制药设备的自动化技术应用研究

随着科学技术水平的不断提高，制药设备的自动化也已深入人心。制药设备的自动化技术从控制系统开始，到精确的位置定位，实时的过程监控，快速的网络通讯，在到现场的每个动作的执行，无不体现着现代化气息。PLC（可编程逻辑控制器）做为现代工业设备控制的核心，在制药设备中起到了举足轻重的作用。变频器作为风机、水泵等的起停与运行的控制器，发挥了重要的作用。伺服控制系统是制药包装设备中精确定位的关键技术。制药设备的自动化技术日益成为技术人员研究的热门课题。

[关键词]制药设备；自动化；PLC；变频器；伺服系统

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0210-01

当代制药设备发展日新月异，科技创新成果不断应用于制药设备，使其更加自动化、人性化。制药设备自动化的技术核心主要体现在控制系统先进性上。它主要包括主控制系统，动力控制，精确定位技术，以及人性化的操作模式。

一、制药设备自动化技术的发展背景与研究意义

药品生产企业在过去一直是劳动密集型的代表，突出表现在药品的包装环节。随着劳动力成本的逐渐增加，药品生产企业迫切的需要设备技术升级，以先进的自动控制系统代替操作人员。面对着先进的控制理念不断的在工业中创造的辉煌，制药设备的自动化趋势已经势不可挡。目前制药企业的设备自动化程度越来越高，涌现出一批具有先进控制理念的设备，例如干/湿法制粒机、旋转式压片机、高效包衣机、全自动胶囊充填机、包装线等。制药设备的自动化程度提高，不仅有效的节约了生产成本，还有利于新药的快速投入生产；不仅能机动的调整产量以满足市场需求，还能充分利用原材料以节约能源资源的消耗；不仅有力的促进了企业摆脱落后产能以走向现代化，还能顺应时代的潮流积极的相应产业结构调整。自动化技术在制药设备上的应用是一劳永逸、一本万利的，研究自动化技术对于生产功在当代，利在千秋。

二、制药设备自动化技术的应用

（一）、PLC在制药设备中的应用

PLC（Programmable Logic Controller）作为现代工业控制的中坚力量，在制药设备中也是不可或缺的。从目前知名的设备制造商的产品中都能看到它的身影。制药设备并非重大的工业设备，其PLC的型号也主要集中在小型PLC中，其中以西门子S7-200系列、三菱Fx3U系列为主。以PLC作为制药设备的主控制器件有着得天独厚的优势：首先，制药设备中以数字量信号居多，而PLC正是见长于逻辑运算，其程序中以梯形图、功能块、语句表为常见的语言格式，这些编程语言方便，易读，逻辑思路清晰易懂，编程语言均符合国际标准（IEC1131-3）；其次，对于制药设备中常见的模拟量处理，也集成了方便实用的编程块供用户调用，可将温度、流量、压力等模拟量信号转化为程序可识别的数据（例如：二进制、十六进制、BCD码等）；再次，PLC成本低，后期调试方便，设备投运后PLC不需要大量的维护工作，并且能适应制药企业的工况。PLC有很好的兼容性，能与各种品牌的触摸屏、变频器、伺服系统组成控制网络，将制药设备零散的生产步骤集中在一个较小的范围，有效的节约了生产的面积，减小人员看护区域，提高了次品的验证率。

（二）变频器在制药设备中的应用

制药设备中，诸如提取、制粒、包衣等环节需要风机进行不断的送风排风，需要水泵不断的供水或者设备内循环冷却。在生产线中，变频器控制电机也起着至关重要的作用，能按照生产的进度调整生产线的传输速度。制药设备中变频参与运行主要分为两类，一类是靠PLC控制起停，它是通过PLC给定起停信号，通过设定参数，使电机按照一定的斜坡曲线起停，并平稳的运行在设定的频率范围内，这种应用主要出现在风机、水泵等设备上；另一类是通过BOP面板或者旋钮随时进行速度调整，这类变频及电机一般属于单体设备，不与其他设备存在运行上的连锁，除了必要的运行起停参数设置外，还应将外部起停功能关闭，改为面板操作。不同的变频器参数形式不一样，但是控制理念大同小异。随着变频器的技术日趋成熟，它在电机的运行中扮演着核心的角色。众所周知，电机的启动电流是很大的，甚至数倍于额定电流，对于现代的控制理念星三角早已渐行渐远了，而变频器强大的V/F控制，不但能有效的使电机运行，还能检测到因电压波动，电机过载，非正常原因的电流过大，及时的发出报警，及时停车，避免生产中不必要的损失。

（三）伺服控制在制药包装设备中的应用

近几年，伺服控制在制药设备中发展非常迅速，越来越多的包装设备中采用伺服控制来实现位置的精确定位。以胶囊铝塑包装机为例，设备中多处用到伺服控制系统。铝塑PVC板经过加热后，需要吹泡成型，以伺服电机带动的凸轮精确定位成型模具的开合；胶囊板切刀的开合需要精确定位，因为位置的误差会导致胶囊板的走样，甚至切刀切碎胶囊，此时的伺服控制能精确的定位。伺服控制器、伺服电机、编码器三者有机的结合起来，在控制中形成闭环。伺服电机的位置、速度、扭矩分别由三个闭环形成，编码器的反馈信号将模拟量信号分别给到伺服器中的位置反馈模块和速度反馈模块，在伺服电机的U、V、W三个接线端引出一个相间电流反馈模块，此模块将影响到电机输出的扭矩。三个闭环反馈的信号将共同影响直交流逆变电路的IGBT门驱动器，最终形成需要的三相频率电压信号，并且产生比较理想的通频带。伺服控制系统同样收到PLC的控制，它接收PLC的数字量信号，同时发送给PLC运行的脉冲信号以及模拟量信号。制药包装设备对位置的要求是苛刻的，只有伺服系统能完美的实现功能。制药包装设备中采用伺服控制必将是未来的发展趋势。

（四）人性化的操作界面的应用

制药设备大多采用触摸面板实现便捷的操作，实现对生产过程的监控。触摸面板以西门子的面板较为多见，它能实现自主编程界面，实现快捷的修改参数功能，过程画面功能，重要监测点曲线采集，完美的报警提示信息等。西门子为其面板提供了专用的项目编辑软件- Wincc flexible。触摸面板的界面可通过软件随意编写，面板中的变量、PV值、SV值均与PLC中的变量有效的对应，能实现实时的修改和监控过程变量，随意编写报警信息，可使现场生产中产生报警后，第一时间为操作人员提供解决方案。触摸面板与PLC之间通过串行总线连接，信号传输实现全双工模式，一般信号符合RS485、RS422、RS232要求。

三、制药设备自动化趋势的展望

制药生产企业的转型，必将走产业结构调整的方向，而技术密集型正是企业所需要的，科技力量的投入将成为企业利润新的增长极。在人力成本不断加深的今天，自动化技术为企业摆脱生产成本提高的窘境带来了曙光。自动化技术向着生产无人化的趋势迈进，自动化的研究浪潮必将一浪高过一浪。制药设备的制造商早已将先进的自动化理念融入到新产品的研发和试用中，这对于提升药品质量，改善药品生产过程中的卫生安全隐患是至关重要的，关于制药设备的自动化研究与讨论还将继续。