向宏儒*

（ 海申機(jī)電總廠(chǎng)（象山））

0 引言

中藥產(chǎn)品是“健康中國(guó)”戰(zhàn)略中的一個(gè)重要組成部分，約占整個(gè)醫(yī)藥行業(yè)市場(chǎng)份額的1/3。中藥配方顆粒生產(chǎn)因藥品種繁多、成份復(fù)雜，對(duì)工藝系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、分離效果提出了較高的要求。就分離動(dòng)態(tài)提取環(huán)節(jié)而言，傳統(tǒng)繼電器控制方式的離心機(jī)控制系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工藝要求，用PLC 可編程邏輯控制替代傳統(tǒng)繼電器控制，是當(dāng)前普遍的解決方法。但是，采用控制系統(tǒng)進(jìn)行制造會(huì)使成本大幅提高。針對(duì)這種情況，提出了一種觸摸屏直接與變頻器通訊的控制方式，既克服了傳統(tǒng)繼電器控制的缺點(diǎn)，同時(shí)也擁有PLC 控制系統(tǒng)所具備的功能，還能有效降低生產(chǎn)成本。

1 中藥配方顆粒生產(chǎn)工藝流程

中藥配方顆粒的生產(chǎn)是依據(jù)傳統(tǒng)中藥湯劑的煎煮要求，根據(jù)不同品種分別制定生產(chǎn)工藝規(guī)程，其基本工藝路線(xiàn)是：中藥經(jīng)篩選、破碎，在80 ～90 ℃的溫度下高溫蒸煮、保溫，然后由輸送泵輸送至動(dòng)態(tài)提取設(shè)備進(jìn)行固液分離，分離后的渣相棄用，液相經(jīng)蒸發(fā)、濃縮、烘干、結(jié)晶、殺菌后得到成品。圖1為中藥配方顆粒生產(chǎn)工藝流程。

圖1 中藥配方顆粒生產(chǎn)工藝流程

2 離心機(jī)控制方式用于中藥配方顆粒分離提取的發(fā)展?fàn)顩r

2.1 傳統(tǒng)繼電器控制模式

早期中藥配方顆粒分離提取過(guò)程中的離心機(jī)控制系統(tǒng)采用常規(guī)繼電器控制模式，在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，一個(gè)簡(jiǎn)單的啟動(dòng)停止保護(hù)電路也需要連接多條電線(xiàn)線(xiàn)路，配置很多按鈕、繼電器、指示燈、顯示儀表等元器件，各種元件布置在控制柜操作面板上，工藝相當(dāng)繁雜。

2.2 可編程邏輯控制器（PLC）自動(dòng)控制模式

隨著技術(shù)不斷發(fā)展，可編程控制器在邏輯控制、過(guò)程控制等領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。由PLC和觸摸屏（HMI）組成的離心機(jī)控制系統(tǒng)在中藥配方顆粒自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用與發(fā)展，大大提高了生產(chǎn)效率。

離心機(jī)中藥顆粒自控系統(tǒng)中，觸摸屏負(fù)責(zé)顯示和操作，而設(shè)備運(yùn)行則是通過(guò)PLC 進(jìn)行程序邏輯控制和數(shù)據(jù)運(yùn)算，二者缺一不可。利用PLC 的兩個(gè)COM端口，分別通過(guò)RS485 連接變頻器，用Modbus RTU通訊協(xié)議對(duì)變頻器進(jìn)行啟動(dòng)/停止和調(diào)速控制，連接HMI 進(jìn)行電機(jī)操作和設(shè)備狀態(tài)及數(shù)據(jù)顯示，PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)配置可見(jiàn)圖2。

圖2 PLC自控控制系統(tǒng)配置示意圖

2.3 中藥配方顆粒生產(chǎn)用離心機(jī)自動(dòng)控制方式的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.3.1 系統(tǒng)配置

為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作，降低離心機(jī)控制系統(tǒng)生產(chǎn)成本，提出了觸摸屏與變頻器直接通訊技術(shù)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，舍棄了可編程（PLC）邏輯控制器CPU 和I/O 模塊，采用觸摸屏內(nèi)置的宏語(yǔ)言編程來(lái)實(shí)現(xiàn)PLC的邏輯控制和數(shù)據(jù)處理及運(yùn)算功能，改進(jìn)系統(tǒng)的配置可見(jiàn)圖3。

圖3 改進(jìn)系統(tǒng)配置示意圖

2.3.2 RS485連接

通過(guò)屏蔽線(xiàn)纜，將主、副變頻器的485+、485-串接后連接至觸摸屏的COM2 串行端口。需要注意的是，應(yīng)采用菊花鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行連接，因?yàn)镽S485只支持菊花鏈拓?fù)?，不支持任何具有分支關(guān)系的拓?fù)?，RS485 連接可見(jiàn)圖4。

圖4 RS485連接示意圖

2.3.3 觸摸屏宏語(yǔ)言編程

使用組態(tài)軟件EasyBuilder Pro 的宏指令進(jìn)行數(shù)據(jù)換算，差轉(zhuǎn)速的計(jì)算及調(diào)用宏語(yǔ)言編輯程序如下：

3 改進(jìn)設(shè)計(jì)后的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

根據(jù)離心機(jī)工作原理，系統(tǒng)控制的對(duì)象是兩臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)（稱(chēng)為主電機(jī)和副電機(jī)），主、副電機(jī)需通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速功能；系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)設(shè)備左右兩端軸承進(jìn)行溫度和振動(dòng)的測(cè)量、顯示和保護(hù)功能。所以PLC 控制系統(tǒng)需要配置主要元件為：CPU、I/O 模塊，HMI 觸摸屏及變頻器；設(shè)計(jì)改進(jìn)后系統(tǒng)主要元件為HMI 觸摸屏及變頻器。

3.1 與PLC控制系統(tǒng)比較

在兩種方案中，選用的是威綸通MT8071IE 觸摸屏、匯川MD380 變頻器，該變頻器具有Modbus-RTU通訊協(xié)議，通過(guò)RS485連接可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊傳輸，性?xún)r(jià)比高，穩(wěn)定性等其他方面也都能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

本案系統(tǒng)充分利用了觸摸屏的宏指令功能，通過(guò)簡(jiǎn)單的宏指令編程，采用RS485 直接通訊的方式，實(shí)現(xiàn)觸摸屏和變頻器之間的數(shù)據(jù)采集和傳送、變頻器的啟動(dòng)/停止控制，有效達(dá)到設(shè)備的自動(dòng)控制功能。與PLC 控制系統(tǒng)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）設(shè)計(jì)原理更簡(jiǎn)單，不需要設(shè)計(jì)控制流程圖、計(jì)算PLC 系統(tǒng)I/O 點(diǎn)數(shù)，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)圖紙，減少了控制柜接線(xiàn)工作量，縮減了車(chē)間生產(chǎn)周期；（2）編寫(xiě)程序簡(jiǎn)單，通過(guò)觸摸屏軟件系統(tǒng)的宏指令，可以實(shí)現(xiàn)大量的邏輯運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算功能，無(wú)需編制PLC 邏輯控制程序；（3）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方便，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，調(diào)試工程師也不需要帶電腦調(diào)試程序、設(shè)置參數(shù)，減少了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員的工作量；（4）省略了自動(dòng)控制系統(tǒng)必需的PLC 及其擴(kuò)展模塊，最大程度節(jié)省了生產(chǎn)成本；（5）節(jié)省了設(shè)備的后續(xù)維護(hù)成本，由于本系統(tǒng)沒(méi)有采用PLC,對(duì)設(shè)備維護(hù)人員的自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)知識(shí)要求不高，便于用戶(hù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)和故障修理工作。

3.2 與傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)比較

傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)采用面板按鈕操作，系統(tǒng)雖然原理簡(jiǎn)單，但連接線(xiàn)路工作量大，故障隱患較多，無(wú)論從生產(chǎn)成本，還是后續(xù)設(shè)備維護(hù)成本考慮，均無(wú)優(yōu)勢(shì)。本案系統(tǒng)與其相比，具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)：（1）觸摸屏本身具有非常強(qiáng)大的功能，如可以單獨(dú)和第三方設(shè)備通訊，大大減少了控制電路，提高了系統(tǒng)抗干擾的能力，保障了系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性；（2）設(shè)備的操作、運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示等功能均可在一塊屏上實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)潔明了，視覺(jué)效果完美；（3）電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，能進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理和配方數(shù)據(jù)保存，具體較強(qiáng)的自動(dòng)控制功能，且操作簡(jiǎn)單、維修方便。

4 改進(jìn)后的離心機(jī)控制方式在中藥配方顆粒生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用

采用無(wú)PLC 的觸摸屏控制系統(tǒng)具有操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度較高、系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。改進(jìn)后無(wú)PLC 系統(tǒng)的離心機(jī)自動(dòng)控制方式在中藥配方顆粒生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，解決了常規(guī)PLC 控制器系統(tǒng)在空間輻射場(chǎng)內(nèi)產(chǎn)生的輻射干擾問(wèn)題；解決了PLC 控制器控制系統(tǒng)因信號(hào)引入干擾造成I/O 模件損壞的問(wèn)題；解決了由于系統(tǒng)內(nèi)部原件及電路間的相互電磁輻射，如邏輯電路相互輻射及其對(duì)模擬電路的影響，模擬地與邏輯地的相互影響及元器件間的相互不匹配使用等嚴(yán)重問(wèn)題；上述這些都屬于PLC 控制制造廠(chǎng)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)的內(nèi)容，比較復(fù)雜，在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中是無(wú)法改變的，我們只能選擇具有較多應(yīng)用實(shí)際或經(jīng)過(guò)考驗(yàn)的系統(tǒng)來(lái)避免。圖5 為離心機(jī)實(shí)際應(yīng)用工藝圖。

圖5 離心機(jī)實(shí)際應(yīng)用工藝圖

5 結(jié)論

設(shè)計(jì)時(shí)，在充分考慮系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，著重考慮了產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比要求，以節(jié)省成本為原則，相比PLC 控制系統(tǒng)節(jié)省25%，比傳統(tǒng)繼電器控制節(jié)省6%。觸摸屏與變頻器直接進(jìn)行RS485 通訊的控制方式，已經(jīng)通過(guò)離心機(jī)在中藥配方顆粒分離提取實(shí)際項(xiàng)目中多次應(yīng)用，該設(shè)計(jì)方案不僅節(jié)省了生產(chǎn)成本，還縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，達(dá)到了降本增效效果。