發布日期：2022-04-22 點擊率：132 品牌：橫河_Yokogawa
一、簡介
日本橫河的FA-M3系列PLC是橫河公司基于DCS技術基礎，經過多年專業研發推出的高性能PLC產品，作為日本最大的工業控制集團之一，橫河FA- M3系列PLC自誕生起便始終引領著日本PLC業界的發展潮流，短短幾年便躍居日本大中型PLC市場占有率第二位。
片劑是口服藥劑和保健制劑的基本劑型，因此片劑生產機械是制藥工程領域的基礎性專用設備。片劑是由壓片機將顆粒狀原料壓制成片。壓片機的生產制造能力標志著一個國家制藥工程技術能力。壓片機在整個藥機行業應用非常廣泛。基本上任何制藥廠都會對該設備有很大需求。
與進口高檔壓片機相比，很多國產壓片機低轉速、低產量，(產量10-15萬片/小時)，壓片機功能不夠全面，不能夠對藥片質量實時采樣，并剔除質量不合格的藥片
壓片機的工作過程
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，并進行壓力采樣，判斷藥片質量是否合格
4、上沖提升出孔。下沖上升將藥片頂出中模孔;
5、壓力傳感器檢測藥片質量，并自動記錄各藥片質量;
6、采用氣動閥將不合格藥片剔除;
7、下沖降到原位，準備下一次填充。
控制系統構成
系統構成、硬件選用及選用依據
設備轉速達到110轉/分鐘，設備有44個工位，生產能力達到30萬片/小時，每個工位只有12ms。除去機械時間，留給控制與采樣的時間只有幾個毫秒，在這幾個毫秒中要采集壓制藥片的壓力峰值，以此判斷藥片質量是否合格，并快速剔除費片。這就要求PLC運行速度夠快。并且，對模擬量采樣要足夠快速。一般的PLC很難達到要求。使用橫河FA-M3系列PLC很好的解決了這一問題。
選用F3SP28-3S 超高速CPU, 具有SCB功能，程序采樣周期可設定為200μs，獨立于主程序運行，運算速度快，單步指令處理達到0.045μs，保證系統的快速反應
采用快速相應的I/O模塊：-----F3XD16-3H/YD32-1H 高速輸入模塊輸入響應10μs ，高速輸出模塊輸出響應30μs。響應快速，能夠快速采集傳感器信息，并在踢片過程中迅速完成動作。
高速模擬量采集 F3AD08-5R: 高速AD模塊采樣時間50μs，16bit分辨率，輸入轉換精度0.1%-0.3% F.S.。保證了系統能夠在幾個毫秒對壓力信號進行多點采集，迅速捕捉峰值壓力，判斷藥劑質量是否合格。
高速計數器模塊 F3XP01-0H: 高速脈沖采集：400kpp, 32bit計數。高速、準確的判斷每個工位的位置，是設備能夠準確無誤的動作。
定位模塊-----F3NC32-0N: 2 軸, 5Mpps脈沖輸出,5Mpps編碼器反饋, 響應快速，響應時間只有1毫秒，保證了自動調整藥劑充填量的快速性，以達到精確控制藥片質量、提高產品合格率的目的。
控制系統完成的功能
功能：整個PLC系統中可分為動作順序控制、信號采集、處理等過程、圖形顯示等。
動作順序控制包括液壓控制、潤滑泵控制、藥片壓制過程動作、剔除費片、自動調整充填量等。
壓力控制：由操作人員在人機上設定好液壓控制系統的壓力上、下限，工作壓力等參數，系統根據設定工作壓力自動調整系統壓力，當壓力超過上、下限設定時，系統自動報警。
潤滑系統：在人機上設定好潤滑泵開啟時間、潤滑時間間隔等參數，由系統自動潤滑。
壓片過程：在觸摸屏人機界面上顯示填充厚度、預壓厚度、壓片厚度、壓片力。這四個物理量影響生產片劑的質量。因此對于模擬量轉換的精度要求比較高。
壓片傳動的轉動速度要進行限制。最高轉速在人機上設定，最高為110rpm/min。工藝上要求系統啟動有兩種方式：正常啟動、點動。速度設定都在人機上完成。
設定剔除費片的藥片質量上、下限，藥片質量超過設定范圍時系統自動剔除費片。
當藥粉濕度發生變化時，藥粉的密度也隨之發生變化，為了保證藥片質量，則需要通過調整藥粉的充填量來保證藥片質量，系統根據檢測到的壓力參數進行自動調整。
控制要點：在壓制藥片過程中，以模具壓力信號峰值來判斷藥片質量，設備運行速度為110轉/分，最高產量為300，000片/小時，每個工位時間間隔為 12毫秒，壓力采樣有效時間僅為5毫秒左右，即：整個壓力曲線的時間只有5毫秒左右。要想能夠準確的被捕捉到峰值壓力，那么壓力采樣點就要盡量多，采樣時間間隔盡量短。使用橫河 F3AD08-5R 模擬量高速采集模塊，響應時間僅為50μs/通道，16位的分辨率。橫河F328-3S CPU 具有SCB 功能，可以設定SCB程序掃描周期最短為0.2MS，獨立于主程序運行，不受程序運行的影響。此二者配合使用，充分保證了信號采樣的快速性、準確定。整個系統的程序兩2K步左右，主程序掃描時間僅為0.6MS，充分保證了數據計算的實時性。
經測試，壓力信號放大器本身信號轉換存在著大約20MS的延時，超過每個工位的最短工作時間12MS，根據設備運行速度的變化，壓力信號的采集會落后實際工位1至2個位置，在此加入了一些算法，保證了信號啊采集的實時性。
在剔除費片的過程中，氣動閥的響應時間為6MS，再此需要在不合格藥片到達剔除藥片位置之前提前打開氣動閥門，根據時間與速度參數計算后加入補償值。經測試，在各種速度運行情況下都能夠準確無誤的剔除質量不合格的費片。
四、使用效果
主機運行速度可達110轉/分，產量300，000片/小時，具有單片及批量自動剔廢功能，能夠準確無誤的剔除費片，并具有自動控制藥片重量、自動故障報警、彩色觸摸屏、人機界面、操作界面多語言顯示等功能。
橫河F3系列PLC體積小巧，大大節省了設備占用空間，系統可靠性高，抗環境能力強，運行穩定。
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