基于PLC和觸模屏實現(xiàn)脈動真空滅菌器控制系統(tǒng)的設計

脈動真空滅菌是國內(nèi)九十年代中期發(fā)展的一種新型滅菌設備，由于采用了脈動真空技術(shù)，滅菌效果好，廣泛應用于醫(yī)院供應室、手術(shù)室、制藥廠及科研部門。基于PLC的控制系統(tǒng)具有運行可靠、操作簡單、維護簡便等特點，隨著觸摸屏的推廣應用，使得其接口越來越人性化和個性化，逐漸成為醫(yī)療器械行業(yè)滅菌器的主流產(chǎn)品。

湖南某醫(yī)療器械公司順應世界電氣發(fā)展潮流，用PLC和觸模屏控制系統(tǒng)替代原有的電氣控制系統(tǒng)，經(jīng)過反復試驗及推廣應用，取得了良好的使用效果，深得用戶滿意。

1．脈動真空滅菌器的基本特點

脈動真空滅菌器是采用飽和蒸汽滅菌的設備。所謂脈動真空，就是首先將滅菌器夾套進蒸汽至額定壓力，然后用真空泵將滅菌器內(nèi)室抽到一個較高的真空度（脈動下限），再充蒸汽到設定正壓（脈動上限），如此一負一正的過程即為一次脈動循環(huán)。經(jīng)過幾次脈動后，基本抽盡器體內(nèi)的冷空氣，接著進飽和蒸汽達到不同滅菌物品對應的滅菌溫度，開始累計滅菌計時，計時結(jié)束后，抽真空干燥，使滅菌物品達到較好的干燥度，滅菌后可直接使用。從而達到很好的滅菌效果，符合藥品生產(chǎn)GMP規(guī)范。

2．控制系統(tǒng)

2.1 控制部分的硬件構(gòu)成

根據(jù)脈動真空滅菌器的控制要求，控制系統(tǒng)采用日本三菱公司的FX2N-16M可編程、F940GOT-LWD觸摸屏、FX2N-2AD模擬量輸入單元、FX0N-8EYR輸出擴展模塊。外圍設備有SP-E4004迅普微型打印機，水環(huán)式真空泵，德國寶得公司的氣動角座閥及壓力變送器、一體式溫度變送器、門電機等。

控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下：

主要元件功能：

1）主機FX2N-16MR可編程序控制器是三菱公司FX系列的最高產(chǎn)品。內(nèi)置8K步的RAM存儲器，輔助繼電器3072點，8000點數(shù)據(jù)寄存器，100ms、10ms、1ms等256點定時器，256點計數(shù)器?；局噶?7種，應用指令128種。運算處理速度：本指令0.08μs/指令，應用指令1.52～數(shù)100μs/指令。

2）FX2N-2AD模擬量輸入單元，可以輸入兩路模擬量信號，接受4～20mA電流信號或0～10V電壓信號。

3）F940GOT-LWD為6吋單色觸摸屏，功能強大，操作簡單。

顯示功能：最多可顯示500個用戶制作畫面。除了顯示英文、漢字、數(shù)字等外，還能顯示直線、圓、四邊形等簡單圖形。

監(jiān)示功能：可用數(shù)值或條形圖監(jiān)示并顯示可編程序控制器子元件的設定值或現(xiàn)在值。

程序清單：可在指令清單程序方式下進行程序的讀出/寫入/監(jiān)示。

數(shù)據(jù)采樣功能：在特定周期或起動條件成立時收集指定數(shù)據(jù)寄存器的當前值，用清單形式或圖表形式顯示、打印采樣數(shù)據(jù)。

報警功能：可使最多256點的可編程序控制器的連續(xù)元件與報警信息對應。

4）FX0N-8EYR為8點繼電器輸出擴展模塊。

5）D50-BGD開關(guān)電源為觸摸屏提供24V、打印機提供5V電源。

2.2 控制系統(tǒng)的應用軟件

可編程序控制器的編程軟件為SWOPC-FXGP/WIN-C，是一個應用于FX系列可編程控制器的編程軟件，可在WINDOWS接口下運行?？捎秒A梯圖、程序語句來創(chuàng)建順控指令程序，建立注釋數(shù)據(jù)及設置寄存器數(shù)據(jù)；該程序可在串行系統(tǒng)中與可編程序控制器進行通迅、文件傳送、操作監(jiān)控以及各種測試功能。

觸摸屏的編寫軟件為FX-PCS-DU/WIN-C，具有字串庫、圖形庫、數(shù)據(jù)文件、系統(tǒng)設定、項目檢查、蜂鳴器等功能?？山o畫面15級加密，讓不同級別的操作者擁有不同權(quán)限。

2.3 主要程序編程原理結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

3．控制程序

為了適應用戶的多種需要，設置了四種工作程序：織物滅菌程序；器械滅菌程序；液體滅菌程序；B－D試驗程序。

3.1 織物滅菌程序

織物滅菌程序適宜用于紡織品、布類、手術(shù)包、衛(wèi)生敷料的消毒滅菌。出廠設定參數(shù)為脈動3次、滅菌溫度134℃。程序運行過程：脈動—升溫—滅菌—排汽—干燥—回氣—結(jié)束。

3.2 器械滅菌程序

器械滅菌程序適用于金屬類手術(shù)器械、工器具、無菌器皿等物品的滅菌。出廠設定參數(shù)為脈動2次、滅菌溫度126℃。

3.3 液體滅菌程序

為防止在高溫下因液體沸騰而產(chǎn)生濺溢，液體滅菌程序特地采取了滅菌后緩慢排汽的技術(shù)措施，特別適用于非密封裝載的醫(yī)用液體消毒滅菌。出廠設定參數(shù)為脈動1次、滅菌溫度121℃。

在液體滅菌程序中特設溫度時間控制/F0值控制供用戶選擇。

F0值是將被滅菌物品不同受熱溫度折算到與濕熱121℃滅菌時熱效力相當?shù)臏缇鷷r間。F0值的計算對驗證滅菌效果極為有用。在程序中設計每6秒采樣一次，滅菌溫度數(shù)據(jù)進行浮點運算，計算出F0值。

3.4 B－D試驗程序

B－D試驗是為檢驗本設備滅菌效果而設置的程序。固定參數(shù)為滅菌溫度135℃，滅菌3.5分鐘。用于判斷滅菌運行是否正常，是否能進行徹底的滅菌。

3.5 其它功能

1）手動操作畫面：系統(tǒng)為了安裝、調(diào)試及維護的需要特設置了手動操作畫面，對應每個執(zhí)行元件均有一按鍵交替控制，即按一下啟動，再按則停止，且對應指示燈顯示。

2）幫助菜單：在系統(tǒng)畫面中除了產(chǎn)品簡介外，更添加了詳細的操作說明及故障處理介紹，讓用戶直接面對觸摸屏即可對產(chǎn)品有一個全面的了解。

3）數(shù)據(jù)打?。簻缇戤吅?，可以打印滅菌溫度、滅菌壓力、F0值等參數(shù)。

4．系統(tǒng)改進后的優(yōu)點

1）本控制系統(tǒng)將設備的整個工藝流程圖顯示在屏幕上，每個執(zhí)行元件都有對應指示，接口直觀明了、不易出錯；

2）可在線修改參數(shù)、程序，維護方便；

3）設有幫助菜單，使得后續(xù)操作培訓更為輕松；

4）控制電路簡潔明了，增強了可靠性。

5）系統(tǒng)有很高的穩(wěn)定性和抗干擾能力。