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化纤    
2023年04月01日

冷冻干燥过程计算机监控系统

1 引言 冷冻干燥是将含水物质先冻结成固态,然后使其中水分从固态升华成气态,以除去水分而保存物质的方法。由于这种干燥方法具有许多优点,因此在生物制品、药品的保存等方面具有重要的意义和广阔的应用前景。 冻干过程的原理是以水的三相平衡图为基础的,如图1—1所示。纯水的三相平衡压力P0=610.5Pa,温度T0=0.0098℃。当压力低于P0时,水就从固态直接转化为气态 ,冻干的基本原理就是AB线上的汽固转化过程。真空冷冻干燥过程一般分为预冻结、升华干燥、解析干燥3个阶段。冷冻干燥在冷冻干燥设备(简称冻干机)中实现。冻干机的结构形式多种多样,但一般包含冻干仓、制冷系统、真空系统、加热系统、水汽凝结器(也称冷阱)、自动加塞系统 、自动清洗弧形材系统、控制系统等几个部分。

2 系统分析与硬件设计2.1 冷冻干燥过程对控制系统的要求 控制系统要求采用手动和自动两种方式实现对6m2冻干仓的冻干机进行整个冻干过程及自动加塞、自动清洗的控制。具体要求是:(1)能够将冻干曲线数值存储在磁盘中,并能在计算机屏幕上进行实时显示和历史数据显示,且支持即时打印。这些曲宠物狗线包括:A:物料温度曲线;B:板层温度曲线;C:水汽凝结器曲线;D:真空度曲线;(2)控制系统的测量误差:温度±1.0℃,真空度±10Pa,产品最终含水量±1%;(3)该系统能根据不同的产品设定或修改药品冻干曲线,在冻干过程中通过调节加热板的温度、供热量、箱体真空度 、水汽凝结器的温度使物料跟踪设定曲线;(4)对水汽凝结器的温度进行设定,通过控制制冷机能量调节器来跟踪设定温度;(5)对箱体内真空度能够设定,并通过微动阀来调节所要求的真空度;(6)故障报警及处理,包括真空机组启动压力,冻干过程中真空度超过设定PBT塑料家具值的报警和有关数据显示;(7)药品的自动加塞:在药品和生物制品出箱前进行自动加塞密封处理,发泄球保证产品的洁净和冷冻状态,提高冻干制品的质量;(8)前后批量生产之间的消毒:为了防止交叉污染,在两批量生产之间进行在位自动消毒,要求达到GMP标准。2.2 监控系统的总体方案 监控系统的设计目标是在保证冻干过程高效可靠运行的前提下,兼顾操作的方便性和构成的经济性。可靠性需要控制系统同时提供手动控制和自动控制两种方式,方便性体现控制流程的简单明确和人机交互界面的简洁友好。所以,整套系统采用集中控制方式,如图2—1所示。

2.3 监控系统的硬件构成 冷冻干燥过程需要检测的参数主要是温度和压力,其中温度又分为高温和低温,因此该监控系统采用如下几种传感器:热电偶、热电阻、数字式电阻真空计。上位机选用一般商用PC机,在监控系统中上位机不直接与现场设备及仪改变疲劳实验机常见的故障问题有哪些呢?很多用户会碰到这样1个常见的问题表打交道,而是通过串行通信端口攀爬钻 ,使用RS-232C协议与下位机进行通信连接,因此普通商用机的可靠性足以满足系统要求。下位机选用三菱公司PLC的FX2N-48MR型。其输出直接控美国化学理事会(ACC)塑料分会新发布的车用塑料计划蓝图称制执行机构,如电动阀、汽动蝶阀等,起到可编程继电器的作用。PLC的输入由计算机控制,以实现手动、自动两种方式控制。监控系统的其它设备和器件有:(1)控制柜,包括手动按钮开关、冻干过程状态指示灯、现场设备的运行状态指示灯等;(2)动力柜,包括控制电机与手动阀门启停的按钮开关和继电器组成的控制柜;(3)打印机,完成数据报表等的实时打印与历史数据的打印;(4)执行机构,包括各种电机、电动阀和气动蝶阀等。所有执行机构均具有相应的手动开关 ,当控制系统出现故障时,可用手动方式单独开、关任何一个阀门或电机;(5)补偿导线,用于热电偶的冷端补偿。3 监控软件的编制3.1 软件设计方案 监控系统要完成的工作可分为:(1)数据实时采集、处理、显示、存储;(2)冻干过程各阶段的运行状态、各阀门的开关状态(包括少数电磁阀的正反转状态)及报警信号指示,所有信号由控制柜的面板指标灯显示;(3)冻干工艺参数传送与紧急情况处理时有关命令传

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