摘 要:本文介绍了PLC 和触摸屏在大输液灭菌柜控制系统中的应用和所要满足的控制要求,以及系统硬件结构的设计。本文详细论述了系统的设计方案,各部分硬件的构成,完成了软硬件及外围电路的设计开发,并结合实际运行情况对系统做了进一步的改进和扩展,减少了系统布线,投资少,控制系统稳定,具有较好的推广价值。实际应用表明,该系统具有抗干扰性好、自动化程度高和实用性强的特点。
1 引言
药品是一种特殊的商品,药品质量与人民群众的健康和生命安全息息相关。作为药物进入人体的载体—生理盐水(大输液),其生产的安全性日益受到国家和药厂的重视,而灭菌则是整个大输液生产流水线中保证产品安全的最核心部分。灭菌是指杀灭一切的病原微生物, 包括活体病原菌和非病原菌及其芽孢或孢子, 使灭菌以后的物体无任何存活的微生物。对大输液灭菌一般采用大型水浴灭菌柜进行灭菌,其灭菌原理是利用饱和蒸汽在冷凝时释放出大量潜热的物理特性,使待灭菌的大输液处于高温和潮湿的状态,经过一段时间的保温从而达到灭菌的目的[1]。为了使大输液的灭菌过程达到自动化控制,本文对灭菌柜的电气控制系统硬件部分进行了设计及现场调试,采用 PLC 控制、触摸屏操作,使灭菌过程自动控制、操作简单并具有报警和误操作保护功能, 完全达到了生产控制要求。
2 灭菌柜的结构
2.1 主体介绍
大输液灭菌柜内壳选用优质不锈钢板制造,外面带有加强圈或加强筋加强,可承受 0.25MPa 的工作压力。
2.2 密封门
灭菌器采用气动平移式密封门,密封门用气动方式实现左右平移,到密封位后压缩气将密封圈推出实现密封,灭菌结束后先利用真空将密封圈抽回密封槽, 然后门驱动气缸将密封门移开。
密封结构全自动操作, 双门可实现联锁, 同时实现安全联锁, 保证灭菌室内有压力时和操作未结束时, 密封门不能被打开。执行机构采用无杆气缸及控制阀、进口活塞角座阀及先导电磁阀和行程开关等优质部件,控制精确、行走平稳。选购符合国家质量技术监督局要求的压力安全联锁装置, 当门没有关闭密封时, 不会对灭菌柜进行加热升温, 升压; 灭菌柜内压力没有完全释放时, 密封门不能开启。当一端密封门关闭时, 另一侧的密封门才能打开,保证了灭菌前室和后室的有效隔离。手动开启装置: 停电时, 可先手动开启阀门将灭菌柜的压力释放, 待灭菌柜的室内温度冷却至安全温度后, 将门密封换向阀手动转向至卸压位置, 将密封槽内的压力释放, 然后将气缸换向阀换向, 推动密封门移至开启位置, 即可取出药品。
2.3 管路系统
灭菌器的管路系统按灭菌工艺的要求进行设计,主要由循环泵、板式换热器、若干执行阀件和先导阀以及若干管件组成。管路系统若按功能可分为:进离子水管路、进蒸汽管路、进冷却水管路、循环管路、热交换系统、进压缩气管路、超压排汽管路、排离子水管路、排冷却水管路、冷凝疏水管路、门密封和抽空管路以及压力容器安全系统(安全阀)。
2.4 控制系统
控制系统采用微机组态过程自动控制方式,主要由现场控制系统和上位计算机两部分组成,现场控制系统完成数据的采集和输出相应的控制信号。上位计算机接收现场控制系统(PLC)送出的数据,对数据进行分析、显示和记录,同时根据所记录的数据报表和趋势[1],以达到对灭菌过程的监控和数据处理的功能。
2.5 自动进出车装置
由于考虑操作工人用人力进出的繁重的体力劳动,同时人员进入灭菌室很不安全,且可能对灭菌室的洁净环境造成污染, 因此设备增加了自动进出车装置。
3 灭菌柜的工作原理及操作界面设计
3.1 灭菌柜的工作原理
首先,注水阀 F6 与排气阀 F10 同时打开,进水到上水位后转入升温阶段。注水阀和排气阀关闭,循环水泵启动,同时大进汽阀 F2、小进汽阀F3、疏水阀F8 及冷凝水旁通阀 F11 打开,当下部测温点达到设定的转换温度95℃时,大进汽阀 F2 间断开启关闭,直至达到设定温度。当室内八个温度检测点全部达到灭菌温度要求,程序转入灭菌阶段, 保温过程中, 通过小进汽阀 F 3 的开关,调节室内压力的稳定。当T1 —T8 的测量值达到程序设定值后, 并且灭菌时间达到程序设定值后, 程序转入冷却阶段。大小进汽阀关闭,小冷却水阀F5、排冷却水阀F9 开启。当TL 温度低于设定的转换温度 90℃时,大冷却水阀 F4 打开,以加快冷却速度,缩短降温时间。当 T1 — T8 点中的其中六个点的温度降到设定的冷却温度时,冷却过程结束。大小进冷却水阀 F4、F5、排冷却水阀F9、进压缩空气阀F1 关闭,循环水泵停止运行,同时排气阀 F10 打开,当内室压力降到 0 时,程序结束。
整个升温, 保温, 冷却过程, 通过压缩气阀 F1 和排气阀F10 的开关,控制室内压力的平衡。
3.2 灭菌操作参数
正式灭菌前灭菌操作员检查灭菌柜的各公用介质压力,蒸汽压力范围为0.30Mpa-0.50Mpa,冷却水压力0.20Mpa-0.40Mpa,压缩空气压力0.40Mpa-0.70Mpa,公用介质正常后,输入各项参数。
3.3 灭菌操作界面设计
启动电脑,选择“操作员”输入密码后,进入主控窗口画面点击“运行”按钮进入到灭菌设置画面,灭菌操作员按规定设好各项参数:品名、规格、批号、数量、灭菌温度115℃、灭菌时间30min、冷却温度为55℃、压力系数为 5.0、操作员号并确认后“,灭菌”启动程序按钮由灰色变为黑色,点击“灭菌”启动按钮选择启动程序,观察“门关”信号由黑色变为绿色,此时“启动”按钮由灰色变为黑色, 单击“启动”按钮, 程序即开始自动运行, 依次完成注水、升温、灭菌、冷却、排水。灭菌程序结束后“,结束”按钮由黑色变为绿色,此时单击“退出”。回到参数设置画面。按后门控制盘开门按钮,后门开启,把灭菌后的产品由自动进出车推出。
4 电气控制线路设计
4.1 灭菌柜自控程序流程图设计
程序流程图设计如图 2,因保密及篇幅所限,程序编写略。
4.2 电器选型
根据控制要求所选电器配置如下:
1) PLC 选用S7 —200 CPU226;配置2 个数字量模块EM222,配置3 个模拟量模块EM235。
2) 配置两相空气开关(DZ47 —63)一个,电源滤波器一个,一个直流 24V 电源。
3) 灭菌柜前后门配置船型开关一个,配置中间继电器一个, 水位继电器 2 个。
4) 各种阀门 16 个,指示及报警灯 5 个,电机 2 台。
5) 各种开关及按钮多个,温度变送器 8 个。
6) 步科触摸屏 1 台,型号MT4300C。
7) 步科触摸屏与S7—200 CPU226通信电缆一根。
8) 触摸屏组态软件EV5000。
4.3 电气控制线路设计
控制系统由 PLC 控制箱、触摸屏、泵启动器、气动阀、电磁压力控制器、压力变送器、按钮、指示灯显示仪器等组成。PLC机采用西门子S7-200 CPU226 型,根据预先输入的程序进行工作、接收、处理各种信号,控制程序流程。西门子 S7-200 作为主控制器,触摸屏作为人机界面, 测温探头将热电阻测温信号传送 热电阻模块, 转换成可编程序控制器可以接收的数字量, 测压力的压力变送器将压力信号转换成标准电流信号然后经模拟量模块转换成数字量传送给可编程序控制器处理,并在人机界面上显示。(电气控制线路设计见图 3、图 4)。
5 结束语
该设计的使用, 可大幅度减少大输液的废品产生率, 降低生产人员的劳动强度, 增强工作人员灭菌工作的安全性,提高劳动效率, 创造较好的经济效益。
参考文献:
[1] 西门子公司.SIMATICS7-200可编程控制器系统手册[Z].2010.
作者简介:张洪运(1967 —),男,高级讲师,研究方向:机电一体化控制技术。
