試論制藥設備自動化技術的應用

李同強

摘 要 當代制藥設備發展日新月異，科技創新成果不斷應用于制藥設備，使其更加自動化、人性化。制藥設備的自動化技術從控制系統開始，到精確的位置定位，實時的過程監控，快速的網絡通訊，在到現場的每個動作的執行，無不體現著現代化氣息。

關鍵詞 制藥設備 自動化 PLC 變頻器 伺服系統

中圖分類號：P415.1 文獻標識碼：A

0前言

隨著科學技術水平的不斷提高，制藥設備的自動化也已深入人心。制藥設備自動化的技術核心主要體現在控制系統先進性上。PLC（可編程邏輯控制器）做為現代工業設備控制的核心，在制藥設備中起到了舉足輕重的作用。變頻器作為風機、水泵等的起停與運行的控制器，發揮了重要的作用。伺服控制系統是制藥包裝設備中精確定位的關鍵技術。制藥設備的自動化技術日益成為技術人員研究的熱門課題。

1制藥設備自動化技術的應用

1.1 PLC在制藥設備中的應用

PLC（Programmable Logic Controller）作為現代工業控制的中堅力量，在制藥設備中也是不可或缺的。從目前知名的設備制造商的產品中都能看到它的身影。制藥設備并非重大的工業設備，其PLC的型號也主要集中在小型PLC中，其中以西門子S7-200系列、三菱Fx3U系列為主。以PLC作為制藥設備的主控制器件有著得天獨厚的優勢：首先，制藥設備中以數字量信號居多，而PLC正是見長于邏輯運算，其程序中以梯形圖、功能塊、語句表為常見的語言格式，這些編程語言方便，易讀，邏輯思路清晰易懂，編程語言均符合國際標準（IEC1131-3）；其次，對于制藥設備中常見的模擬量處理，也集成了方便實用的編程塊供用戶調用，可將溫度、流量、壓力等模擬量信號轉化為程序可識別的數據（例如：二進制、十六進制、BCD碼等）；再次，PLC成本低，后期調試方便，設備投運后PLC不需要大量的維護工作，并且能適應制藥企業的工況。PLC有很好的兼容性，能與各種品牌的觸摸屏、變頻器、伺服系統組成控制網絡，將制藥設備零散的生產步驟集中在一個較小的范圍，有效的節約了生產的面積，減小人員看護區域，提高了次品的驗證率。

1.2變頻器在制藥設備中的應用

制藥設備中，諸如提取、制粒、包衣等環節需要風機進行不斷的送風排風，需要水泵不斷的供水或者設備內循環冷卻。在生產線中，變頻器控制電機也起著至關重要的作用，能按照生產的進度調整生產線的傳輸速度。制藥設備中變頻參與運行主要分為兩類，一類是靠PLC控制起停，它是通過PLC給定起停信號，通過設定參數，使電機按照一定的斜坡曲線起停，并平穩的運行在設定的頻率范圍內，這種應用主要出現在風機、水泵等設備上；另一類是通過BOP面板或者旋鈕隨時進行速度調整，這類變頻及電機一般屬于單體設備，不與其他設備存在運行上的連鎖，除了必要的運行起停參數設置外，還應將外部起停功能關閉，改為面板操作。不同的變頻器參數形式不一樣，但是控制理念大同小異。隨著變頻器的技術日趨成熟，它在電機的運行中扮演著核心的角色。眾所周知，電機的啟動電流是很大的，甚至數倍于額定電流，對于現代的控制理念星三角早已漸行漸遠了，而變頻器強大的V/F控制，不但能有效的使電機運行，還能檢測到因電壓波動，電機過載，非正常原因的電流過大，及時的發出報警，及時停車，避免生產中不必要的損失。

1.3伺服控制在制藥包裝設備中的應用

近幾年，伺服控制在制藥設備中發展非常迅速，越來越多的包裝設備中采用伺服控制來實現位置的精確定位。以膠囊鋁塑包裝機為例，設備中多處用到伺服控制系統。鋁塑PVC板經過加熱后，需要吹泡成型，以伺服電機帶動的凸輪精確定位成型模具的開合；膠囊板切刀的開合需要精確定位，因為位置的誤差會導致膠囊板的走樣，甚至切刀切碎膠囊，此時的伺服控制能精確的定位。伺服控制器、伺服電機、編碼器三者有機的結合起來，在控制中形成閉環。伺服電機的位置、速度、扭矩分別由三個閉環形成，編碼器的反饋信號將模擬量信號分別給到伺服器中的位置反饋模塊和速度反饋模塊，在伺服電機的U、V、W三個接線端引出一個相間電流反饋模塊，此模塊將影響到電機輸出的扭矩。三個閉環反饋的信號將共同影響直交流逆變電路的IGBT門驅動器，最終形成需要的三相頻率電壓信號，并且產生比較理想的通頻帶。伺服控制系統同樣收到PLC的控制，它接收PLC的數字量信號，同時發送給PLC運行的脈沖信號以及模擬量信號。制藥包裝設備對位置的要求是苛刻的，只有伺服系統能完美的實現功能。制藥包裝設備中采用伺服控制必將是未來的發展趨勢。

1.4人性化的操作界面的應用

制藥設備大多采用觸摸面板實現便捷的操作，實現對生產過程的監控。觸摸面板以西門子的面板較為多見，它能實現自主編程界面，實現快捷的修改參數功能，過程畫面功能，重要監測點曲線采集，完美的報警提示信息等。西門子為其面板提供了專用的項目編輯軟件- Wincc flexible。觸摸面板的界面可通過軟件隨意編寫，面板中的變量、PV值、SV值均與PLC中的變量有效的對應，能實現實時的修改和監控過程變量，隨意編寫報警信息，可使現場生產中產生報警后，第一時間為操作人員提供解決方案。觸摸面板與PLC之間通過串行總線連接，信號傳輸實現全雙工模式，一般信號符合RS485、RS422、RS232要求。

2制藥設備自動化趨勢的展望

制藥生產企業的轉型，必將走產業結構調整的方向，而技術密集型正是企業所需要的，科技力量的投入將成為企業利潤新的增長極。在人力成本不斷加深的今天，自動化技術為企業擺脫生產成本提高的窘境帶來了曙光。自動化技術向著生產無人化的趨勢邁進，自動化的研究浪潮必將一浪高過一浪。制藥設備的制造商早已將先進的自動化理念融入到新產品的研發和試用中，這對于提升藥品質量，改善藥品生產過程中的衛生安全隱患是至關重要的，關于制藥設備的自動化研究與討論還將繼續。

參考文獻

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