基于S7-200smart控制的脈動真空滅菌柜控制系統

摘 要：介紹了一種小型蒸汽滅菌柜控制系統的設計方案。為了降低小型蒸汽滅菌柜的制造成本且提高控制系統的性能，采用西門子S7-200smart CPU、smart700觸摸屏開發小型脈動真空滅菌柜的控制系統。介紹了小型蒸汽滅菌柜的工作原理、控制系統軟硬件選型方案和通訊配置。應用表明，該小型蒸汽滅菌柜控制系統運行穩定，系統設計合理。

關鍵詞：S7-200smart;脈動真空滅菌柜;觸摸屏

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.16.139

0 引言

小型脈動真空滅菌柜主要是通過飽和蒸汽在滅菌物上凝聚成水釋放出大量潛熱來達到滅菌目的[1]，廣泛應用于醫院和制藥企業。現有的蒸汽滅菌柜控制系統采用的是S7-200CPU和TP177A觸摸屏，其門聯鎖程序和滅菌程序不符合新版GMP，同時通訊性能較差，人機交互性能不友好。為解決以上問題，本項目采用s7-200smartCPU和smart700觸摸屏作為控制系統核心，通過以太網完成通訊，通訊速度更快，穩定性更高;采用鉑熱電阻、壓力傳感器作為檢測機構，檢測精度更高。

1 小型脈動真空滅菌柜流程分析

小型脈動真空滅菌柜主要采用飽和蒸汽對藥廠的藥桶、工作服、工具等進行蒸汽滅菌[2]，一般安裝在藥廠的C區和D區之間，前門接通D區，后門接通C區。由于藥廠C區和D區之間潔凈程度不同，為防止出現交叉感染現象，需設計特殊的門聯鎖控制系統。所以該控制系統主要分為兩個主要控制程序：門聯鎖控制程序和滅菌程序。

1.1 門聯鎖控制流程

藥廠中C區潔凈程度要高于D區，如果同時打開滅菌柜的前門與后門，將會使得C區與D區直接導通，從而污染C區，所以在進行門程序設計時，需要設計互鎖控制，前門與后門不得同時打開;滅菌柜在未完成整個滅菌流程時，其柜體內部物體滅菌不合格，此時若操作人員可以打開后門，柜體內未完成滅菌的物體也會污染D區，所以在程序設計時，需要增加未完成滅菌不可開后門條件。

滅菌柜柜體與門均采用不銹鋼材料，僅依靠柜體和門板將無法實現柜體內部空間與外部空間的隔離。為解決以上問題，在柜體上設計密封條凹槽，其上裝有密封膠條。當處于關門狀態時，壓縮空氣將膠條吹起，使其緊貼于門板上，進而實現密封功能;開門時，需先將密封膠條抽回，門電機再動作，最終實現開門操作。門控制流程如圖1，圖2，圖3所示。

1.2 滅菌流程分析

脈動真空滅菌柜采用脈動抽真空、升溫、滅菌、冷卻的流程來實現滅菌過程。脈動真空階段首先采用真空泵將柜體的壓力抽到-98kPa，再通飽和蒸汽到60kPa，如此反復三次確保將柜體內的空氣排出干凈;升溫階段打開進蒸汽閥，控制柜體內蒸汽升到指定壓力;滅菌階段采用飽和蒸汽與溫度對應關系，通過PID閥控制柜體內飽和蒸汽壓力的方法進而控制柜體內溫度，最終完成有效滅菌過程;冷卻階段，向柜體內通入無菌壓縮空氣，同時打開排氣閥門，通過壓縮空氣的流動將柜體內的溫度降低到50℃以下，確保操作人員開門過程中不會被柜體內的高溫空氣燙傷。其流程如圖4所示。

2 小型脈動真空滅菌柜控制系統設計方案

小型脈動真空滅菌柜控制系統由信號采集部分、系統控制部分、報警指示部分等組成。該控制系統采用S7-200smart PLC+smart700觸?摸屏組成的控制體系結構。PLC采集壓力與溫度傳感器;指示燈與觸摸屏共同組成報警系統;PLC與觸摸屏之間采用以太網通訊，通訊速度更快，穩定性更高。系統的控制框圖如圖5所示。

2.1 上位機

小型蒸汽滅菌柜控制系統采用上位機+下位機二級結構，觸摸屏作為系統的上位機，其上運行滅菌柜的監控界面。為防止人員誤動作，在觸摸屏中設置超級管理員、管理員、工藝員與操作員四級權限。其中超級管理員擁有所有權限為隱藏權限，僅項目開發人員具備該權限功能;管理員具備管理、操作與監視權限;工藝員具備操作與監視權限;操作員只具備監視權限。上位機可實時顯示蒸汽滅菌柜的溫度、壓力、閥門狀態及報警等信息，使得操作人員通過觸摸屏就可以監控滅菌柜的各種狀態。同時觸摸屏系統具備配方管理功能，通過調用不同的配方，完成不同物體的滅菌。操作人員可以通過觸摸屏和按鈕兩種方式完成對滅菌柜的程序啟動、停止、急停等操作。

在上位機的開發中，充分利用上位機的模塊化編程思路，通過簡單的模塊拖拉、數據組態等功能，實現上位機監控畫面、報警畫面、操作界面、參數設置等界面的設計。通過編寫相應的窗口函數，操作人員可以實現不同畫面的自由切換，方便對整個滅菌流程的實時監控。

2.2 下位機

下位機完成滅菌柜控制系統底層控制，根據上位機操作信號和配方信息完成對門電機、真空泵、閥島、PID閥門的控制，執行上位機操作;采集柜體中溫度、壓力傳感器的數值并完成計算，將最終數據通過以太網傳輸到上位機中;同時，比對溫度、壓力數值，采集熱繼電器信號，生成報警信息完成與上位機數據交換。

3 結束語

本系統在實際運行中，系統穩定性高，滅菌溫度均勻性更高，滅菌效果完全符合國家新版GMP標準。

參考文獻：

[1]張洪運，韓玉環，郭文峰，李宗武，李永杰，孫杰.基于PLC技術的大輸液滅菌柜電氣控制系統設計[J].自動化技術與應用，2011，30（11）：74-77.

[2]張鳳軍.脈動真空滅菌柜的故障與排除[J].醫療裝備，2018，31（13）：133-134.

作者簡介：王震（1987-），男，山東淄博人，碩士，助教，主要從事機電一體化技術教學與研究。