滅菌干燥機(jī)是一種制藥機(jī)械，用對(duì)玻璃器皿等加熱、滅菌和烘干。過去一般是采用常規(guī)溫度控制器控制溫度，采用小型PLC控制其機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著生產(chǎn)自動(dòng)化水平的提高，溫度測(cè)量與控制數(shù)據(jù)也需要上傳到PLC、觸摸屏或上位機(jī)，因此采用PLC的整體控制方案逐步得到推廣。
二、系統(tǒng)配置圖
PLC采用EC20-3232BTA，擴(kuò)展模塊采用EC20-4TC，接入了2個(gè)測(cè)溫用的熱電偶信號(hào)觸摸屏采用HITECH的PWS6600。如下圖為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
三、 溫度控制方式和策略
溫度控制是滅菌干燥機(jī)的最主要的功能。通過精確地控制溫度在設(shè)定值的±1度偏差左右，達(dá)到醫(yī)用器皿滅菌加工的要求；同時(shí)工作溫度應(yīng)該在開機(jī)后盡快達(dá)到要求，預(yù)熱和波動(dòng)時(shí)間都不能太長。
此干燥機(jī)的加熱元件采用7組紅外加熱管，每組加熱管各由1個(gè)交流接觸器控制電路通斷。由于7組紅外加熱管的功率很大，因此在運(yùn)行中不能始終以調(diào)節(jié)全部加熱管來控制溫度，否則溫度難以控制，波動(dòng)時(shí)間很長。
以下第1點(diǎn)說明了分段快速加熱控制，第2點(diǎn)說明了精確溫控的控制策略。
1、設(shè)計(jì)采用了分組快速加熱的方式，以加快預(yù)熱的過程。
在設(shè)定與實(shí)際的溫差大于50度的時(shí)候，PLC會(huì)把7組加熱管全部投入加熱過程。當(dāng)設(shè)定與實(shí)際的溫差小于30度時(shí)，PLC將其中3組紅外加熱管給關(guān)閉了，剩下的4組加熱管繼續(xù)加熱。當(dāng)設(shè)定與實(shí)際的溫差小于15度的時(shí)候，PLC再關(guān)閉2組加熱管，同時(shí)對(duì)最后兩組加熱管的加熱過程進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。通過這種方式，系統(tǒng)預(yù)熱時(shí)間大大縮短，波動(dòng)的響應(yīng)加快了。上述多個(gè)溫度切換點(diǎn)是通過調(diào)試時(shí)找到該設(shè)備加熱管的熱慣性后確定的。
2、PLC采用固定加熱周期和可變加熱脈寬調(diào)節(jié)的方式來控制穩(wěn)定加熱過程。
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系統(tǒng)在最后2組加熱管工作的時(shí)候，通過改變固定加熱周期中的加熱時(shí)間脈寬比例，實(shí)現(xiàn)了PID調(diào)切的控制策略。
四、比例帶與比例系數(shù)
對(duì)某些常用的溫控策略設(shè)計(jì)中，人們常在PID設(shè)置中引入“比例帶”的概念，也就是在確定比例系數(shù)時(shí)，先單純考慮比例調(diào)節(jié)，以一個(gè)固定PV-SV的精度差值來確定比例值。
比如舉溫度控制的例子，單純考慮比例調(diào)節(jié)，當(dāng)希望達(dá)到的溫度差值為±10度，則就以10度為精度數(shù)據(jù)，當(dāng)PV小于SV且溫差在10度及以上時(shí)，PID輸出則為最大輸出（100%）。當(dāng)溫差小于10度，則按線性減少，直到?jīng)]有溫差時(shí)達(dá)到0%輸出。
在這個(gè)例子中，“比例帶”就設(shè)為10度。則可以通過這個(gè)比例帶來推算出比例值KP。對(duì)于EC20的PLC，由于PID輸出值一般設(shè)定為0～32767，因此KP=32767/10，即3276.7。
五、其它機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)控制功能
由該P(yáng)LC對(duì)機(jī)械運(yùn)行進(jìn)行控制，檢測(cè)位置信號(hào)和警報(bào)信號(hào)。
六、運(yùn)行結(jié)果
艾默生的EC20系列PLC應(yīng)用于滅菌干燥機(jī)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和機(jī)械進(jìn)行控制。通過觸摸屏來設(shè)置設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，操作機(jī)器，顯示實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，并將一段時(shí)間內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在觸摸屏內(nèi)存中，以備查詢。PLC的溫度PID控制運(yùn)算功能代替了溫度控制器，并將溫度值用于觸摸屏的顯示和記錄。新型滅菌干燥設(shè)備經(jīng)過工程技術(shù)人員的調(diào)試，完全達(dá)到了工藝要求。產(chǎn)品目前已經(jīng)得到了推廣，為客戶創(chuàng)造了效益。