1、引言

本文介绍了可编程控制器在冷冻干燥机的应用。传统的冷冻干燥机由程序步进器进行机械控制，其触点繁多，故障频繁，维修不便，严重影响冷冻干燥机的正常工作，对产品的质量也产生了很大影响。采用中、小型PLC对整个冷冻干系统进行控制，可实现较高的自动化程度，并完成智能控制、状态显示和故障报警等任务，同时还提供良好的人机界面与操作员进行交互，使得修改各种参数简单、易行，对于机械设备的运行能及时、快速、准确的反映。

本控制系统具有制冷、加温、真空控制、干燥状态检测、温度曲线显示、故障报警和维修检查的功能。控制系统能进行全自动的冻干控制，包括预冻、加热、抽真空等。在人机界面上可以显示温度、压力、时间、周期、状态等，也可以显示报警信息。

2、项目简介

2.1行业介绍

真空冷冻干燥技术在生物工程、医药工业、食品工业、材料科学和农副产品深加工等领域有着广泛的应用。

在生物技术产品领域，冻干技术主要用于血清、血浆、疫苗、酶、抗生素、激素等药品的生产;生物化学的检查药品、免疫学及细菌学的检查药品;血液、细菌、动脉、骨骼、皮肤、角膜、神经组织及各种器官长期保存等。

随着GMP认证的结束，国产的优秀医药用冻干设备全面进入了现代化阶段，功能齐全、工作可靠、性能稳定，可实现在线清洗(CIP)或蒸汽消毒灭菌(SIP)，各项技术指标都能满足生物制品和药品冻干生产的需要。相比之下，国外冻干设备的品种规格比国内多，配套设备齐全，节能型结构比较精致，连续式冻干设备生产量大。为保证冻干产品的质量和节能，常采用冻干设备与其它干燥设备组合在一起的组合冻干设备，例如喷雾冻干设备。

在未来，如何在保证产品质量的前提下，提高冷冻干燥效率，缩短干燥时间，节约能源将是广大冻干行业工作者的目标。

2.2方案背景

宁波市鄞州双嘉仪器有限公司座落于宁波方耷拉工业区，距离宁波机场5公里，是一家由高层次人才组成的年轻、富于创新实验仪器设备生产、销售为一体的综合性发展型企业。

公司成立伊始，主要致力于实验仪器的开发、生产和销售，主要产品有冷冻干燥机、超声波细胞破碎仪、低温冷却液循环机、雪花制冰机、无菌均质器、冷水机多种实验室样品处理与低温高温设备。为客户提供高性价比的产品是我们一直贯彻的服务理念，随时为用户提供最好的技术支持和最完善的售后服务。高性价比的产品和优质的服务，不仅在国内各大高校和科研实验室有广泛的应用，而且公司产品已经销售到美国、欧洲以及东南亚等二十多个国家，并得到广泛的好评，已经与十多个国内外经销商达成战略合作联盟关系。

2.3客户需求

冷冻干燥机具有以下几点要求：

1、系统应包括手动、自动两套完全独立的控制程序

2、主要工艺参数能够设定、测量、采集、显示、记录

3、冷冻干燥机采用PLC控制，触摸屏能显示系统运行状况

4、冷冻机能按设定的程序自动执行，并按给定的参数自动控制在正常范围内

5、冷冻机能根据采集的真空传感器频率显示对应的压力

2.4解决方案

冷冻干燥机的控制系统可由各种配置方式组成，在充分了解冷冻干燥机各种控制要求及特点后，提出了一种可编程控制器(PLC)为核心的控制系统。永宏 FBs-MC系列主机具有200KHz高速脉冲输入，可靠性高，配置灵活，测量准确，控制灵敏，主机上的借口可以直接与触摸屏连接，能够满足冷冻干燥机工艺的各种需求。

2.5实施结果

在充分了解冷冻干燥机控制系统的组成与结构，设计出的PLC应用于控制系统的解决方案。该方案经过硬件设计、软件编程与现场后续的模拟实验，证明方案可行，可靠性高，提升了冷冻干燥设备的自动化程度。

3、控制系统的设计

3.1系统工艺简介

具体工艺流程图如图3-1所示：

图3-1工艺流程图

3.2硬件配置方案

设备的控制核心采用永宏FBs-20MCT主机一台，FBs-6RTD温度模块两台，该主机性能稳定，抗干扰强，脉冲输出可达200KHz，完全满足真空脉冲发生器的高速脉冲接收。人机界面采用了HU070E-00。其控制系统接线图如图3-2所示：

其主要控制部分如图3-3所示：

4、软件设计

4.1高速计数

由于真空脉冲发生器会产生170KHz的脉冲，所以我们在程序中需要用到高速计数指令，永宏高速计数功能具有编程方便，精度高。高速计数输入部分如图4-1所示：

5、难点分析

真空脉冲发生器产生的脉冲为5V信号，而PLC的高速计数是24V信号，所以需要通过高速光耦把5V信号转换为24V信号。

6、设备运行

设备调试完毕之后，客户对冷冻干燥机进行了一段时间的使用测试。该设备能够按照客户的控制效果完成各项工艺流程，温度的控制误差小，真空度的显示精度高。设备部分如图6-1所示：

图6-1设备部分图

7、应用体会

永宏FBs系列主机性能卓越、可靠稳定、操作简便的特点在此案例中得到深刻的体会。FBs系列PLC以永宏自行研发的SOC为核心，整合中央处理器 (CPU)、硬件逻辑处理器(HLS)、高速通讯口、高速计数器/高速计时器，NC定位等为一体，速度更快，稳定性更强。WinProladder编程软件，通过表格的形式配置通讯、高速计数、脉冲输出等功能，操作更方便、快捷。硬件可靠性高，在设备的运行过程中，PLC持续运行，未出现异常，客户对永宏产品硬件性能表示肯定。