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基于PLC的制药行业纯化水制备控制系统设计与应用

内容摘要

随着我国制药行业纯化水标准与国际接轨的不断深入，面对制药行业对纯化水的大量需求，提出了解决纯化水品质、提高产水效率、实现智能控制的方案。基于PLC可靠性高、抗干扰能力强、易于现场操作、安装及可扩展性的现场控制优势，用实现纯化水生产过程和纯化水循环过程的控制，满足制药行业对纯化水的品质要求。

文中首先介绍了选题的来源、背景，分析纯化水生产工艺，纯化水在制药行业的要求及重要性。本系统采用二级反渗透工艺，控制上采用西门子S7-200PLC实现自动控制，完成对系统参数的检测、工作状态控制与切换、结合变频器实现供水控制等。系统硬件设计部分详细列出了PLC的I/O资源分配情况，设计了系统的结构框图，并进行了系统的硬件组态。一二级反渗透系统可工作在正常产水，水箱供水，待机和原水再生四个状态。系统程序采用模块化程序设计，实现个功能模块的调用，在论文中列出了程序的控制流程图。本文经研究分析：该自动化系统运行平稳，根据用水情况可以工作在不同的状态，而且产出的纯水质量高，满足制药行业用水要求。

关键词：纯化水；反渗透；电导率；PLC控制

目录

TOC\o1-3\h\z\u内容摘要 1

目录 2

1绪论 4

1.1课题的背景及意义 4

1.2本文的主要内容 6

2纯化水制备控制系统的总体设计 6

2.1纯化水制备控制系统概述 6

2.2总体设计方案 7

2.2.1纯化水工艺方案设计 7

2.2.2纯化水控制系统设计 9

2.3系统器件选型 10

2.3.1PLC的选型 10

2.3.2液位开关的选型 12

2.3.3压力开关的选型 13

2.3.4电导变送器的选型 13

2.3.5变频器的调速控制 14

2.3.6液位变送器的选型 16

2.3.7人机界面设计 16

3系统硬件设计 17

3.1供电电路的设计 17

3.2PLC的I/O模块设计 18

3.3传感器模块设计 19

4软件程序设计 20

4.1系统控制总体设计 20

4.2各模块的程序设计 21

4.2.1主程序设计 21

4.2.2正常制水流程设计 22

4.2.3待机状态 23

4.2.4报警中断流程 24

5程序的仿真及调试 24

5.1创建项目 25

5.2程序的编写 26

5.3程序的编译及调试 31

5结论 32

1绪论

1.1课题的背景及意义

纯化水制备被广泛应用于医药、生物化学化工、医院等行业，是这些行业生产工艺过程中用到的重要原料，参与了整个生产工艺过程，包括原料生产，分离纯化，成品制备，洗涤过程，清洗过程和消毒过程，是这些行业的重要组成部分。

纯化水制备系统是企业质量标准GMP的重要内容。随着纯化水制备系统的设计、安装和验证工作逐渐成为现代制药企业新建或改造项目中的主导，越来越多的制药企业都将对其设计、安装与验证工作视为药品质量保证的关键所在，也认识到质量可靠的制药水系统，能为企业提供持久的质量保证和成本节约的竞争优势[1]。

随着自动化水平的提高，纯化水控制系统的自动化程度也越来越高，纯化水控制系统的发展经历了以下几个阶段：

1、完全手动操作。优点是系统简单、可靠，但是机械劳动强度大，而且产水量低，目前已基本淘汰。

2、继电器触点控制系统。这是PLC控制的前身，由于机械触点多，接线复杂，维护工作量大，目前使用较少。

3、以计算机为基础的专用工业计算机程序控制。这一技术较好的满足生产需要，在工业上被广泛应用，也是今后研究发展的方向[2]。

我国的纯化水处理装置的发展在我国至今发展也有几十年，在这几十年里我国的研究学者测量方式、装置都做了不同程度的改进，但是与国外发达国家相比仍然存在一定的差距，体现在反渗透膜的性能以及自动化程度不高，使用不够方便智能，使用的场合仍然有限。在纯化水处理装置的生产规模方面，国外发达国家已经具有比较大的产业规模，生产呈现规范化、流水线的特点，但是我国目前对纯化水处理装置的生产仍然没有形成规模，因此在管理上也比较难管理，市场产品出现参差不齐的问题。随着工业技术的发展以及人们对健康的重视，制药行业对纯化水的水质要求越来越高，需求量日益增加，在纯化水处理控制系统开发研究中，现有的设备已经不能满足及后的发展需求，必须经行大量的技术改造。PLC控制系统具有先进性，可扩展性，稳定性以及安装方便，维护量少等优点，将会在及后的纯化水控制系统中得到广泛的应用。因此，本文采用先进的反渗透（ReverseOsmosis）设备，并