6ES7223-1PH22-0XA8全年质保

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脉动真空灭菌是国内九十年代中期发展的一种新型灭菌设备，由于采用了脉动真空技术，灭菌效果好，广泛应用于医院供应室、手术室、制药厂及科研部门。基于PLC的控制系统具有运行可靠、操作简单、维护简便等特点，随着触摸屏的推广应用，使得其介面越来越人性化和个性化，逐渐成为医疗器械行业灭菌器的主流产品。
　　
　　 湖南某医疗器械公司顺应世界电气发展潮流，用PLC和触模屏控制系统替代原有的电气控制系统，经过反复试验及推广应用，取得了良好的使用效果，深得用户满意。
　　
　　 1．脉动真空灭菌器的基本特点
　　 脉动真空灭菌器是采用饱和蒸汽灭菌的设备。所谓脉动真空，就是首先将灭菌器夹套进蒸汽至额定压力，然后用真空泵将灭菌器内室抽到一个较高的真空度（脉动下限），再充蒸汽到设定正压（脉动上限），如此一负一正的过程即为一次脉动循环。经过几次脉动后，基本抽尽器体内的冷空气，接着进饱和蒸汽达到不同灭菌物品对应的灭菌温度，开始累计灭菌计时，计时结束后，抽真空干燥，使灭菌物品达到较好的干燥度，灭菌后可直接使用。从而达到很好的灭菌效果，符合药品生产GMP规范。
　　
　　 2．控制系统
　　
　　 2.1 控制部分的硬件构成
　　
　　 根据脉动真空灭菌器的控制要求，控制系统采用日本三菱公司的FX2N-16M可编程、F940GOT-LWD触摸屏、FX2N-2AD模拟量输入单元、FX0N-8EYR输出扩展模块。外围设备有SP-E4004迅普微型打印机，水环式真空泵，德国宝得公司的气动角座阀及压力变送器、一体式温度变送器、门电机等。
　　
　　 控制系统结构示意图如下：

　　 
图1 脉动真空灭菌器控制系统输入输出结构框图

　　 主要元件功能：
　　
　　 1）主机FX2N-16MR可编程序控制器是三菱公司FX系列的高产品。内置8K步的RAM存储器，辅助继电器3072点，8000点数据寄存器，100ms、10ms、1ms等256点定时器，256点计数器。基本指令27种，应用指令128种。运算处理速度：本指令0.08μs/指令，应用指令1.52～数100μs/指令。
　　
　　 2）FX2N-2AD模拟量输入单元，可以输入两路模拟量信号，接受4～20mA电流信号或0～10V电压信号。
　　
　　 3）F940GOT-LWD为6吋单色触摸屏，功能强大，操作简单。
　　
　　 显示功能：多可显示500个用户制作画面。除了显示英文、汉字、数字等外，还能显示直线、圆、四边形等简单图形。
　　
　　 监示功能：可用数值或条形图监示并显示可编程序控制器字元件的设定值或现在值。
　　
　　 程序清单：可在指令清单程序方式下进行程序的读出/写入/监示。

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　　 数据采样功能：在特定周期或起动条件成立时收集指定数据寄存器的当前值，用清单形式或图表形式显示、打印采样数据。
　　
　　 报警功能：可使多256点的可编程序控制器的连续元件与报警信息对应。
　　
　　 4）FX0N-8EYR为8点继电器输出扩展模块。
　　
　　 5）D50-BGD开关电源为触摸屏提供24V、打印机提供5V电源。
　　
　　 2.2 控制系统的应用软件
　　
　　 可编程序控制器的编程软件为SWOPC-FXGP/WIN-C[1]，是一个应用于FX系列可编程控制器的编程软件，可在bbbbbbS介面下运行。可用阶梯图、程序语句来创建顺控指令程序，建立注释数据及设置寄存器数据；该程序可在串行系统中与可编程序控制器进行通迅、文件传送、操作监控以及各种测试功能。

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　　 触摸屏的编写软件为FX-PCS-DU/WIN-C[2]，具有字串库、图形库、数据文件、系统设定、项目检查、蜂鸣器等功能。可给画面15级加密，让不同级别的操作者拥有不同权限。
　　
　　 2.3 主要程序编程原理结构框图如图2所示。
　　
　　

　　 3．控制程序
　　
　　 为了适应用户的多种需要，设置了四种工作程序：织物灭菌程序；器械灭菌程序；液体灭菌程序；B－D试验程序。
　　
　　 3.1 织物灭菌程序
　　
　　 织物灭菌程序适宜用于纺织品、布类、手术包、卫生敷料的消毒灭菌。出厂设定参数为脉动3次、灭菌温度134℃。程序运行过程：脉动—升温—灭菌—排汽—干燥—回气—结束。
　　
　　 3.2 器械灭菌程序
　　
　　 器械灭菌程序适用于金属类手术器械、工器具、无菌器皿等物品的灭菌。出厂设定参数为脉动2次、灭菌温度126℃。
　　
　　 3.3 液体灭菌程序
　　
　　 为防止在高温下因液体沸腾而产生溅溢，液体灭菌程序特地采取了灭菌后缓慢排汽的技术措施，特别适用于非密封装载的医用液体消毒灭菌。出厂设定参数为脉动1次、灭菌温度121℃。
　　
　　 在液体灭菌程序中特设温度时间控制/F0值控制供用户选择。
　　
　　 F0值是将被灭菌物品不同受热温度折算到与湿热121℃灭菌时热效力相当的灭菌时间。F0值的计算对验证灭菌效果极为有用。在程序中设计每6秒采样一次，灭菌温度数据进行浮点运算，计算出F0值。
　　
　　 3.4 B－D试验程序

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　　 B－D试验是为检验本设备灭菌效果而设置的程序。固定参数为灭菌温度135℃，灭菌3.5分钟。用于判断灭菌运行是否正常，是否能进行彻底的灭菌。
　　
　　 3.5 其它功能
　　
　　 1）手动操作画面：系统为了安装、调试及维护的需要特设置了手动操作画面，对应每个执行元件均有一按键交替控制，即按一下启动，再按则停止，且对应指示灯显示。
　　
　　 2）帮助菜单：在系统画面中除了产品简介外，更添加了详细的操作说明及故障处理介绍，让用户直接面对触摸屏即可对产品有一个全面的了解。
　　
　　 3）数据打印：灭菌完毕后，可以打印灭菌温度、灭菌压力、F0值等参数。
　　
　　 4．系统改进后的优点
　　
　　 1）本控制系统将设备的整个工艺流程图显示在屏幕上，每个执行元件都有对应指示，介面直观明了、不易出错；
　　
　　 2）可在线修改参数、程序，维护方便；
　　
　　 3）设有帮助菜单，使得后续操作培训更为轻松；
　　
　　 4）控制电路简洁明了，增强了可靠性。
　　
　　 5）系统有很高的稳定性和抗干扰能力。

一、时间继电器：

TON　使能＝1计数，计数到设定值时（一直计数到32767），定时器位＝1。使能＝0复位（定时器位＝0）。

TOF　使能＝1，定时器位＝1，计数器复位（清零）。使能由1到0负跳变，计数器开始计数，到设定值时（停止计数），定时器位＝0。如下图：

图1：使能＝1时，TOF（T38）的触点动作图

图2：使能断开后，计数到设定值后，TOF（T38）的触点动作图（其中T38常开触点是在使能由1到0负跳变后计数器计时到设定值后变为0的）

TONR　使能＝1，计数器开始计数，计数到设定值时，计数器位＝1。使能断开，计数器停止计数，计数器位仍为1，使能位再为1时，计数器在原来的计数基础上计数。

以上三种计数器可以通过复位指令复位。

正交计数器　A相超前B相90度，增计数

　　　　　　B相超前A相90度，减计数

当要改变计数方向时（增计数或减计数），只要A相和B相的接线交换一下就可以了。

二、译码指令和编码指令：

译码指令和编码指令执行结果如图所示：

DECO是将VW2000的第十位置零（为十进制的1024），ENCO输入IN低位为1的是第3位，把3写入

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VB10（二进制11）。

三、填表指令（ATT）

S7－200填表指令（ATT）的使能端（EN）必须使用一个上升沿或下降沿指令（即在下图的I0.1后加一个上升沿或下降沿），若单纯使用一个常开触点，就会出现以下错误：

这一点在编程手册中也没有说明，需要注意。其他的表格指令也同样。

四、数据转换指令

使用数据转换指令时，一定要注意数据的范围，数据范围大的转换为数据范围小的发注意不要超过范围。如下图所示为数据的大小及其范围。

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（1）BCD码转化为整数（BCD＿I）

BCD码转化为整数，我是这样理解的：把BCD码的数值看成为十进制数，然后把BCD到整数的转化看成是十进制数到十六进制数的转化。如下图所示，BCD码为54，转化为整数后为36。

整数转化为BCD码（I＿BCD）则正好相反，看成是十六进制到十进制的转化。

（2）整数转化为双整数（I＿DI）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

此问题需要注意的是：整数转化为双整数后，符号位被扩展，因为整数的精度小于双整数的精度，转化后，双整数除了表示整数的数值所占的位外，其余空位用符号位填充。如整数45转化为双整数后，基二进制表示为：2#0000_0000_0000_0000_0000_0000_0010_1101，而整数－45转化为双整数后则为：2#1111_1111_1111_1111_1111_1111_1101_0011。

五、避免重复使用PLC输出线圈

　　基本逻辑指令中常开接点和常闭接点，作为使能的条件，在语法上和实际编程中都可以无限次的重复使用。

　　PLC输出线圈，作为驱动元件，在语法上是可以无限次的使用。但在实际编程中是不应该的，应该避免使用的。因为，在重复使用的输出线圈中只有程序中后一个是有效的，其它都是无效的。输出线圈具有后优先权。

如图1和2所示。

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图1：输出线路未重复使用　　　图2：输出线路未重复使用

　　图1所示，输出线圈Q0.0是单一使用，表示I0.0和I0.1两个常开接点中任何一个闭合，输出线圈都得电输出。

　　图2所示，输出线圈Q0.0是重复使用，在网络1和网络2中重复使用两次，目的和图1所示一样，要求I0.0和I0.1两个常开接点中任何一个闭合，输出线圈得电输出。

　　首先需要肯定是图2所示的程序在语法上是完全正确的。但是，Q0.0重复使用的输出线圈中，真正有效的是网络2，网络1是多余的、无效的。也就是说，I0.0无论是闭合还是断开，都对Q0.0不起作用，Q0.0是否得电是由I0.1决定的。

　　这是因为PLC在一个扫描周期中，PLC输出点的刷新是在程序执行完毕后执行的，在一个扫描周期中，即使I0.0闭合，I0.1断开，在PLC程序执行网络1时，输出点Q0.0映像存储器为1，在执行网络2时，输出点Q0.0映像存储器又变为0。程序执行完毕，PLC输出点才执行刷新，终输出点Q0.0失电不输出。同理，在一个扫描周期中，I0.0断开，I0.1闭合，输出点Q0.0映像存储器终为1，在PLC输出点执行刷新时，输出点得电输出。因此，图2所示的程序中，对Q0.0起作用的只是I0.1。

　　因此，在PLC编程时，重复使用数出线圈。尽管在语法上是正确的，但是应该避免使用的。

六、合理组织编写梯形图的结构

　　在编写梯形图时，宜将串联的回路写在上方，并联的回路写在左边。如图所示：

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  　采用右边的形式，可以减少PLC的扫描时间，可以让PLC拿更多的时间来处理输入、输出和通讯部分程序。这是因为，虽然是梯形图，PLC终还是把梯形图转化为指令语句来执行，而右边的梯形图转化为语句后，显然比左边的要简化的多，这样就可以减少PLC的扫描时间。在比较大的程序中这点儿尤其显得突出。

七、合理使用指令减少PLC扫描时间

　　PLC每种指令的执行时间是一定的，在编程时，一定要注意不要人为造成PLC的扫描时间加大。如下图所示：

　　当I0.0闭合时，网络1的执行时间是0.37μs＋55μs＝55.27μs，而网络2当I0.0未动作时，执行时间是0.37μs。因此，当I0.0保持闭合的过程中，程序会反复执行网络1加法语句，会大大加长PLC的扫描时间。这时可以采用网络2的形式，仅在上升沿或下降沿时执行该加法语句，可以有降低PLC的扫描时间。

八、尽量避免形参不同时，多次调用同一子程序

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　　在程序中，多次调用同一个子程序，在语法方面没有什么错误，但我们要尽量避免这一做法，尤其是在带有形式参数时。下面通过一例来说明。如下图1所示，网络13和14都调用protection子程序，这时，网络14调用时protection子程序的运行状态如图2所示。我们注意到，网络14调用时的形参＃protection的数值（1169，网络13调用该子程序时的参数值）并不是网络14调用protection子程序所要的数值（应是481）。这样，就会造成我们所不希望的结果。