橫河PLC在壓片機(jī)中的應(yīng)用
發(fā)布日期：2022-04-22 點(diǎn)擊率：101 品牌：橫河_Yokogawa
一、簡(jiǎn)介
日本橫河的FA-M3系列PLC是橫河公司基于DCS技術(shù)基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)多年專業(yè)研發(fā)推出的高性能PLC產(chǎn)品，作為日本最大的工業(yè)控制集團(tuán)之一，橫河FA- M3系列PLC自誕生起便始終引領(lǐng)著日本PLC業(yè)界的發(fā)展潮流，短短幾年便躍居日本大中型PLC市場(chǎng)占有率第二位。
片劑是口服藥劑和保健制劑的基本劑型，因此片劑生產(chǎn)機(jī)械是制藥工程領(lǐng)域的基礎(chǔ)性專用設(shè)備。片劑是由壓片機(jī)將顆粒狀原料壓制成片。壓片機(jī)的生產(chǎn)制造能力標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家制藥工程技術(shù)能力。壓片機(jī)在整個(gè)藥機(jī)行業(yè)應(yīng)用非常廣泛。基本上任何制藥廠都會(huì)對(duì)該設(shè)備有很大需求。
與進(jìn)口高檔壓片機(jī)相比，很多國(guó)產(chǎn)壓片機(jī)低轉(zhuǎn)速、低產(chǎn)量，(產(chǎn)量10-15萬(wàn)片/小時(shí))，壓片機(jī)功能不夠全面，不能夠?qū)λ幤|(zhì)量實(shí)時(shí)采樣，并剔除質(zhì)量不合格的藥片
壓片機(jī)的工作過(guò)程
1、下沖的沖頭部位(其工作位置朝上)由中模孔下端伸入中模孔中，封住中模孔底;
2、利用加料器向中模孔中填充藥物;
3、上沖的沖頭部位(其工作位置朝下)自中模孔上端落入中模孔，并下行一定行程， 將藥粉壓制成片，并進(jìn)行壓力采樣，判斷藥片質(zhì)量是否合格
4、上沖提升出孔。下沖上升將藥片頂出中模孔;
5、壓力傳感器檢測(cè)藥片質(zhì)量，并自動(dòng)記錄各藥片質(zhì)量;
6、采用氣動(dòng)閥將不合格藥片剔除;
7、下沖降到原位，準(zhǔn)備下一次填充。
控制系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)構(gòu)成、硬件選用及選用依據(jù)
設(shè)備轉(zhuǎn)速達(dá)到110轉(zhuǎn)/分鐘，設(shè)備有44個(gè)工位，生產(chǎn)能力達(dá)到30萬(wàn)片/小時(shí)，每個(gè)工位只有12ms。除去機(jī)械時(shí)間，留給控制與采樣的時(shí)間只有幾個(gè)毫秒，在這幾個(gè)毫秒中要采集壓制藥片的壓力峰值，以此判斷藥片質(zhì)量是否合格，并快速剔除費(fèi)片。這就要求PLC運(yùn)行速度夠快。并且，對(duì)模擬量采樣要足夠快速。一般的PLC很難達(dá)到要求。使用橫河FA-M3系列PLC很好的解決了這一問(wèn)題。
選用F3SP28-3S 超高速CPU, 具有SCB功能，程序采樣周期可設(shè)定為200μs，獨(dú)立于主程序運(yùn)行，運(yùn)算速度快，單步指令處理達(dá)到0.045μs，保證系統(tǒng)的快速反應(yīng)
采用快速相應(yīng)的I/O模塊：-----F3XD16-3H/YD32-1H 高速輸入模塊輸入響應(yīng)10μs ，高速輸出模塊輸出響應(yīng)30μs。響應(yīng)快速，能夠快速采集傳感器信息，并在踢片過(guò)程中迅速完成動(dòng)作。
高速模擬量采集 F3AD08-5R: 高速AD模塊采樣時(shí)間50μs，16bit分辨率，輸入轉(zhuǎn)換精度0.1%-0.3% F.S.。保證了系統(tǒng)能夠在幾個(gè)毫秒對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行多點(diǎn)采集，迅速捕捉峰值壓力，判斷藥劑質(zhì)量是否合格。
高速計(jì)數(shù)器模塊 F3XP01-0H: 高速脈沖采集：400kpp, 32bit計(jì)數(shù)。高速、準(zhǔn)確的判斷每個(gè)工位的位置，是設(shè)備能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的動(dòng)作。
定位模塊-----F3NC32-0N: 2 軸, 5Mpps脈沖輸出,5Mpps編碼器反饋, 響應(yīng)快速，響應(yīng)時(shí)間只有1毫秒，保證了自動(dòng)調(diào)整藥劑充填量的快速性，以達(dá)到精確控制藥片質(zhì)量、提高產(chǎn)品合格率的目的。
控制系統(tǒng)完成的功能
功能：整個(gè)PLC系統(tǒng)中可分為動(dòng)作順序控制、信號(hào)采集、處理等過(guò)程、圖形顯示等。
動(dòng)作順序控制包括液壓控制、潤(rùn)滑泵控制、藥片壓制過(guò)程動(dòng)作、剔除費(fèi)片、自動(dòng)調(diào)整充填量等。
壓力控制：由操作人員在人機(jī)上設(shè)定好液壓控制系統(tǒng)的壓力上、下限，工作壓力等參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定工作壓力自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)壓力，當(dāng)壓力超過(guò)上、下限設(shè)定時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。
潤(rùn)滑系統(tǒng)：在人機(jī)上設(shè)定好潤(rùn)滑泵開(kāi)啟時(shí)間、潤(rùn)滑時(shí)間間隔等參數(shù)，由系統(tǒng)自動(dòng)潤(rùn)滑。
壓片過(guò)程：在觸摸屏人機(jī)界面上顯示填充厚度、預(yù)壓厚度、壓片厚度、壓片力。這四個(gè)物理量影響生產(chǎn)片劑的質(zhì)量。因此對(duì)于模擬量轉(zhuǎn)換的精度要求比較高。
壓片傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度要進(jìn)行限制。最高轉(zhuǎn)速在人機(jī)上設(shè)定，最高為110rpm/min。工藝上要求系統(tǒng)啟動(dòng)有兩種方式：正常啟動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)。速度設(shè)定都在人機(jī)上完成。
設(shè)定剔除費(fèi)片的藥片質(zhì)量上、下限，藥片質(zhì)量超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)剔除費(fèi)片。
當(dāng)藥粉濕度發(fā)生變化時(shí)，藥粉的密度也隨之發(fā)生變化，為了保證藥片質(zhì)量，則需要通過(guò)調(diào)整藥粉的充填量來(lái)保證藥片質(zhì)量，系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的壓力參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。
控制要點(diǎn)：在壓制藥片過(guò)程中，以模具壓力信號(hào)峰值來(lái)判斷藥片質(zhì)量，設(shè)備運(yùn)行速度為110轉(zhuǎn)/分，最高產(chǎn)量為300，000片/小時(shí)，每個(gè)工位時(shí)間間隔為 12毫秒，壓力采樣有效時(shí)間僅為5毫秒左右，即：整個(gè)壓力曲線的時(shí)間只有5毫秒左右。要想能夠準(zhǔn)確的被捕捉到峰值壓力，那么壓力采樣點(diǎn)就要盡量多，采樣時(shí)間間隔盡量短。使用橫河 F3AD08-5R 模擬量高速采集模塊，響應(yīng)時(shí)間僅為50μs/通道，16位的分辨率。橫河F328-3S CPU 具有SCB 功能，可以設(shè)定SCB程序掃描周期最短為0.2MS，獨(dú)立于主程序運(yùn)行，不受程序運(yùn)行的影響。此二者配合使用，充分保證了信號(hào)采樣的快速性、準(zhǔn)確定。整個(gè)系統(tǒng)的程序兩2K步左右，主程序掃描時(shí)間僅為0.6MS，充分保證了數(shù)據(jù)計(jì)算的實(shí)時(shí)性。
經(jīng)測(cè)試，壓力信號(hào)放大器本身信號(hào)轉(zhuǎn)換存在著大約20MS的延時(shí)，超過(guò)每個(gè)工位的最短工作時(shí)間12MS，根據(jù)設(shè)備運(yùn)行速度的變化，壓力信號(hào)的采集會(huì)落后實(shí)際工位1至2個(gè)位置，在此加入了一些算法，保證了信號(hào)啊采集的實(shí)時(shí)性。
在剔除費(fèi)片的過(guò)程中，氣動(dòng)閥的響應(yīng)時(shí)間為6MS，再此需要在不合格藥片到達(dá)剔除藥片位置之前提前打開(kāi)氣動(dòng)閥門(mén)，根據(jù)時(shí)間與速度參數(shù)計(jì)算后加入補(bǔ)償值。經(jīng)測(cè)試，在各種速度運(yùn)行情況下都能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的剔除質(zhì)量不合格的費(fèi)片。
四、使用效果
主機(jī)運(yùn)行速度可達(dá)110轉(zhuǎn)/分，產(chǎn)量300，000片/小時(shí)，具有單片及批量自動(dòng)剔廢功能，能夠準(zhǔn)確無(wú)誤的剔除費(fèi)片，并具有自動(dòng)控制藥片重量、自動(dòng)故障報(bào)警、彩色觸摸屏、人機(jī)界面、操作界面多語(yǔ)言顯示等功能。
橫河F3系列PLC體積小巧，大大節(jié)省了設(shè)備占用空間，系統(tǒng)可靠性高，抗環(huán)境能力強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定。
