优化药厂热风循环烘箱设备控制系统

唐 准

（金陵药业股份有限公司南京金陵制药厂，江苏南京 210038）

0 引言

热风循环烘箱是制药过程中重要的生产设备，负责提供箱体内部满足GMP 要求的生产环境，保障制药工艺要求，一般采用电气系统控制发热单元并结合循环风机产生热风实现烘箱温度控制。但是，在使用中发现热风循环烘箱控制系统存在故障率较高、控制精度不理想等问题。根据现场实际存在的问题，提出相应的优化措施。

1 PLC 控制方式取代单片机仪表控制方式

传统热风循环烘箱控制系统一般选用单片机仪表控制方式，虽然单片机存在体积小、价格实惠等优点，但是因为其配件（如电阻等）参数具有很强的离散特征，且存在批间质量不稳定等问题，导致单片机存在可靠性低等缺点。

而PLC 相比于单片机来说，在工业抗干扰设计水平方面具有更好的表现。在热风循环烘箱这种运用模拟量运算、PID控制较多的设备场合上，PLC 的优势更为明显。另外，PLC 本有强大的自诊断功能，若控制系统出现异常，便会自行跳转至异常提示页面，显示异常原因与排除方式，能为维修人员快速处理异常予以帮助[1]。热风循环烘箱控制系统结构如图1 所示。

在热风循环烘箱设备控制系统PLC 优化过程中，结合考虑硬件和软件的优化。在硬件层面采用集中管理和单独控制相结合的方式，利用西门子200系列PLC 和MCGS触摸屏搭建现场烘箱温度控制单元取代单片机仪表控制方式。二者通过PPI串口通信协议进行实时通信。在软件层面，使用西门子STEP 7 工控编程软件对西门子PLC 进行梯形图编程，使用MCGS 嵌入版组态软件对其触摸屏进行模块化编程，用以满足制药工艺要求。西门子PLC 编程梯形图如图2 所示。

2 增加物联网远程报警系统

图1 热风循环烘箱控制系统结构示意

图2 西门子PLC 编程梯形图

物联网（The Internet of Things，TIT）是现代信息系统的重要组成部分，概括的认为物联网就是物品与物品相连的互联网[2]。它是基于基础和核心地位的互联网的扩展和延伸，也是在互联网的基础上基于物品和物品之间相互信息交换的应用。物联网是继计算机、互联网与移动通信网之后融合进信息科技产业内容的第三次科技革命。因其具有智能化，互联互通，实时通信，自我反馈，成本低廉等优点越来越得到工业企业的广泛关注。热风循环烘箱控制系统中的报警功能引入物联网技术，达到优化报警效率，减少烘箱设备故障时间，降低设备故障率之目的。

在传统工控搭档PLC+触摸屏的硬件架构的基础上，上位机通过协议和通信转换线路读取现场下位机PLC 数据，并把数据存入到上位机数据库中，再通过上位机脚本程序UPDATE 到Web 服务器SQL 数据库中。之后通过微信发布程序，将组态画面和数组发布至微信端。用户端只要关注相应微信公众号，通过协议和数据请求，便可得到Web 服务器提供的经其数据结构编纂的烘箱各种运行数据信息。并在烘箱产生报警时，远程推送微信信息及时提示用户关注或介入（图3）。

3 可控硅模块抗干扰优化

热风循环烘箱加热系统采用可控硅模块对电加热器控制的方式。系统中主要设备为可控硅模块（图4）。可控硅又称晶闸管，它是一种可以应用小功率控件来控制大功率设备的一种电器控制元件[3]。可控硅作为电气设备中应用普遍的转换元件，常在弱电驱动强电的转换控制场合使用。由于热风循环烘箱内药品中间体对于温度的特殊需求，需通过合适的PID 算法，实现设定值与采样值间的PID 运算来控制可控硅的通断时间，从而为加热器提供功率；但是由于可控硅整流器存在非线性负载特性，在通断转换过程中会造成强烈的干扰；同时，设备中一般使用弱电电路控制可控硅触发装置，而弱电控制电路系统易受到周围环境的电磁干扰。因此，需对可控硅模块产生的电磁干扰进行相应的优化处理。

（1）优化地线接地。优化原本分散的多点接地方式，采取一点接地方式，从而使各脉冲间的地线电位尽量一致。在强触发情况下，地线上两点间的电位差变得很小，并减少或消除不正确的尖峰信号。

（2）优化电源供给。为了减少或者消除脉冲间的相互干扰，可将可控硅模块控制电源与脉冲电源进行物理隔离。并可采用大容量电容滤波处理方式，以提高电源输出特性的硬度，达到优化电源供给的效果。

图3 微信端报警推送界面

图4 热风循环烘箱可控硅模块

4 结束语

药厂热风循环烘箱设备有其自身特点，需根据现场实际使用情况，采用合适的措施优化其控制系统，提高可靠性，降低故障率，保证热风循环烘箱参与的药品生产符合GMP 要求。