合肥西门子授权代理商CPU供应商

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系统调试
 
1．试验设备：三菱FX2N —30MR、PLC一台，手持编程器一台，控制开关面板一个。通过手持编程器将所编的程序输入到三菱PLC中，程序输入完毕，即可通过面板操作，根据程序的输入要求动作，并在面板自带的信号灯显示来观察相应的输出情况。另外，可以通过手持编程器的DR/WR、INS/DEL指令对程序进行修改或从新编程；并且还可以用MNT/TEST指令对已编好的程序进行检测与监控，从中可以查看程序有无错误。
调试过程
程序输入PLC后，检测无明显的程序错误，开始测试。
按下启动按钮后，
若X4闭合，Y1灯亮，表示电磁阀打开进水，X4断开后（水位过S4液位传感器）。此时 a、若X2断开，则Y2不会亮（电动机不转），Y1持续亮着（持续进水）；直到X3闭合（液位过S3）,Y1灯熄灭（电磁阀关闭，停止进水）。 b、若X2闭合，则Y2亮（电动机开始运转抽水），此时，Y1、Y2一起亮；当X1闭合（水塔水满），Y2灯熄灭，Y1持续亮直到X3闭合为止（水池水满）。
若X4断开（水位过S4）Y1灯不亮（电磁阀不动作），当X2断开时，Y2也不亮，顺序无动作，当X2闭合（水塔水位S2）时，Y2灯亮（电动机运转），直到X1闭合（水塔水满）。
时序图

        如图七所示：
      图七、时序图

心得体会
 
 通过PLC课程设计，我学会了PLC的基本编程方法，对PLC的工作原理和使用方法也有了深刻的理解。这次课程设计是两个人共同完成的。通过合作，我们的合作意识得到加强，合作能力得到提高。上大学后，很多同学都没有过深入的交流，在设计的过程中，我们用了分工与合作的方式，每个人负责一定的部分，同时在一定的阶段共同讨论，以解决分工中个人不能解决的问题。在沟通交流后，我们彼此形成了默契，感情也加深了。
 通过此次课程设计，让我对PLC梯形图、指令表、顺序功能图有了好的了解，也让我了解了关于PLC设计原理。有很多设计理念来源于实际，从中找出适合的设计方法。
 这次设计过程中碰到了不少问题。比如用画图，已经好久没用过了，突然要用到，感到措手不及。在同伴的帮忙下，我重新熟悉了软件，我们顺利的完成了画图工作。
 虽然本次课程设计是要求自己立完成，但是，彼此还是脱离不了集体的力量，遇到问题和同学互相讨论交流效果很好。我们在做课程设计的过程中要不停的讨论问题，这样，我们可以尽可能的统一思想，这样就不会使自己在做的过程中没有方向，并且这样也是为了使后设计思路统一。讨论不仅是一些理论的问题，还可以深入的讨论一些技术上的问题，这样可以使自己的处理问题要快一些，少走弯路。多改变自己设计的方法，在设计的过程中要不停的改善自己解决问题的方法，这样可以方便自己解决问题。在设计的过程中我们还得到了老师的帮助与意见。在学习的过程中，不是每一个问题都能自己解决，向老师请教或向同学讨论是一个很好的方法，不是有句话叫做思而不学则殆。做事要学思结合。
 经过三周的设计过程，我感触很深。我要感谢老师和同学的帮忙。我们顺利完成了课程设计

1、设计题目

基于FX2N---32MR可编程控制器的水塔液位控制系统

控制要求：
 如图所示，S1~S4为液位传感器，液位淹没时接通。系统控制要求如下：当水池液位S4时，电磁阀Y打开进水，当液位升至S3时，电磁阀关闭停止进水：此时，若水塔液位S2，则电动机M开始运转抽水，当水塔液位升至S1时，电动机M停止运转。
 

 2、设计思路
 
 系统中辅助控制软元件能实现系统的启动与停止控制，以便好地实现对电动机和电磁阀的控制，使系统简单、、。
 水位在不过S4的情况下，电动机M不可以运转抽水，因此在电动机M控制支路Y2接传感器S4的常开开关软元件，当水位液位S4时，电磁阀Y1接通，打开阀门，水池进水，若水位过S4但不过S3，电磁阀依然保持进水，因此对电磁阀也应该在控制支路上加上一个自锁环节。
 当水池液位S3时，电磁阀关闭停止进水，因此在电磁阀Y1的控制支路上应串上S3的常闭触点，当水位到达S3时断开，导致Y1关闭。当水位过S4时，若水塔的液位S2时，电动机M运转抽水，所以Y2上要接上S2的常闭触点，当水位高过S2时，仍然继续抽水，因此在Y1的控制支路接自锁环节。当水位高过S1时停止抽水，所以在Y1上接S1的常闭触点，设计师应注意电磁阀Y1的进水量大于抽水机的抽水量，才能保证系统正确运行，防止间断的抽水，降低工作效率。
 
 
3、工程流程图

如图一所示：

 图一  功能流程图
4、I / O端口分配

表一、输入输出设备与PLC输入输出端口的对应关系
输入设备 输入端口编号 输出设备 输出端口编号
启动按钮SB1 X0 控制电磁阀
继电接触器 Y1
传感器S1 X1  
传感器S2 X2 控制电动机M
继电接触器 Y2
传感器S3 X3  
传感器S4 X4 辅助继电器M MO
停止按钮SB2 X5  

5、端子接线图
 水塔水位系统的输入/输出设备是一个单体控制小系统，没有特殊的控制要求，它有6个开关量，开关量输出触点有3个，输入、输出触点数共有9个，只需选用一般中小型控制器即可。据此，可以对输入、输出点作出分配

一、PLC简介

1、PLC的基本概念

可编程控制器，简称PLC（Programmable logic Controller）,是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年电工（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义：

“PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。”

2、PLC的基本结构
PLC实质是一种于工业控制的计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：
a、电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、的电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去
b. 处理单元(CPU)
处理单元(CPU)是PLC的控制。它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当PLC投入运行时，它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。
为了进一步提高PLC的性，近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。
c、存储器
存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。
存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。
d、输入输出接口电路
 1、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是PLC
 与现场控制的接口界面的输入通道。
2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。
e、功能模块
如计数、定位等功能模块。
f、通信模块
 如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。
 
 
3、PLC的特点

 （1）性高，抗干扰能力强
 高性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了的抗干扰技术，具有很高的性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有高的性也就不奇怪了。
 
 （2）配套齐全，功能完善，适用性强
 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。
 
 （3）易学易用，深受工程技术人员欢迎
 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。
 
 （4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造
 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。

 （5）体积小，重量轻，能耗低
 以小型PLC为例，新近出产的品种底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制设备。

4、 PLC的应用领域

 目前，PLC在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化等各个行业，使用情况大致可归纳为如下几类。
 
 （1）开关量的逻辑控制
 这是PLC基本、广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等

   3、制药设备产品CIP的真实性与提高思路

    3.1、怎样的制药设备CIP产品才能其真实性？

    为了能阐述“怎怎样的制药设备CIP产品才能其真实性”这一问题，笔者举一个较完整的CIP产品，以某一冻干机为例。冻干机的整个CIP系统分为机内、机外两个部分，机外部份由清洗用水贮罐、多级泵及一套自动控制阀组成，机体内部分主要由分布在真空冷凝器及干燥箱内的喷嘴及喷球组成。整个CIP系统全自动控制，控制由PLC来完成。

    一看控制过程[1]：(1)每个容器注入所要求种类和数量的水，直至液位；(2)如需要，可用多级泵将所需清洁溶液定量加入清洗容器；(3)容器阀门打开后，多级泵启动，同时进出冻干机干燥腔室的在线清洗用阀全部打开，对腔室内部形成循环压力冲洗；(4)针对不同型号的冻干机，可能需要配置两个以上的在线清洗注入阀，以供冻干机内部不同的管线及喷嘴，这些注入阀可由软件控制依次开启和关闭；(5)真空冷凝器的清洗遵循与干燥箱体相同处理过程；(6)清洗结束后，清洗水由泵排出；(7)喷淋水量可按客户的需要，次喷淋与冲洗用水量相同，以便洗去残留的洗涤剂。在这种情况下，冲洗水贮罐需再次灌满水(若有两个水贮罐则此步骤)；(8)次喷淋完之后，再喷淋用水，以洗去开始清洗时的残留，同时可通过喷淋用水除去热原。   再看冻干机CIP的系统设计[2]：(1)布置采用(壁面清洗喷头＋箱内四角布置4根竖直的喷嘴管)或(壁面清洗喷头＋箱内搁板后部布置的水平喷嘴管)的形式，并经动态模拟设计确定；(2)基本参数：一般使用清洗水的温度为65℃、80℃，压力0.3～0.5MPa；清洗水的流量按系统喷嘴布置方式、喷嘴型式、喷淋先后顺序等来确定。

    从上例中可看到：一是包括了清洗中预洗、清洗与淋洗基本过程；二是CIP布置由动态模拟设计确定；三是设计确定了清洗的基本参数；四是整个清洗过程由PLC程序控制。这样的制药设备CIP产品才算得上是真实的。

    3.2、提高制药设备CIP真实性的思路

    中国制药设备产品走到至今，现正处于由上升到理性研制阶段，制造制设备产品不同与其它产品，有着GMP赋予的特殊使命，产品应，能称到CIP产品就应演绎这一功能的内含，要确保依附其能达到的实效。为了能让国内产品升级及与接轨，笔者谈几点对提高制药设备CIP真实性的思路。

    (1)建议慎用CIP的冠名。依笔者之见，对国内只带清洗喷头的产品，除慎用CIP的冠名外，还需注意：要重新设计，使清洗喷头的设置均能有效地清洁到每个与物料直接接触的面；其次才负责地在样本与技术文件上注明本产品能配用自动清洗站就可。若国内只带清洗喷头产品还将不负责任地冠名为CIP，届时无法有效清洗或还只能依靠手工清洗的话，用户与你打官司，只要一查CIP定义，你必败。

    (2)发展与推广小型CIP站。小型自动清洗站在国内已有，属便捷式，它十分适用小型设备，系统包括清洁溶液、蒸汽、清洗用水接口或贮罐，以及进行整个操作的泵与控制部分。其中，清洁溶液可去除残留的去垢剂为基础的，也可以是用来去除无机污染物的酸等其混合物。关键是清洗站如何与这些带清洗喷头的产品配套与推广应用。

    (3)改变思路，从整体概念上完整CIP。对哪些大中型与清洗频率较高的产品，应该从整体出发，朝着自动化、多重处理步骤与为完整的方向去设计研发。虽然，完整的CIP产品投资较高，但是考虑到能提供快捷的循环清洁与提高产量，也值得。此外，带PLC控制的CIP产品还可把清洗过程的参数与步骤记录与保存，体现了cGMP要求的可追溯性与可说明性。

    (4)每个产品均由URS来设计确认。一是，由于产品所接触物料有各自特性，制造商应与用户作广泛沟通，以确定URS，然后由实验的方法去确定，诸如清洁溶液、清洁溶液接触设备表面的时间、温度、流速等关键参数以及淋洗的基本参数要求；二是从估设计清洗步骤开始，选用好喷淋头还是喷射头，再利用动态模拟设计，还可利用计算流体动力学(CFD)进行模拟设动设计；三是，利用计算机或实验手段去寻找产品中难清洗点或无法清洗的盲区，把此作为的对象。

    (5)文件支持化工作不可忽视。由于清洁效果是制药工业验证中环节，CIP产品是为了实现这一效果的具体表现，因此，从这URS的确定，到设计的确认，再到该系统的IQ、OQ与PQ方案的提供，均要有文件支持。

    4、结论

    本文从制药生产清洗(清洁)的概念入手，对当前制药设备CIP真实性进行了探讨，并结合实例阐述了较真实完整的CIP产品应有的方面，后谈了对提高制药设备CIP真实性的思路。可以得到以下结论：(1)CIP是指设备在原安装位置不作拆卸及移动条件下的清洁工作；(2)CIP不是光有清洗喷头就行，它是综合了预洗、清洗与淋洗等多过程操作，这些操作既要有步骤与方法，还要有清洗溶剂与操作参数等。

    上海和伟科技发展有限公司的新型移动式CIP及SIP工作站(可记录型)就能很好地解决上述问题。工作站由管道泵、热交换器、洗涤液储罐、温度传感器、压力传感器、液位传感器、介质管路、控制阀门、控制装置、接口等组成。清洗或时，工作站的进出接口采用快装方式与罐体、外部公用管路接口进行连接。工作站属个性设计的产品，分为新投罐体与在役罐体二类。对新投罐体，该公司将参罐体的设计，对喷淋、真空、检测、工艺接口进行系统性的联合确定，特别是喷淋装置将采用CFD元件进行动态设计，力求做到与物料接触每个部位都能清洗到；对在役罐体，需根据使用方要求进行协调，将根据新投罐体的要求对在役罐体进行整改，具体面议。

    (1)预洗。预洗目的是除去大量的(可见的)残余产品或原料，为此后的清洁创造一个基本一致的起始条件。作用是确立一个相对一致的起始点，以提高随后各步操作的重现性[1]。通常饮用水已足够，使用高压的流水对设备冲洗，对残留物难清洗的还需用水温、压力、时间等预洗参数来应对。

    (2)清洗。清洗目的是用清洁剂以一定的程序(如固定的方法、清洗时间等)除去设备上看不到的产品，这种一致性是进行验证的基础[1]。如果工艺要求使用专门清洁剂的话，则要明确清洁剂名称、规格、浓度与配制方法。通常，清洗可采用多步清洗，在二步清洗中可加入淋洗。

    (3)淋洗。淋洗目的是用水以固定的方法与淋洗时间淋洗设备表面，以除去设备上看不到清洁剂[1]。即除去已溶解的低浓度的残留物，并使残留在设备上的水具有尽可能高的质量。此过程将涉到淋洗水的压力、流速、淋洗维持时间及水温等淋洗参数。

    (4)干燥。干燥过程则按实际而定，有的清洗后均要()处理，则此步可同做。

    2、对当前制药设备CIP真实性的探讨

    制药设备所属的功能在演绎工艺过程的同时，还需确保与实效。在此基础上，结合上述提及的清洗概念与要点来看当前制药设备CIP产品，除国内少数制设备制造商的CIP产品是较完整的(如有的冻干机CIP系统)，对大部分CIP产品的真实性值得探讨。

    2.1、单有清洗喷头，而没有系统设计的CIP产品

    现在大都制药设备CIP产品中带有一个或几个清洗喷头，其CIP是否真实。试看一个简单的实例，如1个带搅拌的容器，在上封头内侧置有1个清洗喷头，靠从上向下喷淋来达到清洗目的，这样的产品能否称真正得上CIP呢？答案不能的。现来分析一下，姑且设定其清洗喷头的喷射角与冲击力能达到设计值，这上部的清洗喷头怎么能喷到搅拌器底部、上封头内表面与密封装置表面的残留物呢？若要达到清洁验证要求的话，还得依靠拆卸清洗来完成，这与CIP要具备“原安装位置不作拆卸及移动条件”定义相悖。

    2.2、设计不合理与没有控制程序的CIP产品

    有的CIP产品，虽然设置了多个清洗喷头，想象中均能喷射到与物料直接接触的表面，但其喷头的基本参数均未经系统设计，便信手选入一种清洗喷头，就在产品中设置若干个算完事了，没有考虑到每种喷头的基本参数，如喷射形状、喷射角度、流量、覆盖面大小与冲击力大小等等。这种“CIP”产品可能产生以下问题：(1)喷射角度大角处的水的冲击力小，无法喷洗此处的残留物；(2)喷头的实际冲击力与产品理论冲击力相比要小得多，例如1/4-SS-6.5-50°型号实心锥形喷嘴的理论冲击力为0.2kgf，而实际冲击力只有0.002kgf[2]，随意选用也会留下无法有效清洗的问题；(3)喷头在CIP产品中也不是一种就能起到有效清洗的目的。对喷头形式而言，有固定喷洒头、旋转喷洒头与旋转喷射头等；就连喷射形状也有平面扇形与实心锥形之分，这些不同的喷头将产生不同的清洗效果，选用不当则也无法达到有效清洗的目的。由此看来，只有通过合理的系统设计，并结合辅助与动态模拟的设计，才能使CIP产品达到真实的清洗效果。

    CIP产品就算能合理解决上述问题的话，如果其没有控制系统的话，也谈不上是完整的CIP。国内大都数CIP产品只在设备CIP管路引出口设1个接口就算完事了。试问，一个初用者或不娴熟掌握清洁内含的人怎样能完成基本的清洗步骤与操作，故这样CIP设备也无法有效地来完成清洗基本的预洗、清洗与淋洗这些主过程。有的制造商认为，CIP控制过程是使用方的事，此话差也，这样CIP产品已失去制药设备功能的基本内含。试想，使用方购买你的不是容器，而是CIP，那样你就应根据URS(用户需求标准)的要求，告之用此套CIP来清洗的基本参数与步骤，如压力、流速、时间及水温等，而这些有效的方法是整套的控制系统。

    2.3、CIP系统没能根据URS做DQ文件支持

    NickBasta[3]认为：FDA对过程清洁所提出要求的压力仍然存在，FDA每个月对制造商发出一封又一封今人望而生畏的483个字母的警告表格，对所存在的不充分清洁程序、以及对于计划如行进行清洁缺少充分的文件支持提出警告。由此看来，文件支持工作的重要。通常，制药设备产品需经过验证才能投入运行，作为很重要清洁环节需验证。然而，国内部分CIP产品在出厂所提供的验方案中常忽视了这一点，或许制造商在为自己产品能有CIP**而沾沾自喜的同时，却忘掉了既然产品是CIP就必然为设备清洁效果负责的责任。

    可以说，制造商应在为产品CIP提供清洁验服务之前，应根据不同使用对象做出不同的DQ，尤其是当今CGMP中强调DQ重要性时代将显得此确认的必要。由于CIP在不同使用对象中有着不同的要求与特殊性，这样DQ就不可能同其它通用性制剂设备一样能有较通用性一面，而是应针对不同URS做出不同的清洗控制过程的设计。也只有设计确认了，后面的其它验证才有通过。换句话而言，CIP系统没能根据URS做DQ文件支持的话，将失去CIP的意义。