向宏儒*

（ 海申机电总厂（象山））

0 引言

中药产品是“健康中国”战略中的一个重要组成部分，约占整个医药行业市场份额的1/3。中药配方颗粒生产因药品种繁多、成份复杂，对工艺系统的可靠性、稳定性、分离效果提出了较高的要求。就分离动态提取环节而言，传统继电器控制方式的离心机控制系统已不能满足现场工艺要求，用PLC 可编程逻辑控制替代传统继电器控制，是当前普遍的解决方法。但是，采用控制系统进行制造会使成本大幅提高。针对这种情况，提出了一种触摸屏直接与变频器通讯的控制方式，既克服了传统继电器控制的缺点，同时也拥有PLC 控制系统所具备的功能，还能有效降低生产成本。

1 中药配方颗粒生产工艺流程

中药配方颗粒的生产是依据传统中药汤剂的煎煮要求，根据不同品种分别制定生产工艺规程，其基本工艺路线是：中药经筛选、破碎，在80 ～90 ℃的温度下高温蒸煮、保温，然后由输送泵输送至动态提取设备进行固液分离，分离后的渣相弃用，液相经蒸发、浓缩、烘干、结晶、杀菌后得到成品。图1为中药配方颗粒生产工艺流程。

图1 中药配方颗粒生产工艺流程

2 离心机控制方式用于中药配方颗粒分离提取的发展状况

2.1 传统继电器控制模式

早期中药配方颗粒分离提取过程中的离心机控制系统采用常规继电器控制模式，在设计控制系统时，一个简单的启动停止保护电路也需要连接多条电线线路，配置很多按钮、继电器、指示灯、显示仪表等元器件，各种元件布置在控制柜操作面板上，工艺相当繁杂。

2.2 可编程逻辑控制器（PLC）自动控制模式

随着技术不断发展，可编程控制器在逻辑控制、过程控制等领域发挥着越来越重要的作用。由PLC和触摸屏（HMI）组成的离心机控制系统在中药配方颗粒自动化生产技术中得到广泛应用与发展，大大提高了生产效率。

离心机中药颗粒自控系统中，触摸屏负责显示和操作，而设备运行则是通过PLC 进行程序逻辑控制和数据运算，二者缺一不可。利用PLC 的两个COM端口，分别通过RS485 连接变频器，用Modbus RTU通讯协议对变频器进行启动/停止和调速控制，连接HMI 进行电机操作和设备状态及数据显示，PLC 自动控制系统配置可见图2。

图2 PLC自控控制系统配置示意图

2.3 中药配方颗粒生产用离心机自动控制方式的改进设计

2.3.1 系统配置

为了进一步简化操作，降低离心机控制系统生产成本，提出了触摸屏与变频器直接通讯技术的改进设计方案，舍弃了可编程（PLC）逻辑控制器CPU 和I/O 模块，采用触摸屏内置的宏语言编程来实现PLC的逻辑控制和数据处理及运算功能，改进系统的配置可见图3。

图3 改进系统配置示意图

2.3.2 RS485连接

通过屏蔽线缆，将主、副变频器的485+、485-串接后连接至触摸屏的COM2 串行端口。需要注意的是，应采用菊花链拓扑结构进行连接，因为RS485只支持菊花链拓扑，不支持任何具有分支关系的拓扑，RS485 连接可见图4。

图4 RS485连接示意图

2.3.3 触摸屏宏语言编程

使用组态软件EasyBuilder Pro 的宏指令进行数据换算，差转速的计算及调用宏语言编辑程序如下：

3 改进设计后的技术优势

根据离心机工作原理，系统控制的对象是两台交流异步电动机（称为主电机和副电机），主、副电机需通过变频器实现无极调速功能；系统应具备对设备左右两端轴承进行温度和振动的测量、显示和保护功能。所以PLC 控制系统需要配置主要元件为：CPU、I/O 模块，HMI 触摸屏及变频器；设计改进后系统主要元件为HMI 触摸屏及变频器。

3.1 与PLC控制系统比较

在两种方案中，选用的是威纶通MT8071IE 触摸屏、汇川MD380 变频器，该变频器具有Modbus-RTU通讯协议，通过RS485连接可实现数据通讯传输，性价比高，稳定性等其他方面也都能满足设计要求。

本案系统充分利用了触摸屏的宏指令功能，通过简单的宏指令编程，采用RS485 直接通讯的方式，实现触摸屏和变频器之间的数据采集和传送、变频器的启动/停止控制，有效达到设备的自动控制功能。与PLC 控制系统相比较，具有以下优点：（1）设计原理更简单，不需要设计控制流程图、计算PLC 系统I/O 点数，简化了设计图纸，减少了控制柜接线工作量，缩减了车间生产周期；（2）编写程序简单，通过触摸屏软件系统的宏指令，可以实现大量的逻辑运算、函数运算功能，无需编制PLC 逻辑控制程序；（3）现场调试方便，在现场调试时，调试工程师也不需要带电脑调试程序、设置参数，减少了现场调试人员的工作量；（4）省略了自动控制系统必需的PLC 及其扩展模块，最大程度节省了生产成本；（5）节省了设备的后续维护成本，由于本系统没有采用PLC,对设备维护人员的自动化专业知识要求不高，便于用户对设备进行日常维护和故障修理工作。

3.2 与传统继电器控制系统比较

传统继电器控制系统采用面板按钮操作，系统虽然原理简单，但连接线路工作量大，故障隐患较多，无论从生产成本，还是后续设备维护成本考虑，均无优势。本案系统与其相比，具有相当明显的优势：（1）触摸屏本身具有非常强大的功能，如可以单独和第三方设备通讯，大大减少了控制电路，提高了系统抗干扰的能力，保障了系统的可靠性、稳定性；（2）设备的操作、运行数据显示等功能均可在一块屏上实现，简洁明了，视觉效果完美；（3）电路设计简单，能进行大量的数据处理和配方数据保存，具体较强的自动控制功能，且操作简单、维修方便。

4 改进后的离心机控制方式在中药配方颗粒生产现场实际应用

采用无PLC 的触摸屏控制系统具有操作简单、自动化程度较高、系统稳定可靠、生产成本低等优点。改进后无PLC 系统的离心机自动控制方式在中药配方颗粒生产现场实际应用中，解决了常规PLC 控制器系统在空间辐射场内产生的辐射干扰问题；解决了PLC 控制器控制系统因信号引入干扰造成I/O 模件损坏的问题；解决了由于系统内部原件及电路间的相互电磁辐射，如逻辑电路相互辐射及其对模拟电路的影响，模拟地与逻辑地的相互影响及元器件间的相互不匹配使用等严重问题；上述这些都属于PLC 控制制造厂对系统内部进行电磁兼容设计的内容，比较复杂，在现场应用中是无法改变的，我们只能选择具有较多应用实际或经过考验的系统来避免。图5 为离心机实际应用工艺图。

图5 离心机实际应用工艺图

5 结论

设计时，在充分考虑系统可靠性、稳定性的基础上，着重考虑了产品的性价比要求，以节省成本为原则，相比PLC 控制系统节省25%，比传统继电器控制节省6%。触摸屏与变频器直接进行RS485 通讯的控制方式，已经通过离心机在中药配方颗粒分离提取实际项目中多次应用，该设计方案不仅节省了生产成本，还缩短了产品生产周期，达到了降本增效效果。