優化藥廠熱風循環烘箱設備控制系統

唐 準

（金陵藥業股份有限公司南京金陵制藥廠，江蘇南京 210038）

0 引言

熱風循環烘箱是制藥過程中重要的生產設備，負責提供箱體內部滿足GMP 要求的生產環境，保障制藥工藝要求，一般采用電氣系統控制發熱單元并結合循環風機產生熱風實現烘箱溫度控制。但是，在使用中發現熱風循環烘箱控制系統存在故障率較高、控制精度不理想等問題。根據現場實際存在的問題，提出相應的優化措施。

1 PLC 控制方式取代單片機儀表控制方式

傳統熱風循環烘箱控制系統一般選用單片機儀表控制方式，雖然單片機存在體積小、價格實惠等優點，但是因為其配件（如電阻等）參數具有很強的離散特征，且存在批間質量不穩定等問題，導致單片機存在可靠性低等缺點。

而PLC 相比于單片機來說，在工業抗干擾設計水平方面具有更好的表現。在熱風循環烘箱這種運用模擬量運算、PID控制較多的設備場合上，PLC 的優勢更為明顯。另外，PLC 本有強大的自診斷功能，若控制系統出現異常，便會自行跳轉至異常提示頁面，顯示異常原因與排除方式，能為維修人員快速處理異常予以幫助[1]。熱風循環烘箱控制系統結構如圖1 所示。

在熱風循環烘箱設備控制系統PLC 優化過程中，結合考慮硬件和軟件的優化。在硬件層面采用集中管理和單獨控制相結合的方式，利用西門子200系列PLC 和MCGS觸摸屏搭建現場烘箱溫度控制單元取代單片機儀表控制方式。二者通過PPI串口通信協議進行實時通信。在軟件層面，使用西門子STEP 7 工控編程軟件對西門子PLC 進行梯形圖編程，使用MCGS 嵌入版組態軟件對其觸摸屏進行模塊化編程，用以滿足制藥工藝要求。西門子PLC 編程梯形圖如圖2 所示。

2 增加物聯網遠程報警系統

圖1 熱風循環烘箱控制系統結構示意

圖2 西門子PLC 編程梯形圖

物聯網（The Internet of Things，TIT）是現代信息系統的重要組成部分，概括的認為物聯網就是物品與物品相連的互聯網[2]。它是基于基礎和核心地位的互聯網的擴展和延伸，也是在互聯網的基礎上基于物品和物品之間相互信息交換的應用。物聯網是繼計算機、互聯網與移動通信網之后融合進信息科技產業內容的第三次科技革命。因其具有智能化，互聯互通，實時通信，自我反饋，成本低廉等優點越來越得到工業企業的廣泛關注。熱風循環烘箱控制系統中的報警功能引入物聯網技術，達到優化報警效率，減少烘箱設備故障時間，降低設備故障率之目的。

在傳統工控搭檔PLC+觸摸屏的硬件架構的基礎上，上位機通過協議和通信轉換線路讀取現場下位機PLC 數據，并把數據存入到上位機數據庫中，再通過上位機腳本程序UPDATE 到Web 服務器SQL 數據庫中。之后通過微信發布程序，將組態畫面和數組發布至微信端。用戶端只要關注相應微信公眾號，通過協議和數據請求，便可得到Web 服務器提供的經其數據結構編纂的烘箱各種運行數據信息。并在烘箱產生報警時，遠程推送微信信息及時提示用戶關注或介入（圖3）。

3 可控硅模塊抗干擾優化

熱風循環烘箱加熱系統采用可控硅模塊對電加熱器控制的方式。系統中主要設備為可控硅模塊（圖4）。可控硅又稱晶閘管，它是一種可以應用小功率控件來控制大功率設備的一種電器控制元件[3]。可控硅作為電氣設備中應用普遍的轉換元件，常在弱電驅動強電的轉換控制場合使用。由于熱風循環烘箱內藥品中間體對于溫度的特殊需求，需通過合適的PID 算法，實現設定值與采樣值間的PID 運算來控制可控硅的通斷時間，從而為加熱器提供功率；但是由于可控硅整流器存在非線性負載特性，在通斷轉換過程中會造成強烈的干擾；同時，設備中一般使用弱電電路控制可控硅觸發裝置，而弱電控制電路系統易受到周圍環境的電磁干擾。因此，需對可控硅模塊產生的電磁干擾進行相應的優化處理。

（1）優化地線接地。優化原本分散的多點接地方式，采取一點接地方式，從而使各脈沖間的地線電位盡量一致。在強觸發情況下，地線上兩點間的電位差變得很小，并減少或消除不正確的尖峰信號。

（2）優化電源供給。為了減少或者消除脈沖間的相互干擾，可將可控硅模塊控制電源與脈沖電源進行物理隔離。并可采用大容量電容濾波處理方式，以提高電源輸出特性的硬度，達到優化電源供給的效果。

圖3 微信端報警推送界面

圖4 熱風循環烘箱可控硅模塊

4 結束語

藥廠熱風循環烘箱設備有其自身特點，需根據現場實際使用情況，采用合適的措施優化其控制系統，提高可靠性，降低故障率，保證熱風循環烘箱參與的藥品生產符合GMP 要求。