Development of Experimental Setup to Investigate the Control System for Infusion Solutions Dosing Process

Abstract

Викладено результати розроблення експериментальної установки для дослідження системи керування дозуванням розчинів на основі вагового методу дозування. За результатами аналізу процесу дозування встановлено, що в системах дозування матеріалів або розчинів критичними параметрами є швидкодія контролера та час його комунікації із периферійними пристроями. Одночасно потрібно забезпечити можливість реалізації необхідних алгоритмів керування, а також диспетчеризації процесу. Враховуючи ці критерії, автори вибрали програмований логічний контролер (ПЛК) та розробили експериментальну установку для дослідження системи керування дозуванням розчинів. Установка дає змогу дослідити різні структури системи керування та їхні динамічні характеристики залежно від характеристик програмованого логічного контролера та вагових модулів. За результатами аналізу технічних характеристик контролерів відомих виробників Siemens, Rockwell Automation та Mitsubishi Electric для реалізації експериментальної установки вибрано контролер компанії Siemens CPU 1215C DC/DC/DC, віддалену станцію введення / виведення типу ET-200SP та ваговий модуль SIWAREX WP321. Виконано експериментальні дослідження вибраного програмованого логічного контролера та системи керування процесом дозування. За результатами експериментальних досліджень підтверджено, що із застосуванням контролера CPU 1215C DC/DC/DC можна досягти такої самої швидкодії та продуктивності лінії дозування, як за допомогою систем керування на основі однокристальних процесорів, із одночасним істотним розширенням функційних можливостей системи. Також удосконалено алгоритм керування дозуванням інфузійних розчинів, із метою його адаптації до керування процесом дозування розчинів різної в’язкості у флакони різної ємкості. Оцінено ефективність системи керування на основі ПЛК, яка входить до складу експериментальної установки, зокрема оцінено час циклу виконання розробленого алгоритму. За результатами оцінювання тривалості циклу програми контролера зроблено висновок про те, що застосування розробленої системи керування у складі лінії дозування інфузійних розчинів типу WDM 8002 дасть змогу досягти необхідної продуктивності лінії та інтегрувати систему керування до рівнів керування процесом та виробництвом.

The paper presents the results on developing an experimental setup for the research into the control system for the solution dosing process based on the weighing method of dosing. According to the results of the dosing process analysis, in the dosing systems of materials or solutions, the critical parameter is the speed of the controller and the time of its communication with peripheral devices. At the same time, it is necessary to ensure the possibility of implementing the necessary control algorithms, as well as supervision of the process. Taking into account these criteria, the authors selected a programmable logic controller (PLC) and developed a pilot plant for the study of the solution dosing process control system. The experimental setup makes it possible to study various control system structures and their dynamic characteristics depending on the characteristics of the programmable logic controller and weighing modules. According to the analysis of the technical characteristics of controllers from well-known manufacturers Siemens, Rockwell Automation and Mitsubishi Electric, the Siemens CPU 1215C DC/DC/DC controller with ET-200SP remote input/output station and SIWAREX WP321 weighing module were selected for the implementation of the experimental setup. Research on the selected programmable logic controller and the dosing process control system was performed. The results of research confirmed that using CPU 1215C DC/DC/DC controller, it is possible to achieve the same speed and productivity of the dosing line as when using control systems based on single-chip processors, while significantly expanding the functional capabilities of the system. The algorithm for controlling the process of dosing the infusion solutions was also improved in order to adapt it to controlling the process of dosing the solutions of different viscosities into bottles of different capacities. The effectiveness of the control system based on the PLC, which is part of the experimental setup, was assessed, in particular, the cycle time of the developed algorithm was estimated. Based on the results of evaluating the duration of the controller program cycle, it was concluded that the use of the developed control system as part of the WDM 8002 type infusion solution dosing line will make it possible to achieve the required line productivity and integrate the control system into the process and production control levels.