降低了成本、减少了客户工作量，而且为以后系统的扩展及更新提供了方便的条件。完善的故障检测功能，保证设备运行可靠。人性化的编程软件，给设备制造商软件开发工作带来了方便。新的控制系统不仅给OEM用户带来了成本优化，并且能更好的根据工艺的要求进行修改设计，进一步提高了设备商在行业中的竞争力。依靠台达大陆子公司中达电通强大的销售与售后支持网络，使用户的设备在任何地方均可享受快捷、便利、优质的售后服务。

　前言：包钢带钢厂璇流井水系统是为轧线供生产用水，整个水系统是循环运行的。为保证璇流井内水位保证基本平衡，通过5#泵（110KW）将水池内循环水再抽到外面，防止水溢出。由于原有系统采用软启动启动，不能调节转速，水位的控制依靠人为值守，来通过开阀和关阀来控制。否则在低液位会造成水泵抽真空而损伤泵体（气蚀）；高液位则会淹没水泵房造成停电事故。为此，我们设计变频恒液位控制系统，液位检测采用超声波液位器（百特公司），通过变频器内部PID构成液位闭环，实现液位的自动恒定控制。

1、变频恒液位控制系统构成

　　系统水泵电机为110KW，四级，转速1480r/min。设计采用EV2000-4T1100P系列通用变频器作为水泵电机控制核心。液位检测采用百特工控公司生产FBSON-Y-05-N系列超声波物位检测仪，供电电源为AC220V，一体式安装。量程大可达到5米，实际检测水位高1.85米。系统原理图附图一至三。

　　采用一台EC20-1006BRA作简单的继电连锁，除了和旧系统进行连锁（互锁），还有变频器的简单启动和停止及报警。本系统还另外装有一台EC20-1006BRA，通过串口与一台数传电台相通讯（MODBUS）,来实现和另外一个水泵房（净环泵房）实现连锁。当璇流井有高液位报警时，通过PLC及数传电台传送到净环泵房，由操作人员确定水泵的启动和停止（由于二者距离太远，且不适合电缆敷设，所以采用无线数传的方式）。 其中璇流井内PLC设置为主站，净环内PLC为从站。数传电台采用深圳科立讯生产的PT6080无线数传电台是利用先进的单片机技术,无线射频技术,数字处理技术设计的功率较大,体积较小的模块式半双工数传电台,采用SMT新工艺,选用高质量的元器件。抗干扰能力强，精致坚固，结构紧凑，安装方便。数话兼容，数传可优先。RS232、RS485及TTL多种接口可供选择，适应面宽。参见下面原理图：

2、变频恒液位控制参数及工作原理：

2.1 EV2000 通用技术规格：

2.2为实现璇流井内恒液位控制，我们采用给定电位计作为液位给定，反馈采用超声波液位仪（变送输出4-20MA）。通过变频器内部的PID调节器做压力闭环调节。变频器参数设置如下：

FP.01=0 参数写保护选择，全部参数允许改写

F0.00=3 给定为VCI模拟给定

F0.03=1 端子运行

F0.04=0 转向为正向

F0.08=1 负载为风机类

F0.10=15 加速时间

F0.11=15 减速时间

F0.14=1 V/F曲线设定（2次幂，泵类负载特性）

F5.00=1 闭环运行有效

F5.01=1 给定为VCI

F5.02=1 反馈为CCI（注意要做调线改动）,超声波输出

F5.09=20 小给定量对应反馈（4mA ,相对于20mA为20%）

F5.12=0.10 比例增益

F5.13=0.05 积分时间

FH.00=4 四极电机

FH.01=110 功率110KW

变频器内部PID控制框图：

2.3超声波参数设置

a、测量模式选择：距离测量

b、测量范围：0-185cm

c、响应速度选择：慢速

d、安全物位：保持

超声波工作电压220VAC，输出信号为4-20MA

　　为可靠检测液位，使用超声波变送器必须使其响应速度较慢。这是因为过快的响应速度，会造成外界干扰信号的扰动，使液位信号变化太快，影响了正常的设备运行。降低速度，可以使信号综合平均后输出实际稳定电流信号。

3、实际运行效果

　　经过现场一段时间的运行，变频恒液位运行效果非常好。当用电位计设定一个液位高度后，变频器以恒液位控制方式运行。当液位设定为70cm，实际检测璇流井内的液位基本在60-80cm之间恒定。当液位低于70cm，变频器频率降低，直到后停止在低运行频率（20HZ）。这是因为如果变频器运行频率过低，水泵的扬程不够，电机功率白白损耗掉，不利于节能运行。设置低运行频率，能够使水泵扬程达到要求（璇流井内循环水不会造成在低的运行功率下导致液位过低而水泵抽真空）。变频器的频率一般在生产的时候达到35-45HZ左右，这样的节能率是非常高的（40%左右），而且恒液位控制大大的降低了操作人员的劳动强度。当由于某种原因造成液位过高时，通过EC20 PLC和数传电台还可以为上级泵站提供信号，实现泵站水系统的连锁控制，保证了正常的生产供水要求，同时也大大地节约了电能（35%以上），为包钢节能降耗工程作了一个工程。

附原理图如下: