CN110077638A - 一种药液灌装控制系统、灌装系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种药液灌装控制系统，包括控制单元和流量传感器；流量传感器用于实时检测药液流量或体积；控制单元用于根据药液流量或体积得到实际装量L1以对灌装泵的灌装行程进行校准。本发明还公开了一种药液灌装系统，包括贮液器、灌装泵、灌装头以及如上所述的控制系统；灌装泵与贮液器相连，灌装头通过灌装管路与灌装泵相连。本发明还公开了一种控制方法，在灌装时检测药液流量，得到药瓶实际装量L1，再得到预设目标装量L与L1之间的差值A；通过差值A对灌装泵单次灌装行程进行校准。本发明还公开了一种用于执行上述控制方法的药液灌装控制系统。本发明的药液灌装控制系统、灌装系统及控制方法均具有灌装精度高、效率高等优点。

Description

一种药液灌装控制系统、灌装系统及控制方法

技术领域

本发明主要涉及医药、食品包装技术领域，特指一种药液灌装控制系统、灌装系统及控制方法。

背景技术

目前制药行业中，药液灌装通常是采用容积泵，针对药液装量的计量和校准，普遍采用的是通过灌装前后的药瓶称重来获取药液的质量，再经密度换算成体积装量的方法来获取药瓶的实际装量，然后将获取的实际装量与设定装量进行对比，根据两者的差值实现校准。如专利文献CN102460091B中公开了：采用第一称重装置对空容器的进行称重，采用第二称重装置对填充有产品的容器进行称重，从而实现对药品的计量。此类计量和校准的方法及结构存在以下问题：

1、成本较高

由于称重系统对环境要求、安装精度要求非常高，且自身的结构复杂，制造成本高，安装调试比较麻烦，同时辅助装置较多，包括去静电装置、减震装置、称重通道及驱动装置等等，因此整套称重系统的综合成本非常高。如专利文献CN102460091B中的第一称重装置、第二称重装置的本身结构以及相关的传送装置结构复杂，且成本较高。

2、生产效率低，有发生装量不合格的风险

采用称重系统校验灌装泵的装量时，先要对空瓶进行称重，灌装后再称重，且称重达到稳态需要一定的时间。因此运行称重系统需要占用大量的生产时间，设备产能大打折扣，降低生产效率，在保证产能的前提下，采用称重系统校验灌装泵的装量时，只能采取抽样称重进行校准，有产生不合格品药品的风险。如专利文献CN102460091B中的需要对空瓶和填充后的瓶子分别进行称重，不仅影响了灌装效率，同时也影响了输送效率。

3、获取的装量不准确

根据装量(V)、密度(ρ)和质量(m)的关系V＝m/ρ可知，装量V的准确性依赖于药液的质量和密度。但是第一，药品的成分复杂，且很多药液是在灌装前进行混合的，因而难以获得药液的准确密度；第二，用于药液称重的高精度电子称本身的精度虽然较高，但这种电子称同时对环境要求也非常高，如机器的震动、百级层流风、周围的磁场、药液灌装过程中产生的静电等都会影响称重的精度。以上两方面的因素导致装量的准确性也无法保证。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种灌装精度及效率高、以及结构简单的灌装控制系统及灌装系统，并相应提供一种灌装精度及效率高的药液灌装控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种药液灌装控制系统，包括控制单元和流量传感器；所述控制单元与所述流量传感器相连；所述流量传感器用于实时检测连接灌装泵与灌装头的灌装管路中的药液流量或药液体积；所述控制单元用于根据药液流量或药液体积得到药瓶单次灌装的实际装量L1，以对灌装泵的单次灌装行程进行校准以形成闭环控制。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述流量传感器为非接触式的超声波传感器。

所述流量传感器通过卡箍紧固于所述灌装管路上。

本发明还公开了一种药液灌装系统，包括贮液器、灌装泵和灌装头，还包括如上所述的药液灌装控制系统；所述灌装泵的输入端与所述贮液器相连通，所述灌装泵的输出端通过灌装管路与所述灌装头相连通，所述灌装泵的控制端与所述药液灌装控制系统中控制单元的输出端相连。

本发明还公开了一种药液灌装控制方法，包括步骤：

S01、在灌装的过程中，实时检测灌装管路中的药液流量；

S02、在药瓶灌装完成后，通过灌装过程中的药液流量得到药瓶对应的实际装量L1，再得到预设目标装量L与实际装量L1之间的差值A；

S03、当差值A小于极限装量偏差b％时，对灌装次数K进行累计；

S04、当K累计等于预设次数N时，通过N个差值A得到平均偏差ΔA，其中N为非零的自然数；

S05、根据平均偏差ΔA对灌装泵的单次灌装行程进行校准。

作为上述技术方案的进一步改进：

在步骤S05中，当平均偏差ΔA大于预设允许装量偏差范围a％时，则对灌装泵的单次灌装行程进行校准，否则不校准。

在步骤S03中，当差值A不小于极限装量偏差b％时，则判断药品不合格，并报警停机。

1≤N≤10。

在步骤S04中，通过N个差值A求平均得到平均偏差ΔA；或者去掉一个最大值和一个最小值后，再求平均得到平均偏差ΔA。

在步骤S01中，通过安装于灌装管路上的非接触式液体流量传感器实时检测灌装管路中的药液流量。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的药液灌装控制系统，流量传感器在测量时不受周边环境的影响，无需额外的辅助装置，结构简单，节约了成本，同时安装调试非常方便，提高了劳动生产率；在灌装过程中实时检测灌装管路中的药液流量以得到药瓶对应的单次实际装量L1，即检测过程与灌装过程同步进行，避免类似称重环节中需要在灌装前后增加其它工序，从而提高了整个灌装效率；而且整体结构简单且易于实现。

本发明的药液灌装控制系统，采用了与药瓶灌装前后称重以得到实际装量L1方式完全不同的思路，而是通过流量传感器对灌装管路上进入药瓶的药液流量或体积进行直接检测，从而得到每次的实际装量L1，再根据实际装量L1反馈至控制单元中，实现对灌装泵的闭环控制，从而提高灌装的精度，降低了装量不合格的风险。

本发明的药液灌装控制系统，由于通过流量传感器检测灌装管路中的药液流量或药液体积，直接得到实际装量L1，无需要采用称重环节中所需要的质量、密度等换算，减少了不确定因素，提高了校准的精度。

本发明的药液灌装控制方法，同样具有如上控制系统所述的优点。

本发明的药液灌装系统，由于包括上述控制系统，同样具有如上控制系统所述的优点，而且整体结构简单且易于实现。

附图说明

图1为本发明的药液灌装控制方法流程图。

图2为本发明的药液灌装系统结构示意图。

图中标号表示：1、贮液器；2、灌装管路；3、灌装泵；4、流量传感器、5、药瓶；6、控制单元；7、灌装头。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的药液灌装控制系统，包括控制单元6和流量传感器4；控制单元6与流量传感器4相连；流量传感器4用于实时检测灌装管路2中的药液流量或药液体积；控制单元6用于根据药液流量或药液体积得到药瓶单次灌装的实际装量L1，以对灌装泵3的单次灌装行程(如灌装泵伺服电机单次灌装的转数、角度等)进行校准以形成闭环控制。

本发明的药液灌装控制系统，流量传感器4在测量时不受周边环境的影响，无需额外的辅助装置，结构简单，节约了成本，同时安装调试非常方便，提高了劳动生产率；在灌装过程中实时检测灌装管路2中的药液流量以得到药瓶5对应的单次实际装量L1，即检测过程与灌装过程同步进行，避免称重环节中需要在灌装前后增加其它工序，从而提高了整个灌装的效率；而且整体结构简单且易于实现。

本发明的药液灌装控制系统，由于通过流量传感器4检测灌装管路2中的药液流量或药液体积，直接得到实际装量L1，无需要采用称重环节中所需要的质量、密度等换算，减少了不确定因素，提高了校准的精度。

本发明的药液灌装控制系统，采用了与药瓶灌装前后称重以得到实际装量L1方式完全不同的思路，即直接通过流量传感器4对灌装管路2上进入药瓶的药液流量进行直接检测，从而得到每次的实际装量L1，再根据实际装量L1反馈至控制单元中，实现对灌装泵3的闭环控制，从而提高灌装的精度，降低了装量不合格的风险。

具体地，在进行闭环控制时，先根据预设目标装量L与实际装量L1，得到两者之间的差值A，再根据差值A进行灌装泵3中灌装伺服电机的灌装行程校准，其中灌装行程为药瓶每次灌装所对应的转数或角度等，在初始灌装时，根据药瓶规格大小、药液灌装速度等进行预设。

本实施例中，流量传感器4为非接触式的高精度超声波传感器，通过卡箍卡固于灌装管路2(连通灌装泵3与灌装头7)的任意位置；安装结构简单、拆装简便且成本较低。控制单元6为PLC控制器。

如图1所示，本发明还公开了一种药液灌装系统，包括贮液器1、灌装泵3、灌装头7以及如上所述的药液灌装控制系统；灌装泵3的输入端与贮液器1相连，灌装泵3的输出端通过灌装管路2与灌装头7相连，灌装泵3的控制端与所述药液灌装控制系统中控制单元6的输出端相连。本发明的药液灌装系统由于包括上述控制系统，同样具有如上控制系统所述的优点，而且整体结构简单且易于实现。

如图2所示，本实施例的药液灌装控制方法，包括步骤：

S01、在药液灌装系统中的灌装泵3向药瓶5进行灌装的过程中，实时检测灌装管路2中的药液流量；

S02、在单个药瓶5灌装完成后，通过灌装过程中的药液流量得到药瓶5对应的单次实际装量L1，再得到预设目标装量L与实际装量L1之间的差值A，A＝L-L1；

S03、当差值A小于极限装量偏差b％时，对灌装次数K进行累计，如差值A不小于极限装量偏差b％时，则判断药品装量不合格，并报警停机；

S04、当K累计等于预设次数N(非零自然数)时，通过N个差值A得到平均偏差ΔA；

S05、根据平均偏差ΔA对灌装泵3的单次灌装行程(如灌装泵伺服电机单次灌装的转数、角度等)进行校准。

本发明的药液灌装控制方法，同样具有如上控制系统所述的优点，而且操作简便。

本实施例中，在步骤S05中，当平均偏差ΔA大于预设允许装量偏差范围a％时，则对灌装泵3的单次灌装行程进行校准，否则不校准。其中a％＜b％；在进行校准时，根据平均偏差ΔA值对灌装泵伺服电机单次灌装的转数进行比例调整，两者之间的比例关系在之前进行预设。

本实施例中，在步骤S04中，通过N个差值A求平均得到平均偏差ΔA；在其它实施例中，也可以采用去掉一个最大值和一个最小值后，再求平均得到平均偏差ΔA等方式。

本实施例中，在步骤S01中，通过安装于灌装管路2上的非接触式的高精度液体流量传感器4实时检测灌装管路2中的药液流量，检测精度高且对灌装管路2中的液体流动及质量无影响，满足GMP的要求。

现结合本发明的药液灌装系统与药液灌装控制方法，对其整个灌装过程做具体说明：

高精度流量传感器4卡固在灌装管路2上，不与药液接触；PLC控制器通过通信线缆分别与各个灌装泵3和各个高精度流量传感器4进行通讯。

灌装开始时，PLC控制器驱动定量灌装泵3从贮液器1抽取一定量的药液，经灌装管路2送入药瓶5中，同时PLC控制器发送信号给高精度流量传感器4开始测量。经过时间T，单次灌装完成，PLC控制器发送信号给高精度流量传感器4结束测量；高精度流量传感器4在接收到结束信号时，进行运算，将T时间内获得流量值返回给PLC控制器(即视为单次灌装的实际装量L1)，若预设目标装量值为L，PLC控制器将获得实际装量L1与预设目标装量L进行比较，得到装量偏差A。

另外，在灌装前给高精度流量传感器4一个设定值，灌装开始时，PLC控制器发送信号给高精度流量传感器4开始测量，经过时间T，当高精度流量传感器4先行检测到已达到装量设定值时，高精度流量传感器4将信号传送给PLC控制器，PLC控制器发出停止信号，并自动计算装量负偏差A。

若根据药液的工艺要求预设允许装量偏差范围为a％，极限装量偏差范围为b％，则当A≤b时，累积装量次数K；对以上参数进行说明如下：

(1)b％为药液灌装允许的极限偏差范围值，装量误差超出该范围则为药品不合格；

(2)a％为设定的小于b％的某个值，是PLC控制器设置的提前校准的值，当装量误差超过这个值时PLC控制器需要对灌装泵3进行校准。

若设定装量N次(优选在1～10中进行选择，可根据实际情况进行选择)后，需要对装量进行校准，则当K＝N(如5次)时，PLC控制器进行装量校准计算，得到N次偏差A的平均偏差ΔA(如5次偏差A求和后，再除以5)。当平均偏差ΔA大于a％，PLC控制器则根据平均偏差ΔA重新设定灌装泵3伺服驱动电机在单次灌装周期的转数(或角度等灌装行程)，以此来控制定量灌装泵3的伺服驱动电机进行装量校准。其中差值A大于a％而小于b％时，药品装量实际上是合格的；若A>b％时，则PLC控制器判断为出现异常装量，PLC控制器进行报警停机，并提示药品装量不合格和可能出现灌装异常的情况。

本发明的高精度流量传感器在测量时不受周边环境的影响，无需额外的辅助装置，结构简单，节约了成本，同时安装调试非常方便，提高了劳动生产率；另外高精度流量传感器实时测量灌装泵的灌装量，与药液灌装是同时进行的，无需等待时间，大大提高了生产效率，可实现100％计量和实时校准，有效防止了装量不合格现象的发生。通过高精度流量传感器直接测量药液流经管道的体积，无需换算，从原理上避免了称重带来的不确定因素。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种药液灌装控制系统，其特征在于，包括控制单元(6)和流量传感器(4)；所述控制单元(6)与所述流量传感器(4)相连；所述流量传感器(4)用于实时检测连接灌装泵(3)与灌装头(7)的灌装管路(2)中的药液流量或药液体积；所述控制单元(6)用于根据药液流量或药液体积得到药瓶(5)单次灌装的实际装量L1，以对灌装泵(3)的单次灌装行程进行校准以形成闭环控制。

2.根据权利要求1所述的药液灌装控制系统，其特征在于，所述流量传感器(4)为非接触式的超声波传感器。

3.根据权利要求2所述的药液灌装控制系统，其特征在于，所述流量传感器(4)通过卡箍紧固于所述灌装管路(2)上。

4.一种药液灌装系统，包括贮液器(1)、灌装泵(3)和灌装头(7)，其特征在于，还包括如权利要求1或2或3所述的药液灌装控制系统；所述灌装泵(3)的输入端与所述贮液器(1)相连通，所述灌装泵(3)的输出端通过灌装管路(2)与所述灌装头(7)相连通，所述灌装泵(3)的控制端与所述药液灌装控制系统中控制单元(6)的输出端相连。

5.一种药液灌装控制方法，其特征在于，包括步骤：

S01、在灌装的过程中，实时检测灌装管路(2)中的药液流量；

S02、在灌装完成后，通过灌装过程中的药液流量得到药瓶(5)对应的实际装量L1，再得到预设目标装量L与实际装量L1之间的差值A；

S03、当差值A小于极限装量偏差b％时，对灌装次数K进行累计；

S04、当K累计等于预设次数N时，通过N个差值A得到平均偏差ΔA，其中N为非零的自然数；

S05、根据平均偏差ΔA对灌装泵(3)的单次灌装行程进行校准。

6.根据权利要求5所述的药液灌装控制方法，其特征在于，在步骤S05中，当平均偏差ΔA大于预设允许装量偏差范围a％时，则对灌装泵(3)的单次灌装行程进行校准，否则不校准。

7.根据权利要求6所述的药液灌装控制方法，其特征在于，在步骤S03中，当差值A不小于极限装量偏差b％时，则判断药品不合格，并报警停机。

8.根据权利要求5或6或7所述的药液灌装控制方法，其特征在于，1≤N≤10。

9.根据权利要求5或6或7所述的药液灌装控制方法，其特征在于，在步骤S04中，通过N个差值A求平均得到平均偏差ΔA；或者去掉一个最大值和一个最小值后，再求平均得到平均偏差ΔA。

10.根据权利要求5或6或7所述的药液灌装控制方法，其特征在于，在步骤S01中，通过安装于灌装管路(2)上的非接触式液体流量传感器(4)实时检测灌装管路(2)中的药液流量。