CN111232268A - 液体药罐灌装控制方法及液体药罐灌装系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液体药罐灌装控制方法及液体药罐灌装系统，属于药液生产控制技术领域，所述方法包括获取灌装管道的注药流量系数，获取待灌装药罐在灌装后的预设药液高度、该药罐在灌装前的药液高度以及该药罐的尺寸数据信息；确定该药罐的灌装时间计算公式；确定该药罐的灌装时间；灌装作业，当灌装的作业时间达到所述灌装时间时，停止药液灌装作业，并获取药液灌装作业后的药液实际高度；若所述药液实际高度与所述预设药液高度的差值超出预设误差范围，则发出报警信号。本发明提供的液体药罐灌装控制方法，能够识别或者辅助操作者识别出该药罐灌装不足，防止后续生产质量问题。

Description

液体药罐灌装控制方法及液体药罐灌装系统

技术领域

本发明属于药液生产控制技术领域，更具体地说，是涉及一种液体药罐灌装控制方法及液体药罐灌装系统。

背景技术

在液体药罐灌装系统中，很多情况下要从药液池对多个并联设置的药罐一起灌装，长期使用之后很有可能会出现，在同等灌注时间下，由于灌装管道(进液管道)杂质沉淀导致个别药罐灌装不足或者无法灌装的情况，这种情况的发生会引发灌装系统的整体灌装效率低下等问题，同时操作者如果无法及时发现这些灌装不足的药罐，尤其是对于消毒液生产而言，灌装不足甚至还可能引发生产质量问题。为了解决这个问题，有的厂商采用在各管道上安装流量计来实时显示药罐内的加装药液容量，采用该技术虽然可以直观显示管道杂质沉淀情况，但在所有管道安装流量计的成本过于高昂，因此需要更经济的方法来解决这一问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液体药罐灌装控制方法，旨在解决现有灌装控制方法无法有效识别灌装不足药罐的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种液体药罐灌装控制方法，包括：

获取灌装管道的注药流量系数，获取待灌装药罐在灌装后的预设药液高度、该药罐在灌装前的药液高度以及该药罐的尺寸数据信息；

依据管道流体力学中流量计算模型，确定该药罐的灌装时间计算公式；

依据所述灌装时间计算公式、所述注药流量系数、所述预设药液高度以及所述尺寸数据信息确定该药罐的灌装时间；

对该药罐进行药液灌装作业，当灌装的作业时间达到所述灌装时间时，停止药液灌装作业，并获取药液灌装作业后该药罐内的药液实际高度；

若所述药液实际高度与所述预设药液高度的差值超出预设误差范围，则发出报警信号。

进一步地，所述灌装时间计算公式为：

其中，T为灌装时间，uc为注药流量系数，h_预为预设药液高度，h_前为该药罐灌装前的药液高度，s为该药罐的罐腔底面积，A为该药罐的注药管口的截面积,g为重力加速度常量，z为该药罐的高程差，所述高程差表示所述灌装管道的进液口端与出液口端在竖直方向上的高度差。

进一步地，所述获取灌装管道的注药流量系数包括：

获取灌装管道的长度、所述灌装管道的内径、局部水头损失以及所述灌装管道的内断面平均流速；

依据管道流体力学中流量计算模型，确定注药流量系数计算公式；

依据所述注药流量系数计算公式、所述灌装管道的长度、所述灌装管道的内径、所述局部水头损失以及所述内断面平均流速，得到所述注药流量系数。

进一步地，所述注药流量系数计算公式为：

其中，uc为注药流量系数，λ为沿程阻力系数，L为灌装管道的长度，d 为灌装管道的内径，g为重力加速度常量，h_w为水头损失，v为灌装管道的内断面平均流速。

进一步地，所述获取水头损失包括：

获取从药液池至该药罐的沿程水头损失，获取从药液池至该药罐的局部水头损失h_m；

依据管道流体力学中流量计算模型，确定水头损失计算公式：

h_w＝h_f+h_m

其中，h_w为水头损失，h_f为沿程水头损失,h_m为局部水头损失；

依据所述沿程水头损失、所述局部水头损失和所述水头损失计算公式，得到所述水头损失系数。

进一步地，所述获取从药池至该药罐的沿程水头损失包括：

依据管道流体力学中流量计算模型，确定沿程水头损失计算公式：

其中，h_f为沿程水头损失,λ为沿程阻力系数，L为灌装管道的长度，d为灌装管道的内径，g为重力加速度常量，v为灌装管道的内断面平均流速；

依据所述沿程水头损失计算公式、所述灌装管道的长度、所述灌装管道的内径以及所述灌装管道的内断面平均流速，得到所述沿程水头损失。

进一步地，所述获取从药池至该药罐的局部水头损失包括：

获取所述灌装管道的转弯半径以及第k个转弯处出口流速；

依据管道流体力学中流量计算模型，确定局部水头损失计算公式：

其中，h_m为局部水头损失,n为灌装管道中的转弯数目，R为灌装管道的转弯半径，d为灌装管道的内径，g为重力加速度常量，v_k为第k个转弯处出口流速；

依据所述局部水头损失计算公式、所述灌装管道的内径、所述灌装管道的转弯半径以及所述第k个转弯处出口流速，得到所述局部水头损失。

本发明的再一目的是提供一种液体药罐灌装系统，包括：

药液池；

药罐；

灌装管道，用于连通所述药液池和所述药罐；

第一阀门，用于控制所述灌装管道的通断；

第一泵机，用于为所述灌装管道的药液提供动力；

液位获取模块，用于实时获取所述药罐内的药液高度；以及

控制模块，用于依据管道流体力学中流量计算模型，确定所述药罐的灌装时间计算公式并计算灌装时间，所述控制模块还用于与所述第一阀门、所述第一泵机和所述液位获取模块电性连接，并能够发出报警。

本发明提供的液体药罐灌装控制方法的有益效果在于：与现有技术相比，可以通过在计算得出的灌装时间内对药罐进行灌注，并对比预设药液高度和药液实际高度，若预设药液高度和药液实际高度的差值超出误差范围，则识别或者辅助操作者识别出该药罐灌装不足，防止后续生产质量问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种液体药罐灌装控制方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的液体药罐灌装系统的示意图。

图中：1、药液池；2、第一主管道；3、第一泵机；4、第二主管道；5、分支管道；6、第一阀门；7、药罐；8、液位获取模块；9、第二阀门；10、回液分支管道；11、第二回液主管道；12、第二泵机；13、第一回液主管道；14、控制模块；15、信号线。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参见图1和图2，现对本发明提供的一种液体药罐灌装控制方法进行说明。图1示出了本发明的一个实施例提供的一种液体药罐灌装控制方法的实现流程，其过程详述如下：

在步骤S100中，获取灌装管道的注药流量系数、待灌装药罐7在灌装后的预设药液高度h_预、该药罐7在灌装前的药液高度h_前以及该药罐7的尺寸数据信息。其中，预设药液高度h_预是预想给待灌装药罐灌装到的一个数值，其是一个已知量。灌装管道，顾名思义就是药液池1和该药罐7之间用于灌装药液的输液管道，灌装管道的注药流量系数和该药罐7的尺寸数据信息都是跟液体药罐灌装系统的硬件相关，是系统的自身属性，在液体药罐灌装系统建成后，这些参数也是已知量或者是在建设前就已经设计好的预设量。

在步骤S200中，依据管道流体力学中流量计算模型，确定该药罐7的灌装时间计算公式，也就是说确定一个灌装时间与注药流量系数、预设药液高度h _预和尺寸数据信息等因素的函数关系式。

在步骤S300中，依据灌装时间计算公式、注药流量系数、预设药液高度h _预和尺寸数据信息确定该药罐7的灌装时间。

在步骤S400中，对该药罐7进行药液灌装作业，当灌装的作业时间达到上述由灌装时间计算公式计算出来的灌装时间时，停止药液灌装作业，并获取药液灌装作业后该药罐7内的药液实际高度h_实。

在步骤S500中，需要对比预设药液高度h_预和药液实际高度h_实这两个数值。若药液实际高度h_实与预设药液高度h_预的差值超出预设误差范围(该预设误差范围可事先经试验确定，差值超过预设误差范围则认定灌装不足)，则液体药罐灌装系统发出报警信号，这样系统或者操作者就可以迅速发现这个药罐7，并且可以判断这个药罐7发生了灌装不足，并且该药罐7可能是发生灌装管道杂质沉淀的情况，从而提示操作者对该药罐7进行检测，防止后续生产质量问题。

从上述实施例可知，本发明实施例提供的液体药罐灌装控制方法，可以通过在计算得出的灌装时间内对药罐进行灌注，并对比预设药液高度和药液实际高度，若预设药液高度和药液实际高度的差值超出误差范围，则识别或者辅助操作者识别出该药罐灌装不足，防止后续生产质量问题。

作为本发明提供的液体药罐灌装控制方法的一个具体实施例，该药罐7的尺寸数据信息包括该药罐的注药管口的截面积(即过液面积)、该药罐的罐腔底面积以及该药罐的高程差。高程差表示灌装管道的进液口端与出液口端在竖直方向上的高度差。

通常药罐7的罐腔都是规则的腔体，例如是圆柱腔、矩形腔等。罐腔底面积、罐腔高度和罐腔容积等参数是药罐7的硬件参数，且罐腔底面积×罐腔高度＝罐腔容积，所以在知道罐腔底面积、预设药液高度h_预和灌装前的药液高度 h_前之后就能够确定这个药罐7的预设灌装药液剂量。具体公式为：

V＝(h_预-h_前)s

其中,V为预设灌装药液剂量，h_预为预设药液高度，h_前为该药罐灌装前的药液高度。

此外，依据管道流体力学中流量计算模型，注药管口的瞬时注药流量公式为：

Q＝ucA√2gz

其中,Q为注药管口的瞬时注药流量，uc为注药流量系数，A为该药罐的注药管口的截面积,g为重力加速度常量，z为该药罐的高程差。

显然，理论上的灌装时间＝预设灌装药液剂量÷注药管口的瞬时注药流量，以此可以推倒出，灌装时间计算公式为：

其中，T为灌装时间，uc为注药流量系数，h_预为预设药液高度，h_前为该药罐灌装前的药液高度，s为该药罐的罐腔底面积，A为该药罐的注药管口的截面积,g为重力加速度常量，z为该药罐的高程差。

作为本发明提供的液体药罐灌装控制方法的一个具体实施例，所述获取灌装管道的注药流量系数包括：

获取从药池至该药罐的灌装管道的长度、灌装管道的内径、局部水头损失以及灌装管道的内断面平均流速(即药液在灌装管道中的流通截面积)。以上参数都可以根据设计值得到，灌装管道的内断面平均流速则还可以通过预先测试得到。

依据管道流体力学中流量计算模型，确定注药流量系数计算公式。

依据注药流量系数计算公式、灌装管道的长度、灌装管道的内径、局部水头损失以及内断面平均流速，得到注药流量系数。

需要指出的是，由于液体药罐灌装系统设定的灌装管道中液体一般为消毒液，灌装管道不会太长，所以灌装管道中的主管道(连接药液池1的管道)和分支管道(连通各药罐7和主管道的管道)直径不宜过大；通常主管道和分支管道的材料一致，管道内壁摩擦系数一致，直径也一致。如果主管道和分支管道有参数差别则根据现有的管道水力学计算，将误差矫正修整或者将主管道和分支管道等效成一个统一的等效管道即可。

作为本发明提供的液体药罐灌装控制方法的一个具体实施例，注药流量系数计算公式为：

其中，uc为注药流量系数，λ为沿程阻力系数，L为灌装管道的长度，d 为灌装管道的内径，g为重力加速度常量，h_w为水头损失，v为灌装管道的内断面平均流速。

这里需要说明的是，λ为沿程阻力系数，其等于64/Re，其中Re为雷诺系数(与具体液体流体有关)。

这里还要说明的是，如果灌装管道中主管道和分支管道的参数相同，那么灌装管道的长度就是从药液池1到该药罐7的管道路径上的总长度，如果主管道和分支管道的参数不同，那么需要将对应路径上的主管道和分支管道进行等效处理。

作为本发明提供的液体药罐灌装控制方法的一个具体实施例，获取水头损失包括：

获取从药液池1至该药罐7的沿程水头损失，获取从药液池1至该药罐7 的局部水头损失。水头损失包括两部分，即沿程水头损失和局部水头损失(即转弯水头损失)，两部分之和就是水头损失。

依据管道流体力学中流量计算模型，确定水头损失计算公式：

h_w＝h_f+h_m

其中，h_w为水头损失，h_f为沿程水头损失,h_m为局部水头损失。

依据沿程水头损失、局部水头损失和水头损失计算公式，得到水头损失系数。

作为本发明提供的液体药罐灌装控制方法的一个具体实施例，获取从药池至该药罐的沿程水头损失包括：

依据管道流体力学中流量计算模型，确定沿程水头损失计算公式：

其中，h_f为沿程水头损失,λ为沿程阻力系数，L为灌装管道的长度，d为灌装管道的内径，g为重力加速度常量，v为灌装管道的内断面平均流速；

依据沿程水头损失计算公式、灌装管道的长度、灌装管道的内径以及灌装管道的内断面平均流速，得到沿程水头损失。

这里同注药流量系数计算公式一样，如果灌装管道中主管道和分支管道的参数相同，那么灌装管道的长度就是从药液池1到该药罐7的管道路径上的总长度，如果主管道和分支管道的参数不同，那么需要将对应路径上的主管道和分支管道进行等效处理。

作为本发明提供的液体药罐灌装控制方法的一个具体实施例，获取从药池至该药罐7的局部水头损失包括：

获取灌装管道中的各转弯半径以及第k个转弯处出口流速；

依据现有管道流体力学中流量计算模型，确定局部水头损失计算公式：

其中，h_m为局部水头损失,n为灌装管道中的转弯数目，R为灌装管道的转弯半径，d为灌装管道的内径，g为重力加速度常量，v_k为第k个转弯处出口流速。第k个转弯处出口流速可以根据设计模型推算或者根据试验结果测试得出。

依据局部水头损失计算公式、灌装管道的内径、灌装管道的转弯半径以及第k个转弯处出口流速，得到局部水头损失。

局部水头损失，也就是各个弯头转弯处的局部水头损失之和。通常，由于液体药罐灌装系统设定的灌装管道中液体一般为消毒液，灌装管道不会太长，所以灌装管道中的主管道和分支管道的参数相同，其中使用的各转弯弯头的参数也是相同的或近似(误差可忽略)，只是各转弯处的出口流速可能不一样。如果有个别转弯弯头的参数不一致(误差不可忽略)，可用现有流体力学的知识对其进行等效处理。

请参见图2，本发明还提供一种液体药罐灌装系统，其作为载体，应用上述各实施例中的液体药罐灌装控制方法，包括药液池1、药罐7、灌装管道、第一阀门6、第一泵机3、液位获取模块8以及控制模块。

灌装管道用于连通药液池1和药罐7。这里需要理解的是，药罐7可能具有多个，各药罐7可能位于不同的高度上，那么灌装管道也具有多个，每个药罐7与药液池1之间都对应着一套灌装管道，每个药罐7所对应的灌装管道的长度可能是不同。

第一阀门6用于控制灌装管道的通断；第一泵机3用于为药液提供动力；液位获取模块能够实时获取药罐7内的药液高度。控制模块用于依据管道流体力学中流量计算模型，确定药罐7的灌装时间计算公式并计算灌装时间，控制模块还用于与第一阀门6、第一泵机3和液位获取模块8电性连接，控制模块能够接受液位获取模块8的信号以此获得药罐7内药液高度的实时信息，控制模块还可以控制第一阀门6、第一泵机3的动作，使药罐7进行灌装作业或者停止灌装作业。控制模块在识别出灌装不足的药罐7后，能够报警，并提示给草走着相应的药罐7出现。

本发明实施例提供的液体药罐灌装系统，与现有技术相比，可以通过在计算得出的灌装时间内对药罐进行灌注，并对比预设药液高度和药液实际高度，若预设药液高度和药液实际高度的差值超出误差范围，则识别或者辅助操作者识别出该药罐灌装不足，防止后续生产质量问题。

作为本发明提供的液体药罐灌装系统的一个具体实施例，控制模块具有多个报警灯或者报警器，每个报警灯或者报警器对应一个药罐7，相关药罐7被发现灌装不足后，对应的报警灯就会闪亮、或者是对应的报警器就会报警。

作为本发明提供的液体药罐灌装系统的一个具体实施例，控制模块可以计算机、PLC或者单片机等控制器件或控制单元，液位获取模块8可以是液位传感器。

请参见图2，作为本发明提供的液体药罐灌装系统的一个具体实施例，灌装管道一般包括主管道和分支管道5。各药罐7对应的灌装管道的主管道和分值管道5的长度都可能不同。主管道上设有第一泵机3，第一泵机3将主管道分为第一主管道2和第二主管道4两部分，第一主管道2与药液池相连通。各分支管道5用于直接连通各药罐7和第二主管道4。

请参见图2，作为本发明提供的液体药罐灌装系统的一个具体实施例，本发明实施例提供的液体药罐灌装系统还包括回液管道、第二阀门9和第二泵机12。第二阀门9和第二泵机12与控制模块电性连接，控制模块能够控制第二阀门9和第二泵机12的动作。回液管道用于将各药罐7中的药液导通回流至药液池1，第二阀门9控制回液管道的通断，第二泵机12为回液管道的药液回流提供动力。使用时，控制器可以实时通过液位获取模块8监测药罐7内的药液液位，回流作业时当药罐7内的药液液位达到预设药液液位时，控制模块控制第二阀门9和第二泵机12停止回液动作。

请参见图2，作为本发明提供的液体药罐灌装系统的一个具体实施例，回液管道一般包括回液主管道和回液分支管道10。回液主管道上设有第二泵机 12，第二泵机12将回液主管道分为第一回液主管道13和第二回液主管道11 两部分，第一回液主管道13与药液池相连通。各回液分支管道10用于直接连通各药罐7和第二回液主管道11。

请参见图2，作为本发明提供的液体药罐灌装系统的一个具体实施例，特定某个药罐7对应的灌装管道的进液口位于药液池1的底部，灌装管道的出液口位于该药罐7的顶部，具体地，也就是第一主管道2的进液口与药液池1的底部连通，对应的分支管道5的出液口连通药罐7的顶部，所以某个特定的药罐7的高程差也就是药液池1底部与该药罐7顶部的高度差。

请参见图2，作为本发明提供的液体药罐灌装系统的一个具体实施例，特定某个药罐7对应的回液管道的出液口位于药液池1的上部，回液管道的进液口位于该药罐7的底部，具体地，也就是第一回液主管道13的出液口与药液池 1的上部连通，对应的回液分支管道10的进液口连通药罐7的底部。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.液体药罐灌装控制方法，其特征在于，包括：

获取灌装管道的注药流量系数，获取待灌装药罐在灌装后的预设药液高度、该药罐在灌装前的药液高度以及该药罐的尺寸数据信息；

依据管道流体力学中流量计算模型，确定该药罐的灌装时间计算公式；

依据所述灌装时间计算公式、所述注药流量系数、所述预设药液高度以及所述尺寸数据信息确定该药罐的灌装时间；

对该药罐进行药液灌装作业，当灌装的作业时间达到所述灌装时间时，停止药液灌装作业，并获取药液灌装作业后该药罐内的药液实际高度；

若所述药液实际高度与所述预设药液高度的差值超出预设误差范围，则发出报警信号。

2.如权利要求1所述的液体药罐灌装控制方法，其特征在于，所述灌装时间计算公式为：

其中，T为灌装时间，uc为注药流量系数，h_预为预设药液高度，h_前为该药罐灌装前的药液高度，s为该药罐的罐腔底面积，A为该药罐的注药管口的截面积,g为重力加速度常量，z为该药罐的高程差，所述高程差表示所述灌装管道的进液口端与出液口端在竖直方向上的高度差。

3.如权利要求2所述的液体药罐灌装控制方法，其特征在于，所述获取灌装管道的注药流量系数包括：

获取灌装管道的长度、所述灌装管道的内径、局部水头损失以及所述灌装管道的内断面平均流速；

依据管道流体力学中流量计算模型，确定注药流量系数计算公式；

依据所述注药流量系数计算公式、所述灌装管道的长度、所述灌装管道的内径、所述局部水头损失以及所述内断面平均流速，得到所述注药流量系数。

4.如权利要求3所述的液体药罐灌装控制方法，其特征在于，所述注药流量系数计算公式为：

其中，uc为注药流量系数，λ为沿程阻力系数，L为灌装管道的长度，d为灌装管道的内径，g为重力加速度常量，h_w为水头损失，v为灌装管道的内断面平均流速。

5.如权利要求4所述的液体药罐灌装控制方法，其特征在于，所述获取水头损失包括：

获取从药液池至该药罐的沿程水头损失，获取从药液池至该药罐的局部水头损失h_m；

依据管道流体力学中流量计算模型，确定水头损失计算公式：

h_w＝h_f+h_m

其中，h_w为水头损失，h_f为沿程水头损失,h_m为局部水头损失；

依据所述沿程水头损失、所述局部水头损失和所述水头损失计算公式，得到所述水头损失系数。

6.如权利要求5所述的液体药罐灌装控制方法，其特征在于，所述获取从药池至该药罐的沿程水头损失包括：

依据管道流体力学中流量计算模型，确定沿程水头损失计算公式：

其中，h_f为沿程水头损失,λ为沿程阻力系数，L为灌装管道的长度，d为灌装管道的内径，g为重力加速度常量，v为灌装管道的内断面平均流速；

依据所述沿程水头损失计算公式、所述灌装管道的长度、所述灌装管道的内径以及所述灌装管道的内断面平均流速，得到所述沿程水头损失。

7.如权利要求5所述的液体药罐灌装控制方法，其特征在于，所述获取从药池至该药罐的局部水头损失包括：

获取所述灌装管道的转弯半径以及第k个转弯处出口流速；

依据管道流体力学中流量计算模型，确定局部水头损失计算公式：

其中，h_m为局部水头损失,n为灌装管道中的转弯数目，R为灌装管道的转弯半径，d为灌装管道的内径，g为重力加速度常量，v_k为第k个转弯处出口流速；

依据所述局部水头损失计算公式、所述灌装管道的内径、所述灌装管道的转弯半径以及所述第k个转弯处出口流速，得到所述局部水头损失。

8.液体药罐灌装系统，其特征在于，包括：

药液池；

药罐；

灌装管道，用于连通所述药液池和所述药罐；

第一阀门，用于控制所述灌装管道的通断；

第一泵机，用于为所述灌装管道的药液提供动力；

液位获取模块，用于实时获取所述药罐内的药液高度；以及

控制模块，用于依据管道流体力学中流量计算模型，确定所述药罐的灌装时间计算公式并计算灌装时间，所述控制模块还用于与所述第一阀门、所述第一泵机和所述液位获取模块电性连接，并能够发出报警。

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