基于PLC和触模屏实现脉动真空灭菌器控制系统的设计

脉动真空灭菌是国内九十年代中期发展的一种新型灭菌设备，由于采用了脉动真空技术，灭菌效果好，广泛应用于医院供应室、手术室、制药厂及科研部门。基于PLC的控制系统具有运行可靠、操作简单、维护简便等特点，随着触摸屏的推广应用，使得其接口越来越人性化和个性化，逐渐成为医疗器械行业灭菌器的主流产品。

湖南某医疗器械公司顺应世界电气发展潮流，用PLC和触模屏控制系统替代原有的电气控制系统，经过反复试验及推广应用，取得了良好的使用效果，深得用户满意。

1．脉动真空灭菌器的基本特点

脉动真空灭菌器是采用饱和蒸汽灭菌的设备。所谓脉动真空，就是首先将灭菌器夹套进蒸汽至额定压力，然后用真空泵将灭菌器内室抽到一个较高的真空度（脉动下限），再充蒸汽到设定正压（脉动上限），如此一负一正的过程即为一次脉动循环。经过几次脉动后，基本抽尽器体内的冷空气，接着进饱和蒸汽达到不同灭菌物品对应的灭菌温度，开始累计灭菌计时，计时结束后，抽真空干燥，使灭菌物品达到较好的干燥度，灭菌后可直接使用。从而达到很好的灭菌效果，符合药品生产GMP规范。

2．控制系统

2.1 控制部分的硬件构成

根据脉动真空灭菌器的控制要求，控制系统采用日本三菱公司的FX2N-16M可编程、F940GOT-LWD触摸屏、FX2N-2AD模拟量输入单元、FX0N-8EYR输出扩展模块。外围设备有SP-E4004迅普微型打印机，水环式真空泵，德国宝得公司的气动角座阀及压力变送器、一体式温度变送器、门电机等。

控制系统结构示意图如下：

主要元件功能：

1）主机FX2N-16MR可编程序控制器是三菱公司FX系列的最高产品。内置8K步的RAM存储器，辅助继电器3072点，8000点数据寄存器，100ms、10ms、1ms等256点定时器，256点计数器。基本指令27种，应用指令128种。运算处理速度：本指令0.08μs/指令，应用指令1.52～数100μs/指令。

2）FX2N-2AD模拟量输入单元，可以输入两路模拟量信号，接受4～20mA电流信号或0～10V电压信号。

3）F940GOT-LWD为6吋单色触摸屏，功能强大，操作简单。

显示功能：最多可显示500个用户制作画面。除了显示英文、汉字、数字等外，还能显示直线、圆、四边形等简单图形。

监示功能：可用数值或条形图监示并显示可编程序控制器子元件的设定值或现在值。

程序清单：可在指令清单程序方式下进行程序的读出/写入/监示。

数据采样功能：在特定周期或起动条件成立时收集指定数据寄存器的当前值，用清单形式或图表形式显示、打印采样数据。

报警功能：可使最多256点的可编程序控制器的连续元件与报警信息对应。

4）FX0N-8EYR为8点继电器输出扩展模块。

5）D50-BGD开关电源为触摸屏提供24V、打印机提供5V电源。

2.2 控制系统的应用软件

可编程序控制器的编程软件为SWOPC-FXGP/WIN-C，是一个应用于FX系列可编程控制器的编程软件，可在WINDOWS接口下运行。可用阶梯图、程序语句来创建顺控指令程序，建立注释数据及设置寄存器数据；该程序可在串行系统中与可编程序控制器进行通迅、文件传送、操作监控以及各种测试功能。

触摸屏的编写软件为FX-PCS-DU/WIN-C，具有字串库、图形库、数据文件、系统设定、项目检查、蜂鸣器等功能。可给画面15级加密，让不同级别的操作者拥有不同权限。

2.3 主要程序编程原理结构框图如图2所示。

3．控制程序

为了适应用户的多种需要，设置了四种工作程序：织物灭菌程序；器械灭菌程序；液体灭菌程序；B－D试验程序。

3.1 织物灭菌程序

织物灭菌程序适宜用于纺织品、布类、手术包、卫生敷料的消毒灭菌。出厂设定参数为脉动3次、灭菌温度134℃。程序运行过程：脉动—升温—灭菌—排汽—干燥—回气—结束。

3.2 器械灭菌程序

器械灭菌程序适用于金属类手术器械、工器具、无菌器皿等物品的灭菌。出厂设定参数为脉动2次、灭菌温度126℃。

3.3 液体灭菌程序

为防止在高温下因液体沸腾而产生溅溢，液体灭菌程序特地采取了灭菌后缓慢排汽的技术措施，特别适用于非密封装载的医用液体消毒灭菌。出厂设定参数为脉动1次、灭菌温度121℃。

在液体灭菌程序中特设温度时间控制/F0值控制供用户选择。

F0值是将被灭菌物品不同受热温度折算到与湿热121℃灭菌时热效力相当的灭菌时间。F0值的计算对验证灭菌效果极为有用。在程序中设计每6秒采样一次，灭菌温度数据进行浮点运算，计算出F0值。

3.4 B－D试验程序

B－D试验是为检验本设备灭菌效果而设置的程序。固定参数为灭菌温度135℃，灭菌3.5分钟。用于判断灭菌运行是否正常，是否能进行彻底的灭菌。

3.5 其它功能

1）手动操作画面：系统为了安装、调试及维护的需要特设置了手动操作画面，对应每个执行元件均有一按键交替控制，即按一下启动，再按则停止，且对应指示灯显示。

2）帮助菜单：在系统画面中除了产品简介外，更添加了详细的操作说明及故障处理介绍，让用户直接面对触摸屏即可对产品有一个全面的了解。

3）数据打印：灭菌完毕后，可以打印灭菌温度、灭菌压力、F0值等参数。

4．系统改进后的优点

1）本控制系统将设备的整个工艺流程图显示在屏幕上，每个执行元件都有对应指示，接口直观明了、不易出错；

2）可在线修改参数、程序，维护方便；

3）设有帮助菜单，使得后续操作培训更为轻松；

4）控制电路简洁明了，增强了可靠性。

5）系统有很高的稳定性和抗干扰能力。