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1、真空冷凍干燥的原理與組成
    真空冷凍干燥的基本原理是基于水的三態(tài)變化。就是把含有大量水份物質(zhì)，預(yù)先進(jìn)行降溫凍結(jié)成固體，然后在一定真空條件下使水蒸汽直接從固體中升華出來(lái)，而物質(zhì)本身剩留在凍結(jié)時(shí)的冰架中，因此它干燥后體積不變、疏松多孔冰在升華時(shí)要吸收熱量，引起產(chǎn)品本身溫度下降而減慢升華速度，為了增加升華速度，縮短干燥時(shí)間，必須要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)加熱。整個(gè)干燥過(guò)程是在較低溫度下進(jìn)行的。凍干制品成海綿狀、無(wú)干縮、復(fù)水性極好、含水分極少，相應(yīng)包裝后可在常溫下長(zhǎng)時(shí)間保存和運(yùn)輸。
    冷凍干燥機(jī)系由制冷系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、電器儀表控制系統(tǒng)所組成。主要部件為干燥箱、凝結(jié)器、冷凍機(jī)組、真空泵、加熱/冷卻裝置等。
2、計(jì)算機(jī)可編程控制器的主要功能
    可編程序控制器是采用微電子技術(shù)來(lái)完成順序控制功能的自動(dòng)化設(shè)備，可以在現(xiàn)場(chǎng)的輸入信號(hào)作用下，按照預(yù)先輸入的程序、控制現(xiàn)場(chǎng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按照一定規(guī)律進(jìn)行動(dòng)作。
    在PLC的程序中編有許多自成模塊的子程序，主程序的主要功能是協(xié)調(diào)這些子程序的工作，這使整個(gè)程序大而不散，調(diào)試方便。此系統(tǒng)需要對(duì)溫度、真空度、壓力和時(shí)間進(jìn)行控制。PLC技術(shù)存儲(chǔ)自動(dòng)凍干工藝程序，并將自動(dòng)凍干工藝程序解釋為PLC可以接受的指令數(shù)據(jù)，然后傳送給PLC;從PLC中讀取凍干過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)（開(kāi)關(guān)量，模擬量），生成曲線(xiàn)、報(bào)表和事件故障信息，然后存盤(pán)、打印；根據(jù)所讀取的數(shù)據(jù)修正指令數(shù)據(jù)。數(shù)碼顯示器由動(dòng)態(tài)輸出單元的另一個(gè)通道驅(qū)動(dòng)，可顯示溫度、壓力、真空、時(shí)間的設(shè)定值和當(dāng)前值，并顯示一些主要事件或故障的簡(jiǎn)單信息。
    3技術(shù)要點(diǎn)
    3.1凍干箱的壓力不低于10Pa，就證明大蝶閥的泄漏率符合要求。
    32板層降溫速率從20℃降到-40℃不大于60min為正常。最低溫度是-50℃，實(shí)測(cè)是40min降至_5l℃。
    3.3冷凝器降溫速率從20℃降到-40℃不大于30nun為正常。最低溫度是-70℃，實(shí)測(cè)是20min降至_76℃。
    34抽氣速率從常壓抽到l0Pa時(shí)間小于30min為正常。極限真空度為≤lPa。實(shí)測(cè)是26min降至0.8Pa。
    3.5板層升溫速率應(yīng)是lC/min。最高溫度是70℃。實(shí)測(cè)是1℃/min最高溫度是70℃。
    3.6捕水量一力口人量一多余量。
    3.7斷水保護(hù)：水壓力《O.lMpa將報(bào)警，凡用水冷卻的設(shè)備不能工作。
    3.8斷氣保護(hù)：空氣壓力<0.4Mpa將報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)程序不被執(zhí)行。
    3.9真空保護(hù)：真空度設(shè)定為l10～30Pa(可自己設(shè)定)，當(dāng)真空度超出范圍時(shí)將報(bào)警。
    3.10超溫保護(hù)：導(dǎo)熱油最高溫度設(shè)定為70qC(可自己設(shè)定)，當(dāng)超過(guò)此溫度時(shí)，電加熱會(huì)自動(dòng)停止加熱。
4、總體設(shè)計(jì)
    制品的預(yù)凍：制品放入干燥箱內(nèi)，制冷系統(tǒng)對(duì)板層進(jìn)行制冷，板層向制品吸收熱量，從而對(duì)制品進(jìn)行凍結(jié)，即制品從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)。此階段要求凍結(jié)至制品共晶點(diǎn)（溶液全部凝結(jié)的溫度）以下，并保持一段時(shí)間(一般為2小時(shí)左右)，以確保使制品全部?jī)鼋Y(jié)。對(duì)板層制冷后，對(duì)后箱冷凝器進(jìn)行制冷，溫度一般降至-50C(可根據(jù)具體工藝而定)以下。
    系統(tǒng)抽真空：制品凍結(jié)后對(duì)干燥箱、冷凝器進(jìn)行抽真空，一般抽至2.6Pa(可根據(jù)不同制品的特點(diǎn)而定)對(duì)制品進(jìn)行升華干燥。
    升華階段（一次干燥）：處于共晶點(diǎn)以下的制品，其水分在真空作用下大量升華，板層向制品提供能量（即電加熱對(duì)板層進(jìn)行加熱），同時(shí)箱內(nèi)要保持適當(dāng)?shù)恼婵斩龋�冷凝器將升華出的水分凝結(jié)（捕集）。
    二次干燥：制品的水分大部分升華（可從電腦上的溫度曲線(xiàn)確定）后，產(chǎn)品進(jìn)入二次干燥階段。這一階段是為了除去制品中的殘留水分，以延長(zhǎng)其保存性。其特陛是制品溫度提高，箱內(nèi)真空度升高，冷凝器溫度下降。當(dāng)制品的含水量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，二次干燥即可結(jié)束，周期完成。含水量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，可以從溫度曲線(xiàn)上確定。
  進(jìn)入“冷凍干燥菜單”后，選擇“自動(dòng)冷凍干燥”進(jìn)入“自動(dòng)參數(shù)選擇畫(huà)面”，在該畫(huà)面中選取相應(yīng)的組號(hào)。若無(wú)問(wèn)題點(diǎn)擊“啟動(dòng)”鍵，進(jìn)行自動(dòng)凍干操作。
    自動(dòng)程序啟動(dòng)后進(jìn)行10秒鐘報(bào)警判斷后，循環(huán)泵啟動(dòng)，5秒后壓縮機(jī)1啟動(dòng)，3秒后板冷閥1打開(kāi)，5秒后壓縮機(jī)2啟動(dòng)，3秒后板冷閥2打開(kāi)。進(jìn)入前箱預(yù)冷階段。
    前箱預(yù)冷：先進(jìn)行溫度判斷若溫度低于設(shè)定值且時(shí)間未到則進(jìn)行如下連鎖：打開(kāi)冷凝器閥1、關(guān)閉板冷閥1，比較設(shè)定偏差值且，若大于上偏差打開(kāi)板冷閥1，關(guān)閉冷凝器閥1。同時(shí)進(jìn)行溫度判斷若小于等于設(shè)定值打開(kāi)冷凝器閥1關(guān)閉板冷閥l。若小于下偏差打開(kāi)冷凝器閥2關(guān)閉板冷閥2,同時(shí)進(jìn)行溫度判斷若大于、等于設(shè)定值打開(kāi)板冷閥2關(guān)閉閉冷凝器閥2預(yù)冷時(shí)間到后即進(jìn)入前箱保溫階段。若預(yù)冷時(shí)間到后溫度并沒(méi)有達(dá)到要求將進(jìn)入前箱預(yù)冷報(bào)警階段。
    前箱預(yù)冷報(bào)警：報(bào)警時(shí)間未到，溫度小于、等于設(shè)定溫度即進(jìn)入前箱保溫階段。若預(yù)冷時(shí)間到后溫度并沒(méi)有達(dá)到要求，將聲光報(bào)警提示。
    前箱保溫：在保溫時(shí)間內(nèi)進(jìn)行如下連鎖：打開(kāi)冷凝器閥1,關(guān)閉冷凝器閥l，比較設(shè)定偏差值，若大于上偏差打開(kāi)板冷閥1關(guān)閉冷凝閥1，同時(shí)進(jìn)行溫度判斷。若小于、等于設(shè)定值打開(kāi)冷凝器1關(guān)閉板冷閥1；若小于下偏差打開(kāi)冷凝器閥2關(guān)閉閉板冷閥2,同時(shí)進(jìn)行溫度判斷若大于、等于設(shè)定值打開(kāi)板冷閥2關(guān)閉冷凝器閥2保溫時(shí)間到，進(jìn)入后箱預(yù)冷階段。
    后箱預(yù)冷：打開(kāi)冷凝器1.2關(guān)閉板冷閥l、2。進(jìn)行溫度比較，時(shí)間到溫度也低于設(shè)定值隨即進(jìn)犬開(kāi)啟真空階段。若溫度未達(dá)到要求將進(jìn)入預(yù)冷報(bào)警階段，時(shí)間未到而溫度低于設(shè)定值，進(jìn)入開(kāi)啟真空階段，時(shí)間到溫度并沒(méi)有達(dá)到要求，將聲光報(bào)警提示。
    開(kāi)啟真空：進(jìn)入后12秒后打開(kāi)真空泵1、2后經(jīng)過(guò)設(shè)定的小蝶閥開(kāi)啟時(shí)間后，打開(kāi)小蝶閥，再經(jīng)過(guò)大蝶閥設(shè)定時(shí)間后，打開(kāi)大蝶閥后進(jìn)行真空預(yù)抽階段。
    真空預(yù)抽：進(jìn)行真空判斷，時(shí)間到真空也低于設(shè)定條件隨即進(jìn)入升華階段。若時(shí)間到真空未達(dá)到要求將進(jìn)入真空預(yù)抽報(bào)警階段，若時(shí)間未到，真空低于設(shè)定值進(jìn)入升華階段，若時(shí)間到真空未達(dá)到要求將聲光報(bào)警提示。
    升華：進(jìn)入升華階段先打開(kāi)電加熱控制，達(dá)到設(shè)定溫度后關(guān)閉電加熱進(jìn)行加熱控制，達(dá)到設(shè)定溫度后關(guān)閉電加熱進(jìn)行溫度范圍比較，若實(shí)際溫度大于上偏差，摻冷閥打開(kāi)。直至溫度小于、等于設(shè)定值摻冷閥關(guān)閉。若實(shí)際溫度小于下偏差，電加熱打開(kāi)直至溫度大于、等于設(shè)定值，電加熱關(guān)閉。當(dāng)保溫時(shí)間到后進(jìn)入下一升華階段，直至完成所有升華設(shè)置程序段后，進(jìn)行泄漏判斷。當(dāng)每一次保溫時(shí)間到之后，溫度若沒(méi)有達(dá)到設(shè)定要求會(huì)延時(shí)20分鐘，其間，溫度若達(dá)到要求即進(jìn)入下一升華階段，若時(shí)間到后溫度仍未達(dá)到要求將會(huì)聲光報(bào)警提示。當(dāng)每一次升華階段，若前箱真空大于真空?qǐng)?bào)警參數(shù)設(shè)置，電加熱將強(qiáng)行關(guān)閉同時(shí)將聲光報(bào)警提示。當(dāng)升華進(jìn)行至最后第二次時(shí)進(jìn)行摻氣控制，前箱真空低于設(shè)定值下偏時(shí)摻氣閥打開(kāi)，前箱真空高于設(shè)定值上偏差摻氣閥關(guān)閉。
    泄漏判斷：先關(guān)閉大蝶閥，在設(shè)定時(shí)間內(nèi)若真空未超出設(shè)定要求，將進(jìn)入結(jié)束階段。若在設(shè)定時(shí)間內(nèi)真空超出設(shè)定要求，系統(tǒng)將會(huì)聲光報(bào)警提示，同時(shí)進(jìn)入下一步，打開(kāi)大蝶閥，進(jìn)行最后一個(gè)升華階段的設(shè)定。溫度時(shí)行保溫，時(shí)間到后中，關(guān)閉大蝶閥進(jìn)行泄漏判斷，若仍未達(dá)到要求上一步動(dòng)作將重復(fù)進(jìn)行，最多重復(fù)三次（泄漏量達(dá)到設(shè)定要求）。
    結(jié)束：按凍干自動(dòng)流程圖中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行操作，依次關(guān)閉各閥門(mén)、泵等。
5、總結(jié)
    本設(shè)計(jì)控制主體選用PLC，人機(jī)交互采用工控機(jī)，增加對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和完善對(duì)操作人員操作步驟的提示，提高了整體設(shè)備的自動(dòng)化和智能化程度。本控制系統(tǒng)的可靠性及智能化程度完全滿(mǎn)足國(guó)家藥典規(guī)定的新藥特藥的制備要求。