CN204085063U - 一种带pid掺气控制系统的冻干机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出一种带PID掺气控制系统的冻干机，包括冻干箱，所述冻干箱连接有冷阱，所述冷阱连接有真空泵；所述冻干箱连接有真空度传感器，所述真空度传感器与PID控制器相连；所述冻干箱连接有进气管道，所述进气管道的进气口处设有呼吸过滤器，所述进气管道上设有电动调节阀，所述电动调节阀与所述PID控制器相连；所述PID控制器包括依次相连的放大电路、滤波电路、A/D转换电路、PLC控制器和D/A转换电路，所述真空度传感器与所述放大电路相连，所述电动调节阀与所述D/A转换电路相连。本实用新型提高了控制精度，掺气过程平稳。
Description
技术领域
本实用新型涉及冷冻干燥设备，具体是一种带PID掺气控制系统的冻干机。
背景技术
制品在升华干燥和解析干燥过程中，冻干箱内真空度过低会使升华速率降低；而真空度过高又会降低板层对制品的热对流和热传导能力，进而间接地降低了制品的升华速率。因此，需要使真空度保持在一个特定的数值范围内。
为了稳定冻干箱内的真空度，传统的控制方式主要有两种：一种是通过控制电动挡板阀的开闭来控制冻干箱的进气量，同时保证真空泵端的抽气速率保持不变；另一种是直接控制冻干箱与冷阱间的中隔阀的开闭，通过改变抽气量的方式来保持真空度。由于在冻干过程中关闭中隔阀会影响冷阱对水汽的捕捉，因此第一种方法比较常用。
第一种方法在冻干箱上外接一管路，该管路上安装一电动挡板阀和一手动调节阀用于对冻干箱进行掺气。当真空计或真空规管检测到冻干箱内的真空度值高于设定值的上限时，电动挡板阀开启，外部的无菌空气进入冻干箱使冻干箱内的真空度下降；当冻干箱内的真空度低于设定值的下限时，电动挡板阀关闭，停止对冻干箱掺气。而掺气流量的大小则通过事先调节好的手动调节阀进行控制。
上述掺气控制虽然是一个闭环控制系统，但仍存在一定的技术缺陷：①从电动挡板阀开始控制掺气到真空规管获取掺气后冻干箱内的真空度值的过程缓慢，进而使得控制系统出现响应慢、超调量大等问题。②当对冻干箱内进行掺气时，冻干箱内的真空度波动较大，对于对温度特别敏感的制品，破坏了制品的性能。③掺气流量由手动调节阀进行调节，系统无法根据所需掺气量的多少对掺气流量进行调整，控制精度低。④对于冻干过程中不同的升华阶段，比如一次干燥和二次干燥对真空度值的要求差别很大，传统的掺气控制方法难以根据不同的冻干阶段改变掺气量的大小。
实用新型内容
本实用新型提出一种带PID掺气控制系统的冻干机，以解决现有技术中冻干机掺气控制响应慢、超调量大、波动大、控制精度低等问题。
本实用新型的技术方案是这样实现的：
一种带PID掺气控制系统的冻干机，包括冻干箱，所述冻干箱连接有冷阱，所述冷阱连接有真空泵；所述冻干箱连接有真空度传感器，所述真空度传感器与PID控制器相连；所述冻干箱连接有进气管道，所述进气管道的进气口处设有呼吸过滤器，所述进气管道上设有电动调节阀，所述电动调节阀与所述PID控制器相连；
所述PID控制器包括依次相连的放大电路、滤波电路、A/D转换电路、PLC控制器和D/A转换电路，所述真空度传感器与所述放大电路相连，所述电动调节阀与所述D/A转换电路相连。
进一步地，所述真空度传感器为真空规管。
进一步地，所述真空度传感器与所述冻干箱之间设有第一挡板阀。
进一步地，所述冻干箱与所述冷阱之间设有中隔阀。
进一步地，所述冷阱与所述真空泵之间设有第二挡板阀。
进一步地，所述PLC控制器连接有计算机和触摸屏。
本实用新型的有益效果为：
本实用新型将电动挡板阀用电动调节阀代替，并且将原来的掺气方式由简单的电动挡板阀开闭控制变为实时的电动调节阀的流量控制。而电动调节阀流量的大小由PLC控制器通过PID运算确定。
1、提高了冻干箱内的真空度的控制精度，进而可以提高制品的升华速率，因此，可以缩减整个制品的生产周期。
2、由于掺气过程平稳，不会引起冻干箱内真空度值的突变、且控制精度高，因此冻干制品的性能更好，且同一批制品的性能更加均匀。
3、满足了某些药品和化工制品冻干过程高真空度的要求。
4、可满足冻干过程中不同的升华阶段真空度值不同的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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得其他的附图。
图1是本实用新型一个实施例的结构示意图；
图2是PID掺气控制系统的原理图。
图中：
1、电动调节阀；2、呼吸过滤器；3、冻干箱；4、真空度传感器；5、第一挡板阀；6、中隔阀；7、第二挡板阀；8、真空泵；9、冷阱；10、进气管道；11、进气口；12、PID控制器。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1和图2所示，本实施例中的带PID掺气控制系统的冻干机，包括冻干箱2，所述冻干箱2连接有冷阱9，所述冷阱9连接有真空泵8；所述冻干箱2连接有真空度传感器4，所述真空度传感器4与PID控制器12相连；所述冻干箱2连接有进气管道10，所述进气管道10的进气口11处设有呼吸过滤器2，所述进气管道10上设有电动调节阀1，所述电动调节阀1与所述PID控制器12相连。
所述PID控制器12包括依次相连的放大电路、滤波电路、A/D转换电路、PLC控制器和D/A转换电路，所述真空度传感器4与所述放大电路相连，所述电动调节阀1与所述D/A转换电路相连。
本实施例中，所述真空度传感器4为真空规管。所述真空度传感器4与所述冻干箱2之间设有第一挡板阀5，本实施例中采用手动挡板阀。所述冻干箱2与所述冷阱9之间设有中隔阀6。所述冷阱9与所述真空泵8之间设有第二挡板阀7，本实施例中采用电动挡板阀。所述PLC控制器连接有计算机和触摸屏。
本实施例以冻干箱2内的真空度为控制对象，以电动调节阀1为执行机构，以真空规管为检测元件，以PLC为控制器，组成一个具有负反馈的控制系统。首先，冻干箱2与第一挡板阀5利用KF真空快接接头进行连接，第一挡板阀5另一头与真空规管连接，此处安装第一挡板阀5的目的是方便真空规管的更换和维修。真空规管所测冻干箱2内的真空度值信号经处理后传送给PLC控制器，当冻干箱2需要掺气时，PLC控制器对掺气流量进行PID运算，计算获得的控制参数转换成模拟量后输出给电动调节阀1。电动调节阀1的一端通过KF快接接头与冻干箱2相连，另一端与呼吸过滤器2相连，当电动调节阀1根据信号调整好通气量以后，干燥无菌气体便可以通过电动调节阀1进入冻干箱2进行掺气。同时，PLC控制器可以与计算机或触摸屏进行通讯，一方面可以将当前冻干箱2内的真空度信息和掺气控制信息显示给用户，另一方面用户可通过计算机实时干预掺气过程以及设定PID控制参数。
在本实用新型中，掺气管路中的部件均采用KF快接接头进行连接，一方面可以保证管路的密封性，进而降低系统的泄漏率，另一方面便于部件的更换和维修。计算机控制和触摸屏控制可以进行相互切换，而对掺气过程的控制既可以自动控制，又可以进行手动控制。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种带PID掺气控制系统的冻干机，包括冻干箱，其特征在于：所述冻干箱连接有冷阱，所述冷阱连接有真空泵；所述冻干箱连接有真空度传感器，所述真空度传感器与PID控制器相连；所述冻干箱连接有进气管道，所述进气管道的进气口处设有呼吸过滤器，所述进气管道上设有电动调节阀，所述电动调节阀与所述PID控制器相连；
所述PID控制器包括依次相连的放大电路、滤波电路、A/D转换电路、PLC控制器和D/A转换电路，所述真空度传感器与所述放大电路相连，所述电动调节阀与所述D/A转换电路相连。
2.如权利要求1所述的一种带PID掺气控制系统的冻干机，其特征在于：所述真空度传感器为真空规管。
3.如权利要求1所述的一种带PID掺气控制系统的冻干机，其特征在于：所述真空度传感器与所述冻干箱之间设有第一挡板阀。
4.如权利要求1所述的一种带PID掺气控制系统的冻干机，其特征在于：所述冻干箱与所述冷阱之间设有中隔阀。
5.如权利要求1所述的一种带PID掺气控制系统的冻干机，其特征在于：所述冷阱与所述真空泵之间设有第二挡板阀。
6.如权利要求1所述的一种带PID掺气控制系统的冻干机，其特征在于：所述PLC控制器连接有计算机和触摸屏。
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|---|---|---|---|---|
| CN108318320A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-07-24 | 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 | 一种改进的利用冷冻干燥法浓缩样品的装置 |
| CN113359592A (zh) * | 2021-05-24 | 2021-09-07 | 扬州博鑫仪器有限公司 | 一种冻干机电动提升控制系统 |
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