滅菌干燥機是一種制藥機械，用對玻璃器皿等加熱、滅菌和烘干。過去一般是采用常規(guī)溫度控制器控制溫度，采用小型PLC控制其機械運轉(zhuǎn)。隨著生產(chǎn)自動化水平的提高，溫度測量與控制數(shù)據(jù)也需要上傳到PLC、觸摸屏或上位機，因此采用PLC的整體控制方案逐步得到推廣。

二、系統(tǒng)配置圖

    PLC采用EC20-3232BTA，擴展模塊采用EC20-4TC，接入了2個測溫用的熱電偶信號觸摸屏采用HITECH的PWS6600。如下圖為控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

三、 溫度控制方式和策略

    溫度控制是滅菌干燥機的最主要的功能。通過精確地控制溫度在設(shè)定值的±1度偏差左右，達到醫(yī)用器皿滅菌加工的要求；同時工作溫度應(yīng)該在開機后盡快達到要求，預(yù)熱和波動時間都不能太長。

    此干燥機的加熱元件采用7組紅外加熱管，每組加熱管各由1個交流接觸器控制電路通斷。由于7組紅外加熱管的功率很大，因此在運行中不能始終以調(diào)節(jié)全部加熱管來控制溫度，否則溫度難以控制，波動時間很長。

    以下第1點說明了分段快速加熱控制，第2點說明了精確溫控的控制策略。

1、設(shè)計采用了分組快速加熱的方式，以加快預(yù)熱的過程。

    在設(shè)定與實際的溫差大于50度的時候，PLC會把7組加熱管全部投入加熱過程。當設(shè)定與實際的溫差小于30度時，PLC將其中3組紅外加熱管給關(guān)閉了，剩下的4組加熱管繼續(xù)加熱。當設(shè)定與實際的溫差小于15度的時候，PLC再關(guān)閉2組加熱管，同時對最后兩組加熱管的加熱過程進行PID調(diào)節(jié)。通過這種方式，系統(tǒng)預(yù)熱時間大大縮短，波動的響應(yīng)加快了。上述多個溫度切換點是通過調(diào)試時找到該設(shè)備加熱管的熱慣性后確定的。

2、PLC采用固定加熱周期和可變加熱脈寬調(diào)節(jié)的方式來控制穩(wěn)定加熱過程。

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    系統(tǒng)在最后2組加熱管工作的時候，通過改變固定加熱周期中的加熱時間脈寬比例，實現(xiàn)了PID調(diào)切的控制策略。

四、比例帶與比例系數(shù)

    對某些常用的溫控策略設(shè)計中，人們常在PID設(shè)置中引入“比例帶”的概念，也就是在確定比例系數(shù)時，先單純考慮比例調(diào)節(jié)，以一個固定PV-SV的精度差值來確定比例值。

    比如舉溫度控制的例子，單純考慮比例調(diào)節(jié)，當希望達到的溫度差值為±10度，則就以10度為精度數(shù)據(jù)，當PV小于SV且溫差在10度及以上時，PID輸出則為最大輸出（100%）。當溫差小于10度，則按線性減少，直到?jīng)]有溫差時達到0%輸出。

    在這個例子中，“比例帶”就設(shè)為10度。則可以通過這個比例帶來推算出比例值KP。對于EC20的PLC，由于PID輸出值一般設(shè)定為0～32767，因此KP=32767/10，即3276.7。

五、其它機械運轉(zhuǎn)控制功能

    由該PLC對機械運行進行控制，檢測位置信號和警報信號。

六、運行結(jié)果

    艾默生的EC20系列PLC應(yīng)用于滅菌干燥機上，實現(xiàn)對溫度和機械進行控制。通過觸摸屏來設(shè)置設(shè)備運行參數(shù)，操作機器，顯示實時和歷史數(shù)據(jù)，并將一段時間內(nèi)的運行數(shù)據(jù)存儲在觸摸屏內(nèi)存中，以備查詢。PLC的溫度PID控制運算功能代替了溫度控制器，并將溫度值用于觸摸屏的顯示和記錄。新型滅菌干燥設(shè)備經(jīng)過工程技術(shù)人員的調(diào)試，完全達到了工藝要求。產(chǎn)品目前已經(jīng)得到了推廣，為客戶創(chuàng)造了效益。