CN113467540B - 一种药物加工用智能高低温智能控制系统 - Google Patents

一种药物加工用智能高低温智能控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种药物加工用智能高低温智能控制系统，涉及温度控制技术领域；包括温度调节模块、PLC控制器、设置模块、损耗监测模块、报警模块和预警管理模块；本发明先将反应釜夹套的导热介质的温度升至超过反应釜物料目标温度，当釜内物料温度实际值与目标设定温度接近时，再降低夹套内导热介质的温度，避免反应釜物料温度的超调；所述温度调节模块用于驱动控制热源以对应的流量阈值进行流动；所述损耗监测模块用于监测反应釜夹套温度和反应釜内物料温度并进行损耗分析；当损耗异常时及时预警；可以实现夹套温度对釜内温度的快速追随，能够实现在整个过程反应釜物料温度在±2℃的控制范围，恒温时控温精度可达±0.2℃。

Description

一种药物加工用智能高低温智能控制系统
技术领域
本发明涉及温度控制技术领域，具体涉及一种药物加工用智能高低温智能控制系统。
背景技术
传统的制药厂和化工厂的反应釜控温时，采用手动操作阀门来控制通过反应釜夹套的冷源和热源，以此来控制反应釜物料温度，但是由于温度控制系统具有滞后性，手动操作阀门不能实现对反应釜夹套温度的实时控制，会造成反应釜内物料温度不稳定，容易超过反应釜物料要求的温度范围；
现有技术中对反应釜内物料温度的控制，其主要方式是通过控制夹套内导热介质的温度实现的，如果将夹套内导热介质的温度控制在反应釜物料的目标温度，则会造成反应釜内物料升温速率过于缓慢。同时，随着生产企业对工艺过程的要求越来越高，整个工艺工程自动化也应运而生；高精度的工艺过程要求反应釜内物料温度在升降温过程和温度过程的波动范围在±2℃；为此，我们提出一种药物加工用智能高低温智能控制系统。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种药物加工用智能高低温智能控制系统。本发明先将反应釜夹套的导热介质的温度升至超过反应釜物料目标温度，等到釜内物料温度实际值与目标设定温度接近时，然后再降低夹套内导热介质的温度，这样一方面可以实现反应釜内物料的快速升降温，另一方面可以避免反应釜物料温度的超调。本发明采用冷源和热源，冷源为-20℃冷冻水，热源为蒸汽；冷源和热源通过设备内换热器与导热介质换热；可以实现夹套温度对釜内温度的快速追随，能够实现在整个过程反应釜物料温度在±2℃的控制范围，恒温时控温精度可达±0.2℃；同时本发明可以使反应釜物料温度根据生产工艺要求自动调整设定温度和控温时间，实现工艺工程的自动化运行，避免人工操作带来的控温精度不高和易操作失误等问题；并且使温控系统的操作方式、信息记录和报警信息满足FDA对制药设备审计的要求。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种药物加工用智能高低温智能控制系统，应用于智能温控设备和反应釜；包括温度调节模块、PLC控制器、设置模块、损耗监测模块、报警模块和预警管理模块；
所述反应釜内设置有反应釜夹套；所述智能温控设备包含磁力泵、调节阀、换热器、温度传感器、压力传感器和液位传感器；
所述PLC控制器分别与温度传感器和设置模块相连接，所述温度传感器用于实时监测反应釜夹套温度和反应釜内物料温度并将监测到的反应釜夹套温度和反应釜内物料温度传送至PLC控制器；所述设置模块用于设置目标温度并将目标温度发送至PLC控制器；所述PLC控制器将目标温度与温度传感器监测到的反应釜夹套温度和反应釜内物料温度进行对比用于判断温度调节模块的工作模式是制热还是制冷；具体步骤为：
步骤一：通过设置模块设置目标温度；通过温度传感器实时监测反应釜夹套温度和反应釜内物料温度；并将反应釜夹套温度标记为W1，将反应釜内物料温度标记为W2；
步骤二：将W1、W2均与目标温度相比较；
若W2＜W1＜目标温度时，所述PLC控制器驱动控制温度调节模块对导热介质进行加热，直至反应釜夹套温度W1大于目标温度；
步骤三：当温度调节模块对导热介质进行加热时，继续观察反应釜内物料温度W2，当W2与目标温度的温度差处于预设误差范围内时，所述PLC控制器驱动控制温度调节模块降低反应釜夹套内导热介质的温度，避免反应釜物料温度超过目标温度；
所述压力传感器用于实时监测反应釜内物料的压力并将物料压力传输至PLC控制器；所述液位传感器用于实时监测反应釜内物料的液位并将物料液位传输至PLC控制器；所述PLC控制器用于将物料压力和物料液位传输至温度调节模块；当温度调节模块对导热介质进行加热时，所述温度调节模块用于接收PLC控制器传输的物料压力和物料液位并结合反应釜夹套温度、反应釜内物料温度和目标温度进行分析处理，具体分析处理步骤为：
S1：将采集的物料压力标记为L1，将物料液位标记为L2，将目标温度标记为W3；
S2：利用公式WB＝W3/(W1+W2)×b1+(W1-W2)/(W3-W2)×b2+L1×b3+L2×b4计算得到温度补偿值WB，其中b1、b2、b3、b4均为系数因子；
S3：设定若干个热源的流量阈值；并标记为Hm，m＝1，2，…，15；且H1＜H2＜…＜H15；其中，不同的流量阈值对应的不同的流动速度；温度调节模块通过调节冷源或者热源的流量，从而控制导热介质的温度；
设定每个流量阈值Hm均对应一个预设温度补偿值范围；具体表现为：H1对应的预设温度补偿值范围为(0，h1]，H2对应的预设温度补偿值范围为(h1，h2]，…，H15对应的预设温度补偿值范围为(h14，h15]；其中0＜h1＜h2＜…＜h15；
当WB∈(hm-1，hm]时，则预设温度补偿值范围对应的流量阈值为Hm；
S4：温度调节模块驱动控制热源以流量阈值Hm进行流动；从而控制导热介质的温度；提高温度控制精度和平稳度；
进一步地，反应釜物料温度控制是通过控制反应釜的夹套温度实现的，因此需要实现反应釜夹套温度对反应釜物料温度的快速跟随；所述损耗监测模块用于监测反应釜夹套温度和反应釜内物料温度并进行损耗分析；当损耗异常时及时预警，提高温度控制精度；具体分析过程如下：
V1：获取反应釜夹套温度W1和反应釜内物料温度W2；获取物料压力L1和物料液位L2；
V2：利用公式SH＝(W1-W2)×g1/(L1×g2+L2×g3)-0.2368计算得到温度损耗值SH；其中g1、g2、g3均为系数因子；
V3：将反应釜的工作开始时间与系统当前时间进行时间差计算获取得到工作时长并标记为D1；
设定若干个温度损耗阈值，并标记为Kx；x＝1，2，……，20；其中，K1＜K2＜……＜K20；每个温度损耗阈值Kx均对应一个预设工作时长范围，依次分别为(k1，k2]，(k2，k3]，…，(k20，k21]；且k1＜k2＜…＜k20＜k21；
当D1∈(kx，kx+1]，则预设工作时长范围对应的温度损耗阈值为Kx；
若SH＞Kx且SH＞Kx的时长超过预设时长阈值，则表示反应釜的夹套温度损耗异常，生成预警指令；
V4：所述损耗监测模块用于将预警指令反馈至PLC控制器，所述PLC控制器接收到预警指令后控制报警模块发出警报；并将预警指令传输至预警管理模块。
进一步地，所述预警管理模块接收到预警指令后分配对应的管理人员进行处理；具体工作步骤为：
VV1：将当前上班的工作人员标记为初选人员；
VV2：向初选人员的手机终端发送位置获取指令并获取初选人员的实时位置，将初选人员的实时位置与反应釜的位置进行距离差计算获取得到处理间距，并标记为CL；
VV3：将初选人员从业时间与系统当前时间进行时间差计算获取得到初选人员的从业时长并标记为CT；将初选人员的处理总次数标记为C1；设定初选人员的年龄为N1；
VV4：将处理间距、从业时长、处理总次数和年龄进行归一化处理并取其数值；利用公式PW＝1/CL×a1+CT×a2+C1×a3-|N1-32|×a4获取得到初选人员的匹配值PW；其中，a1、a2、a3、a4均为系数因子；
VV5：将匹配值PW最大的初选人员标记为管理人员，同时该管理人员的处理总次数增加一；所述预警管理模块用于将预警指令和对应的反应釜位置发送至管理人员的手机终端。
进一步地，反应釜夹套内设置有导热介质；所述智能温控设备通过供液管道与反应釜下端连接，回液管道和反应釜上端连接，磁力泵将换热后导热介质输送至反应釜，导热介质在反应釜和温控设备之间循环流动。
进一步地，所述温度调节模块包括冷源和热源；所述冷源为-20℃冷冻水；所述热源为蒸汽；所述冷源和热源通过设备内换热器与导热介质换热；用于调节反应釜夹套的温度；所述调节阀用于调节冷源或者热源的流量，从而控制导热介质的温度。
本发明的有益效果是：
1、本发明中PLC控制器将目标温度与温度传感器监测到的反应釜夹套温度和反应釜内物料温度进行对比用于判断温度调节模块的工作模式是制热还是制冷；若W2＜W1＜目标温度时，所述PLC控制器驱动控制温度调节模块对导热介质进行加热，直至反应釜夹套温度W1大于目标温度；当W2与目标温度的温度差处于预设误差范围内时，所述PLC控制器驱动控制温度调节模块降低反应釜夹套内导热介质的温度，实现反应釜内物料的快速升降温，同时避免反应釜物料温度超过目标温度。
2、当温度调节模块对导热介质进行加热时，所述温度调节模块用于接收PLC控制器传输的物料压力和物料液位并结合反应釜夹套温度、反应釜内物料温度和目标温度进行分析处理，利用公式WB＝W3/(W1+W2)×b1+(W1-W2)/(W3-W2)×b2+L1×b3+L2×b4计算得到温度补偿值WB，设定若干个热源的流量阈值；设定每个流量阈值均对应一个预设温度补偿值范围；当WB∈(hm-1，hm]时，则预设温度补偿值范围对应的流量阈值为Hm；温度调节模块驱动控制热源以流量阈值Hm进行流动；从而控制导热介质的温度；提高温度控制精度和平稳度；
3、本发明中损耗监测模块用于监测反应釜夹套温度和反应釜内物料温度并进行损耗分析；利用公式SH＝(W1-W2)×g1/(L1×g2+L2×g3)-0.2368计算得到温度损耗值SH；若SH＞对应的温度损耗阈值Kx且SH＞Kx的时长超过预设时长阈值，则表示反应釜的夹套温度损耗异常，生成预警指令，提高温度控制精度；所述PLC控制器接收到预警指令后控制报警模块发出警报；并将预警指令传输至预警管理模块；所述预警管理模块接收到预警指令后分配对应的管理人员进行处理。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种药物加工用智能高低温智能控制系统，应用于智能温控设备和反应釜；包括温度调节模块、PLC控制器、设置模块、损耗监测模块、报警模块和预警管理模块；
所述反应釜内设置有反应釜夹套；所述智能温控设备包含磁力泵、调节阀、换热器、温度传感器、压力传感器和液位传感器；
所述温度调节模块包括冷源和热源；所述冷源为-20℃冷冻水；所述热源为蒸汽；所述冷源和热源通过设备内换热器与导热介质换热；用于调节反应釜夹套的温度；所述调节阀用于调节冷源或者热源的流量，从而控制导热介质的温度；
反应釜夹套内设置有导热介质；所述智能温控设备通过供液管道与反应釜下端连接，回液管道和反应釜上端连接，磁力泵将换热后导热介质输送至反应釜，导热介质在反应釜和温控设备之间循环流动；
所述PLC控制器分别与温度传感器和设置模块相连接，所述温度传感器用于实时监测反应釜夹套温度和反应釜内物料温度并将监测到的反应釜夹套温度和反应釜内物料温度传送至PLC控制器；所述设置模块用于设置目标温度并将目标温度发送至PLC控制器；所述PLC控制器将目标温度与温度传感器监测到的反应釜夹套温度和反应釜内物料温度进行对比用于判断温度调节模块的工作模式是制热还是制冷；具体步骤为：
步骤一：通过设置模块设置目标温度；通过温度传感器实时监测反应釜夹套温度和反应釜内物料温度；并将反应釜夹套温度标记为W1，将反应釜内物料温度标记为W2；
步骤二：将W1、W2均与目标温度相比较；
若W2＜W1＜目标温度时，所述PLC控制器驱动控制温度调节模块对导热介质进行加热，直至反应釜夹套温度W1大于目标温度；
步骤三：当温度调节模块对导热介质进行加热时，继续观察反应釜内物料温度W2，当W2与目标温度的温度差处于预设误差范围内时，所述PLC控制器驱动控制温度调节模块降低反应釜夹套内导热介质的温度，避免反应釜物料温度超过目标温度；
所述压力传感器用于实时监测反应釜内物料的压力并将物料压力传输至PLC控制器；所述液位传感器用于实时监测反应釜内物料的液位并将物料液位传输至PLC控制器；所述PLC控制器用于将物料压力和物料液位传输至温度调节模块；
当温度调节模块对导热介质进行加热时，所述温度调节模块用于接收PLC控制器传输的物料压力和物料液位并结合反应釜夹套温度、反应釜内物料温度和目标温度进行分析处理，具体分析处理步骤为：
S1：将采集的物料压力标记为L1，将物料液位标记为L2，将目标温度标记为W3；
S2：利用公式WB＝W3/(W1+W2)×b1+(W1-W2)/(W3-W2)×b2+L1×b3+L2×b4计算得到温度补偿值WB，其中b1、b2、b3、b4均为系数因子；
S3：设定若干个热源的流量阈值；并标记为Hm，m＝1，2，…，15；且H1＜H2＜…＜H15；其中，不同的流量阈值对应的不同的流动速度；温度调节模块通过调节冷源或者热源的流量，从而控制导热介质的温度；
设定每个流量阈值Hm均对应一个预设温度补偿值范围；具体表现为：H1对应的预设温度补偿值范围为(0，h1]，H2对应的预设温度补偿值范围为(h1，h2]，…，H15对应的预设温度补偿值范围为(h14，h15]；其中0＜h1＜h2＜…＜h15；
当WB∈(hm-1，hm]时，则预设温度补偿值范围对应的流量阈值为Hm；
S4：温度调节模块驱动控制热源以流量阈值Hm进行流动；从而控制导热介质的温度；提高温度控制精度和平稳度；
反应釜物料温度控制是通过控制反应釜的夹套温度实现的，因此需要实现反应釜夹套温度对反应釜物料温度的快速跟随；所述损耗监测模块用于监测反应釜夹套温度和反应釜内物料温度并进行损耗分析；当损耗异常时及时预警，提高温度控制精度；具体分析过程如下：
V1：获取反应釜夹套温度W1和反应釜内物料温度W2；获取物料压力L1和物料液位L2；
V2：利用公式SH＝(W1-W2)×g1/(L1×g2+L2×g3)-0.2368计算得到温度损耗值SH；其中g1、g2、g3均为系数因子；
V3：将反应釜的工作开始时间与系统当前时间进行时间差计算获取得到工作时长并标记为D1；
设定若干个温度损耗阈值，并标记为Kx；x＝1，2，……，20；其中，K1＜K2＜……＜K20；每个温度损耗阈值Kx均对应一个预设工作时长范围，依次分别为(k1，k2]，(k2，k3]，…，(k20，k21]；且k1＜k2＜…＜k20＜k21；
当D1∈(kx，kx+1]，则预设工作时长范围对应的温度损耗阈值为Kx；
若SH＞Kx且SH＞Kx的时长超过预设时长阈值，则表示反应釜的夹套温度损耗异常，生成预警指令；
V4：所述损耗监测模块用于将预警指令反馈至PLC控制器，所述PLC控制器接收到预警指令后控制报警模块发出警报；并将预警指令传输至预警管理模块；所述预警管理模块接收到预警指令后分配对应的管理人员进行处理；具体工作步骤为：
VV1：将当前上班的工作人员标记为初选人员；
VV2：向初选人员的手机终端发送位置获取指令并获取初选人员的实时位置，将初选人员的实时位置与反应釜的位置进行距离差计算获取得到处理间距，并标记为CL；
VV3：将初选人员从业时间与系统当前时间进行时间差计算获取得到初选人员的从业时长并标记为CT；将初选人员的处理总次数标记为C1；设定初选人员的年龄为N1；
VV4：将处理间距、从业时长、处理总次数和年龄进行归一化处理并取其数值；利用公式PW＝1/CL×a1+CT×a2+C1×a3-|N1-32|×a4获取得到初选人员的匹配值PW；其中，a1、a2、a3、a4均为系数因子；
VV5：将匹配值PW最大的初选人员标记为管理人员，同时该管理人员的处理总次数增加一；所述预警管理模块用于将预警指令和对应的反应釜位置发送至管理人员的手机终端。
本发明的工作原理是：
一种药物加工用智能高低温智能控制系统，在工作时，反应釜夹套内设置有导热介质；所述智能温控设备通过供液管道与反应釜下端连接，回液管道和反应釜上端连接，磁力泵将换热后导热介质输送至反应釜，导热介质在反应釜和温控设备之间循环流动；所述PLC控制器分别与温度传感器和设置模块相连接，所述PLC控制器将目标温度与温度传感器监测到的反应釜夹套温度和反应釜内物料温度进行对比用于判断温度调节模块的工作模式是制热还是制冷；若W2＜W1＜目标温度时，所述PLC控制器驱动控制温度调节模块对导热介质进行加热，直至反应釜夹套温度W1大于目标温度；当W2与目标温度的温度差处于预设误差范围内时，所述PLC控制器驱动控制温度调节模块降低反应釜夹套内导热介质的温度，避免反应釜物料温度超过目标温度；
当温度调节模块对导热介质进行加热时，所述温度调节模块用于接收PLC控制器传输的物料压力和物料液位并结合反应釜夹套温度、反应釜内物料温度和目标温度进行分析处理，利用公式WB＝W3/(W1+W2)×b1+(W1-W2)/(W3-W2)×b2+L1×b3+L2×b4计算得到温度补偿值WB，设定若干个热源的流量阈值；设定每个流量阈值均对应一个预设温度补偿值范围；当WB∈(hm-1，hm]时，则预设温度补偿值范围对应的流量阈值为Hm；温度调节模块驱动控制热源以流量阈值Hm进行流动；从而控制导热介质的温度；提高温度控制精度和平稳度；
反应釜物料温度控制是通过控制反应釜的夹套温度实现的，因此需要实现反应釜夹套温度对反应釜物料温度的快速跟随；所述损耗监测模块用于监测反应釜夹套温度和反应釜内物料温度并进行损耗分析；利用公式SH＝(W1-W2)×g1/(L1×g2+L2×g3)-0.2368计算得到温度损耗值SH；若SH＞对应的温度损耗阈值Kx且SH＞Kx的时长超过预设时长阈值，则表示反应釜的夹套温度损耗异常，生成预警指令，提高温度控制精度；所述PLC控制器接收到预警指令后控制报警模块发出警报；并将预警指令传输至预警管理模块；所述预警管理模块接收到预警指令后分配对应的管理人员进行处理。
上述公式均是由采集大量数据进行软件模拟及相应专家进行参数设置处理，得到与真实结果符合的公式。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.一种药物加工用智能高低温智能控制系统，应用于智能温控设备和反应釜；其特征在于，包括温度调节模块、PLC控制器、设置模块、损耗监测模块、报警模块和预警管理模块；
所述反应釜内设置有反应釜夹套；所述智能温控设备包含磁力泵、调节阀、换热器、温度传感器、压力传感器和液位传感器；
所述PLC控制器分别与温度传感器和设置模块相连接，所述温度传感器用于实时监测反应釜夹套温度和反应釜内物料温度并将监测到的反应釜夹套温度和反应釜内物料温度传送至PLC控制器；所述设置模块用于设置目标温度并将目标温度发送至PLC控制器；所述PLC控制器将目标温度与温度传感器监测到的反应釜夹套温度和反应釜内物料温度进行对比，用于判断温度调节模块的工作模式是制热还是制冷；
所述压力传感器用于实时监测反应釜内物料的压力；所述液位传感器用于实时监测反应釜内物料的液位；所述PLC控制器用于将物料压力和物料液位传输至温度调节模块；当温度调节模块对导热介质进行加热时，所述温度调节模块用于接收PLC控制器传输的物料压力和物料液位并结合反应釜夹套温度、反应釜内物料温度和目标温度进行分析处理，具体分析处理步骤为：
将采集的物料压力标记为L1，将物料液位标记为L2，将目标温度标记为W3；利用公式WB＝W3/(W1+W2)×b1+(W1-W2)/(W3-W2)×b2+L1×b3+L2×b4计算得到温度补偿值WB；其中b1、b2、b3、b4均为系数因子，W1为反应釜夹套温度，W2为反应釜内物料温度；
设定若干个热源的流量阈值；设定每个流量阈值均对应一个预设温度补偿值范围；设定温度补偿值WB对应的流量阈值为Hm；所述温度调节模块驱动控制热源以流量阈值Hm进行流动；
所述损耗监测模块用于监测反应釜夹套温度和反应釜内物料温度并进行损耗分析；当损耗异常时，生成预警指令；预警管理模块接收到预警指令后分配对应的管理人员进行处理。
2.根据权利要求1所述的一种药物加工用智能高低温智能控制系统，其特征在于，所述损耗监测模块的具体分析过程如下：
获取反应釜夹套温度W1和反应釜内物料温度W2；获取物料压力L1和物料液位L2；利用公式SH＝(W1-W2)×g1/(L1×g2+L2×g3)-0.2368计算得到温度损耗值SH；其中g1、g2、g3均为系数因子；
将反应釜的工作开始时间与系统当前时间进行时间差计算获取得到工作时长并标记为D1；设定若干个温度损耗阈值，每个温度损耗阈值均对应一个预设工作时长范围，设定工作时长D1对应的温度损耗阈值为Kx；
若SH＞Kx且SH＞Kx的时长超过预设时长阈值，则生成预警指令；所述损耗监测模块用于将预警指令反馈至PLC控制器，所述PLC控制器接收到预警指令后控制报警模块发出警报；并将预警指令传输至预警管理模块。
3.根据权利要求1所述的一种药物加工用智能高低温智能控制系统，其特征在于，所述PLC控制器的具体判断步骤为：
通过设置模块设置目标温度；通过温度传感器实时监测反应釜夹套温度W1和反应釜内物料温度W2；若W2＜W1＜目标温度时，所述PLC控制器驱动控制温度调节模块对导热介质进行加热，直至反应釜夹套温度W1大于目标温度；
当温度调节模块对导热介质进行加热时，继续观察反应釜内物料温度W2，当W2与目标温度的温度差处于预设误差范围内时，所述PLC控制器驱动控制温度调节模块降低反应釜夹套内导热介质的温度。
4.根据权利要求1所述的一种药物加工用智能高低温智能控制系统，其特征在于，所述温度调节模块包括冷源和热源；所述冷源为-20℃冷冻水；所述热源为蒸汽；所述冷源和热源通过设备内换热器与导热介质换热；用于调节反应釜夹套的温度；所述调节阀用于调节冷源或者热源的流量以控制导热介质的温度。
5.根据权利要求1所述的一种药物加工用智能高低温智能控制系统，其特征在于，反应釜夹套内设置有导热介质；所述智能温控设备通过供液管道与反应釜下端连接，回液管道和反应釜上端连接，磁力泵将换热后导热介质输送至反应釜，导热介质在反应釜和温控设备之间循环流动。
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