CN104329933A - 洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，包括空载状态进入开机模式的控制步骤、满载状态的控制步骤、满载状态进入排空模式的控制步骤、排空模式的控制步骤及抗干扰模式的控制步骤。本发明提供的控制方法，规避了人工操作调节的潜在风险，实施在线自动调节操作，所有的操作均由PLC控制，操作简单，更符合制药行业标准。

Description

洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法

技术领域

本发明主要涉及食品、医药包装机械领域，特别涉及一种洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法。

背景技术

烘箱作为洗烘灌联动线的中间设备，其前端是洗瓶机，后端是灌装机，烘箱预热段的进口具有检测瓶子之间的挤压力的检测装置，用于控制洗瓶机启动和停止，烘箱冷却段的出口与灌装机之间具有检测瓶子之间的挤压力的检测装置，用于控制烘箱的启动和停止。非联动情况下，预设速度是洗瓶机＞烘箱＞灌装机，因此实际联动工作时灌装机连续运行，烘箱和洗瓶机则间歇性工作。

烘箱结构由预热段、高温段、冷却段三个部分串联。预热段、高温段、冷却段的内部设置一条共同的输送带。输送带由变频电机或伺服电机驱动，其运行方向是从预热段向冷却段输送容器。烘箱预热段的作用是对刚进入烘箱的容器预热并使水分气化，并通过预热段的排湿风机排出。预热段的热量来源于高温段热量辐射和空气流动传导。高温段通常为自带加热器的空气内循环结构，通过PLC或温控仪控制加热器功率实现温度设定与控制，从而实现对容器在一定时间内的高温灭菌。冷却段的作用是对灭菌后的高温容器进行冷却降温，使容器降至常温或接近常温后从冷却段出口输出。冷却段具有一台能够自动变频的风压平衡风机，风压平衡风机通过变频增加或减少冷却段得排风量，从而改变冷却段的压力。

由于烘箱为分段式加热，若控制方法不当，则能源浪费大，同时由于采用人工调节风量的操作方法，各段的空间内各点的风压无法达到平衡，造成杀菌去热源的效果不理想，造成倒灌现象产生，直接影响各个区域的环境，甚至对洁净区域造成污染，造成极大的不便及损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，它规避了人工操作调节的潜在风险，实施在线自动调节操作，所有的操作均由PLC控制，操作简单，更符合制药行业标准。

本发明的目的是这样实现的：一种洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，由PLC控制，所述隧道灭菌烘箱的进口和出口一一对应地与洗瓶间及灌装间连接；所述隧道灭菌烘箱包括串联的预热段、高温段及冷却段；所述控制方法包括空载状态进入开机模式的控制步骤、满载状态的控制步骤、满载状态进入排空模式的控制步骤、排空模式的控制步骤及抗干扰模式的控制步骤；所述空载状态是生产刚刚开始时，烘箱内部没有瓶子；所述开机模式为输送带带着由前端工序输送过来的瓶子从预热段逐步进入高温段，即预热段和高温段的前部充满瓶子，而高温段的后部和冷却段没有瓶子；所述排空模式为生产即将结束时，预热段和高温段的前部没有瓶子，而高温段的后部和冷却段充满瓶子；其中，

所述空载状态进入开机模式的步骤：输送带处于静态模式，通过人机界面启动烘箱，烘箱自动升温到设定温度，等待检测装置检测到预热段的进口的瓶子之间达到一定挤压力时，控制输送带进入动态模式，同时PLC开始根据输送带对应的位移反馈元件自动计算输送带处于的位置，通过连续累积输送带的位移即可判断瓶子在烘箱内部所处的位置，等到瓶子基本位于高温段的中部时，系统自动进入开机模式，随着输送带带着瓶子逐渐充满整个烘箱，进入满载状态；

所述满载状态的控制步骤是：PLC实时计算预热段和冷却段之间的压力差，实时与所在模式下的设定值进行对比，实时调整风压平衡风机的频率，实现增加和减少排风量，保持所在模式下预热段与冷却段之间的压力处于设定值，使预热段的压力小于冷却段的压力；同时输送带减速，以延长灭菌时间，待高温充满瓶子后恢复正常；

所述满载状态进入排空模式的控制步骤是：洗瓶机停止运行，此时烘箱忽略洗瓶机，只与灌装机联动，此时PLC开始根据输送带对应的位移反馈元件连续累积输送带的位移，等到瓶子基本位于高温段的中部时，系统自动进入排空模式；

所述排空模式的控制步骤是：通过风压平衡风机自动变频，实现增加和减少排风量，使预热段的压力大于等于冷却段的压力，同时输送带减速，以延长灭菌时间，待高温段排空后恢复正常；

所述抗干扰模式的控制步骤是：当进入开机模式和/或排空模式时，所述洗瓶间和灌装间之间的压力在一定范围内波动，造成灌装机流入烘箱冷却段的空气量发生变化，所述PLC根据差压变送器反馈的结果与差压设定值进行对比，自动改变风压平衡风机的频率，从而改变排风量以维持冷却段的压力处于设定值。

上述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其中，在进行所述满载状态的控制步骤和所述排空模式的控制步骤时，所述输送带的减速是根据杀菌热力强度FH值应大于等于1365，如果从空载状态到满载状态的过渡阶段或从满载状态到空载状态的过渡阶段FH值达不到1365，则需要输送带减速或暂停，以延长灭菌时间，使得FH值大于1365。

上述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其中，在进行所述满载状态的控制步骤时，当PLC通过自动调整风压平衡风机的频率仍然无法使得压力处于设定值，并且超出报警值界限，烘箱就会切断高温加热电源停止输送带并报警停机。

上述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其中，所述检测装置分别安装在所述预热段的进口及所述冷却段的出口与灌装机之间。

上述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其中，所述高温段通常为自带加热器的空气内循环结构，通过PLC或温控仪控制加热器功率实现温度的设定与控制。

上述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其中，所述风压平衡风机安装在所述冷却段，该风压平衡风机依靠PLC通过对应的变频器自动变频，在外界没有干扰的情况下，也就是洗瓶间和灌装间之间的相对差压没有波动的情况下，风压平衡风机在中等频率25～30赫兹之间运行；当灌装间相对洗瓶间的压力升高时，灌装间通过冷却段的出口流入冷却段的空气会增加，导致冷却段相对于预热段的压力增大，风压平衡风机会自动增加频率从而增加排风量，使冷却段的压力降低到应有值，反之，当灌装间相对洗瓶间的压力降低，灌装间流入烘箱冷却段的空气会减少，导致冷却段相对于预热段的压力下降，风压平衡风机会自动减少频率从而减少排风量，使冷却段的压力升高到应有值。

上述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其中，所述风压平衡风机的频率改变依据一个差压变送器的反馈值，这个差压变送器连接预热段和冷却段，实时监测预热段和冷却段之间的压力差并反馈到PLC。

本发明的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，是当环境的风压变化时，烘箱各段的压力随着环境风压的变化而自动平衡，通过风压平衡风机增加和减少排风量，从而达到新的平衡点，并通过调节烘箱输送带的速度，以延长灭菌时间，使得杀菌热力强度FH值大于1365。本发明提供的控制方法，规避了人工操作调节的潜在风险，实施在线自动调节操作，所有的操作均由PLC控制，操作简单，更符合制药行业标准。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

隧道灭菌烘箱的进口和出口一一对应地与洗瓶间及灌装间连接；隧道灭菌烘箱包括串联的预热段、高温段及冷却段。预热段、高温段及冷却段的内部设置一条共同的输送带，该输送带由变频电机或伺服电机驱动，其运行方向是从预热段向冷却段输送瓶子。输送带为链式，输送带主轴通过链轮驱动输送带。烘箱预热段的作用是对刚进入烘箱的容器预热并使水分气化，通过预热段排湿风机排出。预热段的热量来源于高温段的热量辐射和空气流动传导。高温段通常为自带加热器的空气内循环结构，通过PLC或温控仪控制加热器功率实现温度设定与控制，从而实现对容器在一定时间内的高温灭菌。冷却段的作用是对灭菌后的高温瓶子进行冷却降温，瓶子降至常温或接近常温后从冷却段的出口输出。冷却段具有一台能够自动变频的风压平衡风机，该风压平衡风机通过变频增加或减少冷却段的排风量，从而改变冷却段压力。空载状态是生产刚刚开始时，烘箱内部没有瓶子；开机模式为输送带带着由前端工序输送过来的瓶子从预热段逐步进入高温段，即预热段和高温段的前部充满瓶子，而高温段的后部和冷却段没有瓶子；排空模式为生产即将结束时，预热段和高温段的前部没有瓶子，而高温段的后部和冷却段充满瓶子。

本发明的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，由PLC控制并包括空载状态进入开机模式的控制步骤、满载状态的控制步骤、满载状态进入排空模式的控制步骤、排空模式的控制步骤及抗干扰模式的控制步骤；其中：

空载状态进入开机模式的步骤：通过PLC控制输送带处于静态模式，通过HMI启动烘箱，烘箱自动升温到设定温度，等待安装在预热段的进口的检测装置检测到预热段的进口的瓶子之间达到一定挤压力时，控制输送带进入动态模式，同时PLC开始根据输送带对应的位移反馈元件自动计算输送带处于的位置，通过连续累积输送带的位移即可判断瓶子在烘箱内部所处的位置，等到瓶子基本位于高温段的中部时，系统自动进入开机模式，随着输送带带着瓶子逐渐充满整个烘箱，进入满载状态；

满载状态的控制步骤是：PLC实时计算预热段和冷却段之间的压力差，实时与所在模式下的设定值进行对比，实时调整安装在冷却段的风压平衡风机的频率，实现增加和减少排风量，保持所在模式下预热段与冷却段之间的压力处于设定值，使预热段的压力小于冷却段的压力；同时通过PLC控制输送带减速，以延长灭菌时间，待高温短充满瓶子后恢复正常；输送带的减速是根据杀菌热力强度FH值应大于等于1365，如果从空载状态到满载状态的过渡阶段或从满载状态到空载状态的过渡阶段FH值达不到1365，则需要输送带减速或暂停，以延长灭菌时间，使得FH值大于1365；

满载状态进入排空模式的控制步骤是：洗瓶机停止运行，此时烘箱忽略洗瓶机，只与灌装机联动，此时PLC开始根据输送带对应的位移反馈元件连续累积输送带的位移，等到瓶子基本位于高温段的中部时，系统自动进入排空模式；当PLC通过自动调整风压平衡风机的频率仍然无法使得压力处于设定值，并且超出报警值的界限，烘箱就会切断高温加热电源停止输送带并报警停机；

排空模式的控制步骤是：通过风压平衡风机自动变频，实现增加和减少排风量，使预热段的压力大于等于冷却段的压力，同时通过PLC控制输送带减速，以延长灭菌时间，待高温段排空后恢复正常；输送带的减速是根据杀菌热力强度FH值应大于等于1365，如果从空载状态到满载状态的过渡阶段或从满载状态到空载状态的过渡阶段FH值达不到1365，则需要输送带减速或暂停，以延长灭菌时间，使得FH值大于1365；

抗干扰模式的控制步骤是：当进入开机模式和/或排空模式时，洗瓶间和灌装间之间的压力在一定范围内波动，造成灌装机流入烘箱冷却段的空气量发生变化，PLC根据差压变送器反馈的结果与差压设定值进行比较，自动改变风压平衡风机的频率，从而改变排风量以维持冷却段的压力处于设定值，抗干扰模式是烘箱风压控制的基础模式，无论在开机模式和/或排空模式下，抗干扰模式始终介入，依据预热段与冷却段之间的相对差压自动控制冷却段安装的风压平衡风机的运行频率，从而控制预热段与冷却段之间的相对差压保持在当前模式下的设定值。

风压平衡风机安装在烘箱的冷却段，该风压平衡风机依靠PLC通过对应的变频器自动变频，在外界没有干扰的情况下，也就是洗瓶间和灌装间之间的相对差压没有波动的情况下，风压平衡风机在中等频率25～30赫兹之间运行；当灌装间相对洗瓶间的压力升高时，灌装间通过冷却段的出口流入冷却段的空气会增加，导致冷却段相对于预热段的压力增大，风压平衡风机会自动增加频率从而增加排风量，使冷却段的压力降低到应有值，反之，当灌装间相对洗瓶间的压力降低，灌装间流入烘箱冷却段的空气会减少，导致冷却段相对于预热段的压力下降，风压平衡风机会自动减少频率从而减少排风量，使冷却段压力升高到应有值。风压平衡风机的频率改变依据一个差压变送器的反馈值，这个差压变送器连接预热段和冷却段，实时监测预热段和冷却段之间的压力差并反馈到PLC。

位移反馈元件安装在输送带主轴上或安装在与主轴具有固定传动比i的传动轴上。位移反馈元件将角度位移信号N实时反馈到PLC，PLC通过预置的计算公式计算出输送带的位移S＝N×i×C，其中N是位移反馈元件转动的圈数，i是从位移反馈元件到输送带主轴之间的传动比，C是输送带主轴上直接驱动输送带的链轮周长。当N为0时输送带位移量也为0，即为输送带停止。

输送带减速或暂停的目的都是为了延长灭菌时间，因为高温段的长度对于已经存在的烘箱都是固定的，如果热分布实验得出输送带满载匀速运行速度是300mm/min，对应FH≥1365，从空载到满载的过渡阶段或从满载状态到空载状态的过渡阶段，速度减速到200mm/min，对应FH≥1365，那么烘箱控制系统在开机模式和排空模式中就会把输送带速度从300mm/min减速到200mm/min；如果热分布实验得出输送带满载匀速运行速度是300mm/min，对应FH≥1365，从空载状态到满载状态的过渡阶段或从满载状态到空载状态的过渡阶段，输送带暂停2分钟后继续按照300mm/min的速度运行，对应FH≥1365，那么烘箱控制系统在开机模式和排空模式中就会把输送带的速度从300mm/min变为暂停2分钟后继续运行。

输送带的静态模式和动态模式是烘箱在满载状态下的两种模式。烘箱每班生产开始时经历开机模式，生产即将结束时经历排空模式，生产过程中输送带在静态模式和动态模式之间自动切换。

例如：通过人机界面HMI设定静态模式的控制值为0，也就是预热段的压力和冷却段的压力相等；设定动态模式的控制值为5，也就是冷却段的压力比预热段的压力大5帕斯卡。PLC实时计算预热段和冷却段之间压力差，实时与所在模式下的设定值进行对比，处于静态模式时，风压平衡风机自动变频使冷却段压力与预热段相对压力为0帕斯卡。处于动态模式时，风压平衡风机自动变频，使冷却段与预热段的相对压力为5帕斯卡。在没有外界环境干扰的情况下，从静态模式向动态模式切换，风压平衡风机是降低频率使冷却段的压力升高到比预热段的压力大5帕斯卡并保持该控制值。

报警值是控制值范畴外的两个值，即报警上限值和报警下限值。当PLC通过自动调整风压平衡风机频率仍然无法使得压力处于控制值，并且超出报警值界限，烘箱就会切断高温加热电源停止输送带报警停机。报警值是为了保证差压控制的可靠性从而保证灭菌工艺的可靠性，也是为了保护烘箱自身的安全性。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (7)

1.一种洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，由PLC控制，所述隧道灭菌烘箱的进口和出口一一对应地与洗瓶间及灌装间连接；所述隧道灭菌烘箱包括串联的预热段、高温段及冷却段；所述控制方法包括空载状态进入开机模式的控制步骤、满载状态的控制步骤、满载状态进入排空模式的控制步骤、排空模式的控制步骤及抗干扰模式的控制步骤；所述空载状态是生产刚刚开始时，烘箱内部没有瓶子；所述开机模式为输送带带着由前端工序输送过来的瓶子从预热段逐步进入高温段，即预热段和高温段的前部充满瓶子，而高温段的后部和冷却段没有瓶子；所述排空模式为生产即将结束时，预热段和高温段的前部没有瓶子，而高温段的后部和冷却段充满瓶子；其特征在于，

所述空载状态进入开机模式的步骤：输送带处于静态模式，通过人机界面启动烘箱，烘箱自动升温到设定温度，等待检测装置检测到预热段的进口的瓶子之间达到一定挤压力时，控制输送带进入动态模式，同时PLC开始根据输送带对应的位移反馈元件自动计算输送带处于的位置，通过连续累积输送带的位移即可判断瓶子在烘箱内部所处的位置，等到瓶子基本位于高温段的中部时，系统自动进入开机模式，随着输送带带着瓶子逐渐充满整个烘箱，进入满载状态；

所述满载状态的控制步骤是：PLC实时计算预热段和冷却段之间的压力差，实时与所在模式下的设定值进行对比，实时调整风压平衡风机的频率，实现增加和减少排风量，保持所在模式下预热段与冷却段之间的压力处于设定值，使预热段的压力小于冷却段的压力；同时输送带减速，以延长灭菌时间，待高温充满瓶子后恢复正常；

所述满载状态进入排空模式的控制步骤是：洗瓶机停止运行，此时烘箱忽略洗瓶机，只与灌装机联动，此时PLC开始根据输送带对应的位移反馈元件连续累积输送带的位移，等到瓶子基本位于高温段的中部时，系统自动进入排空模式；

所述排空模式的控制步骤是：通过风压平衡风机自动变频，实现增加和减少排风量，使预热段的压力大于等于冷却段的压力，同时输送带减速，以延长灭菌时间，待高温段排空后恢复正常；

所述抗干扰模式的控制步骤是：当进入开机模式和/或排空模式时，所述洗瓶间和灌装间之间的压力在一定范围内波动，造成灌装机流入烘箱冷却段的空气量发生变化，所述PLC根据差压变送器反馈的结果与差压设定值进行对比，自动改变风压平衡风机的频率，从而改变排风量以维持冷却段的压力处于设定值。

2.根据权利要求1所述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其特征在于，在进行所述满载状态的控制步骤和所述排空模式的控制步骤时，所述输送带的减速是根据杀菌热力强度FH值应大于等于1365，如果从空载状态到满载状态的过渡阶段或从满载状态到空载状态的过渡阶段FH值达不到1365，则需要输送带减速或暂停，以延长灭菌时间，使得FH值大于1365。

3.根据权利要求1所述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其特征在于，在进行所述满载状态的控制步骤时，当PLC通过自动调整风压平衡风机的频率仍然无法使得压力处于设定值，并且超出报警值界限，烘箱就会切断高温加热电源停止输送带并报警停机。

4.根据权利要求1所述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其特征在于，所述检测装置分别安装在所述预热段的进口及所述冷却段的出口与灌装机之间。

5.根据权利要求1所述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其特征在于，所述高温段通常为自带加热器的空气内循环结构，通过PLC或温控仪控制加热器功率实现温度的设定与控制。

6.根据权利要求1所述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其特征在于，所述风压平衡风机安装在所述冷却段，该风压平衡风机依靠PLC通过对应的变频器自动变频，在外界没有干扰的情况下，也就是洗瓶间和灌装间之间的相对差压没有波动的情况下，风压平衡风机在中等频率25～30赫兹之间运行；当灌装间相对洗瓶间的压力升高时，灌装间通过冷却段的出口流入冷却段的空气会增加，导致冷却段相对于预热段的压力增大，风压平衡风机会自动增加频率从而增加排风量，使冷却段的压力降低到应有值，反之，当灌装间相对洗瓶间的压力降低，灌装间流入烘箱冷却段的空气会减少，导致冷却段相对于预热段的压力下降，风压平衡风机会自动减少频率从而减少排风量，使冷却段的压力升高到应有值。

7.根据权利要求1或6所述的洗、烘、灌联动线的隧道灭菌烘箱的控制方法，其特征在于，所述风压平衡风机的频率改变依据一个差压变送器的反馈值，这个差压变送器连接预热段和冷却段，实时监测预热段和冷却段之间的压力差并反馈到PLC。