1、引言

本文介紹了可編程控制器在冷凍干燥機(jī)的應(yīng)用。傳統(tǒng)的冷凍干燥機(jī)由程序步進(jìn)器進(jìn)行機(jī)械控制，其觸點(diǎn)繁多，故障頻繁，維修不便，嚴(yán)重影響冷凍干燥機(jī)的正常工作，對產(chǎn)品的質(zhì)量也產(chǎn)生了很大影響。采用中、小型PLC對整個(gè)冷凍干系統(tǒng)進(jìn)行控制，可實(shí)現(xiàn)較高的自動(dòng)化程度，并完成智能控制、狀態(tài)顯示和故障報(bào)警等任務(wù)，同時(shí)還提供良好的人機(jī)界面與操作員進(jìn)行交互，使得修改各種參數(shù)簡單、易行，對于機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行能及時(shí)、快速、準(zhǔn)確的反映。

本控制系統(tǒng)具有制冷、加溫、真空控制、干燥狀態(tài)檢測、溫度曲線顯示、故障報(bào)警和維修檢查的功能。控制系統(tǒng)能進(jìn)行全自動(dòng)的凍干控制，包括預(yù)凍、加熱、抽真空等。在人機(jī)界面上可以顯示溫度、壓力、時(shí)間、周期、狀態(tài)等，也可以顯示報(bào)警信息。

2、項(xiàng)目簡介

2.1行業(yè)介紹

真空冷凍干燥技術(shù)在生物工程、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)、材料科學(xué)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

在生物技術(shù)產(chǎn)品領(lǐng)域，凍干技術(shù)主要用于血清、血漿、疫苗、酶、抗生素、激素等藥品的生產(chǎn)；生物化學(xué)的檢查藥品、免疫學(xué)及細(xì)菌學(xué)的檢查藥品；血液、細(xì)菌、動(dòng)脈、骨骼、皮膚、角膜、神經(jīng)組織及各種器官長期保存等。

隨著GMP認(rèn)證的結(jié)束，國產(chǎn)的優(yōu)秀醫(yī)藥用凍干設(shè)備全面進(jìn)入了現(xiàn)代化階段，功能齊全、工作可靠、性能穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)在線清洗（CIP）或蒸汽消毒滅菌（SIP），各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都能滿足生物制品和藥品凍干生產(chǎn)的需要。相比之下，國外凍干設(shè)備的品種規(guī)格比國內(nèi)多，配套設(shè)備齊全，節(jié)能型結(jié)構(gòu)比較精致，連續(xù)式凍干設(shè)備生產(chǎn)量大。為保證凍干產(chǎn)品的質(zhì)量和節(jié)能，常采用凍干設(shè)備與其它干燥設(shè)備組合在一起的組合凍干設(shè)備，例如噴霧凍干設(shè)備。

在未來，如何在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，提高冷凍干燥效率，縮短干燥時(shí)間，節(jié)約能源將是廣大凍干行業(yè)工作者的目標(biāo)。

2.2方案背景

寧波市鄞州雙嘉儀器有限公司座落于寧波方耷拉工業(yè)區(qū)，距離寧波機(jī)場5公里，是一家由高層次人才組成的年輕、富于創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備生產(chǎn)、銷售為一體的綜合性發(fā)展型企業(yè)。

公司成立伊始，主要致力于實(shí)驗(yàn)儀器的開發(fā)、生產(chǎn)和銷售，主要產(chǎn)品有冷凍干燥機(jī)、超聲波細(xì)胞破碎儀、低溫冷卻液循環(huán)機(jī)、雪花制冰機(jī)、無菌均質(zhì)器、冷水機(jī)多種實(shí)驗(yàn)室樣品處理與低溫高溫設(shè)備。為客戶提供高性價(jià)比的產(chǎn)品是我們一直貫徹的服務(wù)理念，隨時(shí)為用戶提供最好的技術(shù)支持和最完善的售后服務(wù)。高性價(jià)比的產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，不僅在國內(nèi)各大高校和科研實(shí)驗(yàn)室有廣泛的應(yīng)用，而且公司產(chǎn)品已經(jīng)銷售到美國、歐洲以及東南亞等二十多個(gè)國家，并得到廣泛的好評(píng)，已經(jīng)與十多個(gè)國內(nèi)外經(jīng)銷商達(dá)成戰(zhàn)略合作聯(lián)盟關(guān)系。

2.3客戶需求

冷凍干燥機(jī)具有以下幾點(diǎn)要求：

1、系統(tǒng)應(yīng)包括手動(dòng)、自動(dòng)兩套完全獨(dú)立的控制程序

2、主要工藝參數(shù)能夠設(shè)定、測量、采集、顯示、記錄

3、冷凍干燥機(jī)采用PLC控制，觸摸屏能顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀況

4、冷凍機(jī)能按設(shè)定的程序自動(dòng)執(zhí)行，并按給定的參數(shù)自動(dòng)控制在正常范圍內(nèi)

5、冷凍機(jī)能根據(jù)采集的真空傳感器頻率顯示對應(yīng)的壓力

2.4解決方案

冷凍干燥機(jī)的控制系統(tǒng)可由各種配置方式組成，在充分了解冷凍干燥機(jī)各種控制要求及特點(diǎn)后，提出了一種可編程控制器（PLC）為核心的控制系統(tǒng)。永宏FBs-MC系列主機(jī)具有200KHz高速脈沖輸入，可靠性高，配置靈活，測量準(zhǔn)確，控制靈敏，主機(jī)上的借口可以直接與觸摸屏連接，能夠滿足冷凍干燥機(jī)工藝的各種需求。

2.5實(shí)施結(jié)果

在充分了解冷凍干燥機(jī)控制系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出的PLC應(yīng)用于控制系統(tǒng)的解決方案。該方案經(jīng)過硬件設(shè)計(jì)、軟件編程與現(xiàn)場后續(xù)的模擬實(shí)驗(yàn)，證明方案可行，可靠性高，提升了冷凍干燥設(shè)備的自動(dòng)化程度。

3、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)工藝簡介

具體工藝流程圖如圖3-1所示：

圖3-1工藝流程圖

3.2硬件配置方案

設(shè)備的控制核心采用永宏FBs-20MCT主機(jī)一臺(tái)，F(xiàn)Bs-6RTD溫度模塊兩臺(tái)，該主機(jī)性能穩(wěn)定，抗干擾強(qiáng)，脈沖輸出可達(dá)200KHz，完全滿足真空脈沖發(fā)生器的高速脈沖接收。人機(jī)界面采用了HU070E-00。其控制系統(tǒng)接線圖如圖3-2所示：

圖3-2電氣配置圖

其主要控制部分如圖3-3所示：

圖3-3控制柜圖

4、軟件設(shè)計(jì)

4.1高速計(jì)數(shù)

由于真空脈沖發(fā)生器會(huì)產(chǎn)生170KHz的脈沖，所以我們在程序中需要用到高速計(jì)數(shù)指令，永宏高速計(jì)數(shù)功能具有編程方便，精度高。高速計(jì)數(shù)輸入部分如圖4-1所示：

圖4-1高速計(jì)數(shù)程序

5、難點(diǎn)分析

真空脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖為5V信號(hào)，而PLC的高速計(jì)數(shù)是24V信號(hào)，所以需要通過高速光耦把5V信號(hào)轉(zhuǎn)換為24V信號(hào)。

6、設(shè)備運(yùn)行

設(shè)備調(diào)試完畢之后，客戶對冷凍干燥機(jī)進(jìn)行了一段時(shí)間的使用測試。該設(shè)備能夠按照客戶的控制效果完成各項(xiàng)工藝流程，溫度的控制誤差小，真空度的顯示精度高。設(shè)備部分如圖6-1所示：

圖6-1設(shè)備部分圖

7、應(yīng)用體會(huì)

永宏FBs系列主機(jī)性能卓越、可靠穩(wěn)定、操作簡便的特點(diǎn)在此案例中得到深刻的體會(huì)。FBs系列PLC以永宏自行研發(fā)的SOC為核心，整合中央處理器(CPU)、硬件邏輯處理器(HLS)、高速通訊口、高速計(jì)數(shù)器/高速計(jì)時(shí)器，NC定位等為一體，速度更快，穩(wěn)定性更強(qiáng)。WinProladder編程軟件，通過表格的形式配置通訊、高速計(jì)數(shù)、脈沖輸出等功能，操作更方便、快捷。硬件可靠性高，在設(shè)備的運(yùn)行過程中，PLC持續(xù)運(yùn)行，未出現(xiàn)異常，客戶對永宏產(chǎn)品硬件性能表示肯定。