上海申安医疗器械厂  LDZX-50KBS 压力蒸汽灭菌器
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高压蒸汽脉动真空灭菌器工作原理与常见故障的排除

[导读]阐述了高压蒸汽脉动真空灭菌器核心部件 PLC 的工作原理, 并介绍了脉动真空灭菌器在工作当中出现的一些常见故 障的排除。

高压蒸汽脉动真空灭菌器, 采用西门子 (SIEMENS) 公司的 SIMATIC S7- 200 可编程序控制器(Programmable Logic Controller,PLC)对整个设备的工作流程进行 程序控制,S7- 200 的可靠性高, 可用梯形图、语句表和功能块 图三种语言来编程, 内置高速计数器、高速输出、 PID(比例、微 分、积分)控制器、 RS- 485 通信/编程接口、 PPI( 点对点接口) 通讯协议、 MPI (多点接口) 通讯协议和自由端口模式通信功 能, 最大可以扩展到 248 点数字量 I/O 或者 35 路模拟量 I/O, 最多有 30 多 KB 程序和数据存储空间。 

1 工作原理 S7- 200 PLC 内部由三部分组成: 即电源模块;I/O 接口模 块; 微处理器(Micro Processor Unit,MPU)模块。 电源模块的作用是提供给 I/O 接口模块和 MPU 模块所 需要的工作电压。 I/O 接口模块主要实现以下功能: ①从电源模块提供的 24VDC 电压经过前门开关 I0.0 控制整个灭菌器的初始状态, 当 灭菌器门紧闭时 I/O 接口模块输入端接收到高电平, 向 MPU 模块发出指令, 表示灭菌器进入准备工作状态。②MPU 模块 根据用户设定的参数按照预先写入的程序, 在灭菌器工作的 各 个 程 序 阶 段 向 I/O 接 口 模 块 发 出 各 种 指 令 , 输 入 到 ULN2003A(七单元达林顿驱动集成块), 其输出端接到 OMRON(欧姆龙)G6D 24VDC 继电器上。通过继电器的开/闭来控 制灭菌器管道上 220V 电磁阀和真空泵启动器的启动和停止。 ③I/O 接口模块上的 RS- 485 通信/编程接口可以和触摸屏进行双向的数据通信, 用户通过触摸屏的操作将指令通过 RS485 通信/编程接口传输到 MPU 模块,MPU 模块再根据用户 的需求完成对灭菌器各个电磁阀和真空泵的程序控制。同时 MPU 模块将采集到的实时温度和压力参数以及各个电磁阀 和真空泵的工作状态通过 RS- 485 通信/编程接口传输到触摸 屏供用户实时监控灭菌器的运行状态。另外, 在运行 Windows 操作系统的个人计算机 (PC) 上安装了 STEP 7- Micro/WIN 编程软件后, 在 PC 机的 COM 口上使用 RS- 232C 转 RS485 PPI 电缆直接和 PLC 进行通信和编程。 MPU 模块的作用主要进行读取输入状态, 执行用户程 序, 和外部设备进行通信处理,MPU 的自检诊断测试, 改写输 出状态, 执行中断程序, 立即执行 I/O 处理等。在 MPU 模块上 有一个模式选择开关, 显示 PLC 的工作模式, 即 RUN(运行) 模式、 TERM(终端)模式、 STOP(停止)模式。在 RUN 模式, 通 过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。在 STOP 模式,CPU 不执行用户程序, 可以用编程软件创建和编辑用户 程序, 设置 PLC 的硬件功能, 并将用户程序和硬件设置信息下 载到 PLC。MPU 模块上的模式开关在 STOP 或 TERM 位置 时, 电源通电后 MPU 自动进入 STOP 模式, 将停止用户程序 的运行; 在 RUN 位置时, 电源通电后 MPU 自动进入 RUN 模式, 将启动用户程序的运行。在 MPU 模块中还包含 PID 控 制器。首先由压力送变器和温度送变器将采集到的压力和温 度这两个线性变化的模拟参数转换成标准量程的 4mA~20mA 电流信号, 经过 PLC 的扩展模块 EM 235(模拟量输入/输出模 块) 进行 A/D 转换后得到与压力和温度成正比的两组数字信号, 再传输到 MPU 模块的 PID 控制器,PID 控制器按照程序 设计的算法对误差值进行运算, 将压力和温度值的运算结果 (数字量)送给模拟量输出模块, 经 D/A 转换后变成电流或电 压信号, 输送到 I/O 接口模块, 控制继电器的开/闭, 最终达到 控制管道内电磁阀和泵启动器的目的。 

2 故障现象分析与检修 

故障现象 1 开机触摸屏显示一瞬间, 马上烧保险。 分析与检修 从触摸屏背面取下保险管, 发现管壁已经发黑, 根据多年的维修经验, 应该是存在严重的短路现象, 而且故障 应该就在强电部分。接通 220V 电压的部件主要有管道电磁 阀、泵启动器、 PLC 的电源模块、直流电源模块, 该模块输入 220VAC, 输出 24VDC 给压力送变器、温度送变器、触摸屏供电。 5VDC 给微型打印机供电。本着先易后难的原则逐步缩小故障 范围。首先开机触摸屏有一瞬间能显示 PLC 的自检测试程序, 证明直流电源模块没有问题, 否则触摸屏根本无法点亮。同样 PLC 的电源模块也没有问题, 否则也不能正常供给 MPU 模块 电压显示自检测试程序。进一步证明, 将 220VAC 接入 PLC 的 N 和 L1 接线端,PLC 的 RUN 指示灯亮。说明 PLC 是好的。检 查泵启动器, 线圈没有短路。最后只剩 7 个管道电磁阀了, 快 速检查的方法是: 用万用表电阻挡在 PLC 的输出端和 220VAC 的零线端测各个电磁阀的电阻值, 发现快排阀(F4)短路, 进一 步检查, 该阀线圈没有短路, 而是在电磁阀的输入端短路, 该 阀为德国进口, 在电磁阀的 220VAC 输入端并联接有一只压敏 电阻和由四只二极管组成的桥堆, 由于电压偏高的缘故击穿 压敏电阻, 导致该电磁阀输入端短路, 更换一只耐压在 300VAC 左右的压敏电阻后, 开机正常。

故障现象 2 灭菌器进入升温状态时压力和温度参数呈非线性 变化。压力高温度低, 无法进入0.21MPa、 134℃的灭菌程序。 分析与检修 这是灭菌器常见的故障之一, 主要和蒸汽质量的 供应不稳定有关。灭菌器正常工作时必需要使用饱和蒸汽, 但 由于蒸汽通过长距离管道的传输, 如果包裹管道的保温棉破 损, 就会使得管道内蒸汽有少部分在传输过程中遇冷凝结成 水, 如果蒸汽的水分过多, 就会严重影响物品的灭菌效果, 导 致物品出现“湿包”现象。另外, 如果蒸汽内水分超过 3%, 也会 出现压力正常温度偏低的问题。处理的方法是调节排气电磁 阀下面的疏水阀。用短的一字螺丝刀顺时针调节疏水阀底部 的螺丝, 一次调 1/4 圈。调松疏水阀内部的金属片, 由于冷凝水 一般会沉积在灭菌室的下部, 因此可以让蒸汽把水分排出灭 菌器。观察温度是否回升, 如果是温度升的过快而压力在往下 掉, 则说明疏水阀调节过松, 导致灭菌室内的大量蒸汽外泄。 这是就需要逆时针调紧一点。如此反复调整, 直到观察到压力 和温度参数呈线性变化为止。 

故障现象 3 开机抽第一次抽真空时工作正常, 在进蒸汽到 4kPa时压力无法再升高, 观察排泄口有大量蒸汽溢出。

分析与检修 从故障现象看肯定是排气管道部分出现漏汽现 象。灭菌器的排气管道有两路组成。一路由快排阀(F4)和单向 阀组成。一路由慢排阀(F2)和单向阀组成。在灭菌室进汽阀 (F1)打开由夹层往灭菌室进汽时, 两只单向阀处于打开状态, 而两只排汽阀处于关闭状态。检查这两只电磁阀, 发现快排阀 (F4)的橡胶密封垫老化穿孔, 导致蒸汽大量泄漏。由于该阀为 德国进口, 国内没有配件可换, 只有拆卸管道更换相同管径的 电磁阀。后来慢排阀(F2)也出现同样的故障而更换掉。建议采 用国产活塞一体式电磁阀。这种电磁阀的优点是线圈大; 吸力 强; 阀体内口径大; 抽真空速度和排汽速度快; 密封性能好。

 故障现象 4 开机灭菌室抽真空排汽时无法达到- 80kPa, 真空 泵持续工作。 分析与检修 首先检查是否打开进水阀门, 如果没有, 真空泵则 处于干抽状态, 负压也不会达到设定值。排除上述原因后说明灭 菌器的灭菌室存在漏汽现象, 造成漏气的原因主要有以下几个 方面: ①灭菌器门封胶因为橡胶老化或者有污渍导致无法和门 边贴紧造成轻微的漏气。②由于灭菌室进汽阀(F1)自身的漏汽, 导致灭菌器夹层的蒸汽不断涌入灭菌室, 当进汽的速度等于抽 真空排汽的速度时, 负压也达不到设定值, 可以通过观察排汽口 有无蒸汽溢出来判断灭菌室进汽阀(F1)是否出故障。③灭菌器 手动门上的压力连锁开关内的硅胶密封垫如果老化开裂也会存 在漏气现象。④排汽管道上的两个单向阀有漏汽现象。在本例故 障中, 应重点检查单向阀, 用扳手拧开上盖, 用小扳手拧开侧面 的小螺丝, 用工具把挡板栓取出, 再取出挡板, 发现上面的硅胶 密封垫不见。重新制作一个硅胶密封垫, 用螺母加金属垫片拧 紧。照原样安装好。先做灭菌室密封试验。进入操作程序, 再次 进入手动操作, 在触摸屏上依次打开 F2、 F7、 B 开始抽真空, 当 负压达到- 80kPa时, 关闭 F2、 F7、 B。等待 10 分钟左右, 进行保 压测试, 如果负压无明显变化, 则证明灭菌室没有漏气现象。但, 还是要建议做一次 B- D 试验, 观察 B- D 测试试纸有没有残留 冷气团或者变色不均匀现象。如果没有, 则可以正常使用灭菌器 进行物品灭菌处理了。



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