【冷凍干燥技術(shù)原理】

      真空冷凍干燥技術(shù)，簡(jiǎn)稱凍干，又稱升華干燥，是在低溫和高真空環(huán)境里將已凍結(jié)了的物料中的水分不經(jīng)過(guò)冰的融化直接從冰態(tài)升華為蒸汽，從而使物料脫水獲得干燥。

      經(jīng)過(guò)冷凍干燥的物品，原有的生物、化學(xué)特性基本不變，易于長(zhǎng)期保存，并且因質(zhì)量輕而便于運(yùn)輸。加水后能恢復(fù)到凍干前的形態(tài)。因此，冷凍干燥技術(shù)在化學(xué)、醫(yī)藥、食品、生物制品等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是應(yīng)用在熱穩(wěn)定性較差的生物制品、化學(xué)類制品、血液制品，外科手術(shù)用器官生物組織；人參、鹿茸、冬蟲夏草等中草藥加工，中藥提取物的粉針劑生產(chǎn)，各種西藥和生化藥品制劑等。

【真空冷凍干燥機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)】

      物料的冷凍干燥需要在一定裝置中進(jìn)行，這個(gè)裝置叫做真空冷凍干燥機(jī)，簡(jiǎn)稱凍干機(jī)。凍干機(jī)是制藥流程中一個(gè)重要的裝備。它主要由以下幾大部分組成，凍干機(jī)箱體、冷凝器(冷阱)、真空系統(tǒng)、液氮制冷系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。下圖為一個(gè)典型的臥式中小型生產(chǎn)型的凍干機(jī)設(shè)備；

圖1 凍干機(jī)外形圖

      凍干箱作為凍干機(jī)的主要部分，是一個(gè)溫度范圍在-40℃到+50℃之間的高低溫箱，也是一個(gè)能抽成真空的密閉容器。內(nèi)部有導(dǎo)熱隔板和升降壓塞系統(tǒng)，凍干的藥物制品就放在其上。

      冷凝器同樣是一個(gè)真空密閉容器，作用是將凍干箱內(nèi)物料升華出的水蒸氣凍結(jié)吸附在其內(nèi)部的金屬表面上。

【冷凍干燥的流程】

      凍干箱進(jìn)行空箱降溫―→將瓶裝產(chǎn)品放入凍干箱內(nèi)進(jìn)行預(yù)凍，冷凝器工作―→凍干箱抽真空―→對(duì)箱內(nèi)產(chǎn)品進(jìn)行加熱―→在最高溫度保持?jǐn)?shù)小時(shí)后，結(jié)束凍干。

      整個(gè)時(shí)間約12-24小時(shí)左右，與產(chǎn)品有關(guān)。

【控制系統(tǒng)】

      真空冷凍干燥機(jī)的控制系統(tǒng)發(fā)展至今已經(jīng)跨越了三大步，從過(guò)去的儀表和按扭控制，至一般的采用觸摸屏與PLC控制，再到最新的PC和觸摸屏、PLC混合。

      凍干機(jī)聯(lián)合控制系統(tǒng)一般性的方案是，在HMI控制PLC基礎(chǔ)上，加入了“上位機(jī)(PC機(jī)/工控機(jī))組態(tài)軟件”一起聯(lián)控，PLC通過(guò)兩個(gè)串口或以太網(wǎng)模塊分別連接HMI和PC，PC組態(tài)軟件和HMI設(shè)定優(yōu)先級(jí)以防誤操作。

      這種方案提出來(lái)的背景是原來(lái)觸摸屏能力不足，另外增加了PC組態(tài)。但在如今觸摸屏的發(fā)展也日新月異的今天，這種方案并沒有發(fā)揮觸摸屏的潛力，特別是對(duì)于中小型或?qū)嶒?yàn)性凍干機(jī)來(lái)說(shuō)，增加工控機(jī)組態(tài)軟件有很大的硬件成本和軟件授權(quán)成本。

      凍干機(jī)均為定制性系統(tǒng)，一般說(shuō)來(lái)，小型凍干機(jī)客戶只會(huì)選用觸摸屏控制。在這樣的中小型系統(tǒng)上，WEINVIEW觸摸屏以先進(jìn)配置提供卓越的性能，憑借以太網(wǎng)開放式的架構(gòu)，提供更容易的通信。基于此，形成了中小型凍干機(jī)控制系統(tǒng)改進(jìn)方案。
 

      下面是一個(gè)典型的中小型凍干機(jī)控制系統(tǒng)方案圖。控制系統(tǒng)由觸摸屏(WEINVIEW MT8104i)、可編程序控制器(三菱Q系列)、溫度調(diào)節(jié)模塊、外圍繼電器、傳感器等設(shè)備組成。

圖3 凍干機(jī)控制系統(tǒng)圖

      本地PC電腦、遠(yuǎn)程PC電腦、打印機(jī)由終端客戶自備采用一般的設(shè)備，不必專門購(gòu)置工控機(jī)及組態(tài)軟件。這種變化首先就是基于WEINVIEW觸摸屏強(qiáng)大的以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，為其提供了可能；

      1、VNC以太網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控

      VNC(Virtual Network Computing)，為一種屏幕畫面分享及遠(yuǎn)程操作軟件。此軟件借由以太網(wǎng)，可傳送觸摸屏實(shí)時(shí)的屏幕畫面，及鼠標(biāo)或觸控動(dòng)作。

      WEINVIEW MT8000系列 HMI 內(nèi)置VNC服務(wù)器，支持觸摸屏畫面的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。在任何有網(wǎng)絡(luò)的地方，在IE瀏覽器里，輸入HMI的IP地址和密碼，即可將該HMI的畫面顯示在當(dāng)前電腦上，就如同在現(xiàn)場(chǎng)操作該人機(jī)界面一樣。下圖即是一個(gè)在觸摸屏上顯示和VNC Viwer軟件中所查看到的畫面；

圖4 觸摸屏上和電腦VNC客戶端的畫面可以同步

      它還具有如下特性：

      跨平臺(tái)：無(wú)論是Windows還是Linux平臺(tái)的電腦，無(wú)論是IPhone手機(jī)、WINCE系統(tǒng)手機(jī)還是Android系統(tǒng)的手機(jī)，都可以使用免費(fèi)輕巧的VNC軟件，包括VNC Viwer、UltraVNC Viewer等，乃至支持JAVA的IE、火狐瀏覽器這些輕客戶端監(jiān)控觸摸屏的畫面；

    跨網(wǎng)絡(luò)：無(wú)論是在實(shí)驗(yàn)室、制藥車間局域網(wǎng)，還是跨越城市的因特網(wǎng)，通過(guò)將一個(gè)或多個(gè)觸摸屏掛在能夠聯(lián)網(wǎng)的路由器上，客戶可以隨時(shí)隨地地查看觸摸屏上的狀況。

      目前制藥廠規(guī)模不斷擴(kuò)大，很多廠擁有幾臺(tái)乃至幾十臺(tái)凍干機(jī)，為了便于管理和節(jié)省成本，越來(lái)越多的藥廠提出要把幾臺(tái)凍干機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)控制放在一臺(tái)電腦上，這時(shí)基于擁有VNC功能的WEINVIEW HMI的控制系統(tǒng)就會(huì)發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。電腦通過(guò)不同的IP或端口號(hào)來(lái)區(qū)分不同的凍干機(jī)系統(tǒng)；

      這對(duì)于凍干機(jī)生產(chǎn)廠商也是一個(gè)福音。目前各大廠商的設(shè)備也是遍布世界各地，如果現(xiàn)場(chǎng)出了問題可以先通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷故障，無(wú)論是時(shí)間還是服務(wù)成本上都提供了很大便利。

      另外，對(duì)于一些有特殊滅菌操作環(huán)境下的現(xiàn)場(chǎng)，客戶對(duì)設(shè)備的操作也可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制觸摸屏實(shí)現(xiàn)，降低了人員來(lái)往對(duì)現(xiàn)場(chǎng)造成的污染；

      安全性：觸摸屏上擁有VNC觸摸開關(guān)、密碼設(shè)置；一臺(tái)觸摸屏同時(shí)只能被一個(gè)VNC客戶端(也就是使用者)操作。除了輕客戶端瀏覽器之外，一般的VNC Viwer軟件都有設(shè)置“只看不操作”的選項(xiàng)，這樣也有效避免兩端誤操作；

      凍干機(jī)作為一種制藥設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中運(yùn)行連續(xù)性和穩(wěn)定性要求非常高，而穩(wěn)定的控制系統(tǒng)是個(gè)重要保證。WEINVIEW觸摸屏的卓越性能保證了其能接管上位機(jī)組態(tài)軟件的一般功能，無(wú)論是便利性還是功能上都使得采用單觸摸屏控制的系統(tǒng)性能可以與中大型凍干機(jī)的聯(lián)控系統(tǒng)匹敵；
 

      2、用戶等級(jí)權(quán)限機(jī)制

      觸摸屏內(nèi)可以設(shè)置不同的用戶權(quán)限，如操作員、工程師和管理員；

      操作員可查看狀態(tài)顯示、報(bào)警等；操作員不會(huì)誤操作到影響系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)。

      工程師除了具有普通用戶權(quán)限外，還可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，查看操作記錄，

      管理員除了具有工程師權(quán)限外，也對(duì)事件記錄(報(bào)警和操作記錄)進(jìn)行清除，還可對(duì)各用戶密碼進(jìn)行修改等；

圖5 操作員與工程師具備不同的權(quán)限

      3、強(qiáng)大的歷史數(shù)據(jù)的保存和備份功能

      歷史數(shù)據(jù)包括資料取樣、各種報(bào)警信號(hào)與操作記錄。資料取樣以趨勢(shì)圖記錄凍干曲線，形成的歷史數(shù)據(jù)表格能輸出CSV格式，在上位機(jī)用EXCEL編輯查看；

圖6 凍干曲線和歷史數(shù)據(jù)表格，可以輸出到EXCEL文檔

      MT8000i觸摸屏內(nèi)具有48M的Flash空間用來(lái)存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，并可控制保存日期，可以以先進(jìn)先出的原則刪除舊的記錄新的數(shù)據(jù)。同時(shí)觸摸屏可以插入U(xiǎn)盤和SD卡作為擴(kuò)展存儲(chǔ)器或備份目標(biāo)。

      很多情況下，用戶誤操作而產(chǎn)生的問題往往歸咎于系統(tǒng)，沒有歷史事件的系統(tǒng)又往往找不到問題的真正原因，WEINVIEW HMI系統(tǒng)將對(duì)每個(gè)事件進(jìn)行跟蹤留檔， 一旦凍干機(jī)通電， 一切操作記錄及相應(yīng)人員的信息便留在歷史事件中，方便后期的維護(hù)工作。

圖7 操作記錄可以跟蹤到每個(gè)操作人員的記錄

     4、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程備份和遠(yuǎn)程打印

      觸摸屏具備遠(yuǎn)程備份功能，其所采樣到的數(shù)據(jù)或事件報(bào)警可以通過(guò)以太網(wǎng)備份到上位機(jī)電腦上；

圖8 觸摸屏可以通過(guò)電腦遠(yuǎn)程打印畫面和遠(yuǎn)程備份數(shù)據(jù)

      通過(guò)在電腦上運(yùn)行Weinview的Easyprinter軟件，可以使得觸摸屏的畫面在電腦端直接實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程打印；遠(yuǎn)程打印時(shí)，是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)借助電腦實(shí)現(xiàn)的，這就不限定打印機(jī)的品牌型號(hào)，徹底擺脫過(guò)去打印機(jī)驅(qū)動(dòng)不全的問題，使得客戶的設(shè)備配置更為靈活自主；

      5、通過(guò)遠(yuǎn)程下載程序，對(duì)控制系統(tǒng)的持續(xù)化更新

      除了VNC可以進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控之外，也可由遠(yuǎn)程電腦直接連接本地HMI進(jìn)行遠(yuǎn)程下載程序。

      不僅是對(duì)HMI，也可以對(duì)PLC進(jìn)行穿透下載程序。即使客戶沒有PLC的通訊下載線，也可以透過(guò)HMI通過(guò)以太網(wǎng)的方式對(duì)PLC下載程序；

      通過(guò)遠(yuǎn)程下載程序，可以為整個(gè)凍干系統(tǒng)進(jìn)行程序更新，這樣更對(duì)將來(lái)系統(tǒng)升級(jí)帶來(lái)優(yōu)勢(shì)，足不出戶便能升級(jí)同一系列的所有產(chǎn)品。

      6、系統(tǒng)擴(kuò)展性

      除了以太網(wǎng)接口，MT8000觸摸屏還有音頻接口，可以將操作提示音保存在觸摸屏內(nèi)部，在按鈕被觸控時(shí)發(fā)出聲音提示；

      USB Host接口，除了接U盤之外，還可以接條碼掃描槍可以掃描生產(chǎn)標(biāo)簽，免除手動(dòng)輸入。還可以接鍵盤鼠標(biāo)，乃至無(wú)線鼠標(biāo)，這樣也可以實(shí)現(xiàn)短距離內(nèi)的無(wú)線操作；

【行業(yè)優(yōu)勢(shì)】

      此次采用WEINVIEW MT8000觸摸屏的凍干機(jī)在對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的潛能進(jìn)行了完全挖掘，不盲目放棄觸摸屏控制，而是充分利用。在中小型凍干機(jī)的應(yīng)用上獲得突破性的進(jìn)展，開拓了新的局面。該系統(tǒng)擁有穩(wěn)定可靠的工作性能，強(qiáng)大的擴(kuò)展功能，友好的用戶界面等特點(diǎn)。在各方面都顯示出較大優(yōu)勢(shì)。也使得冷干機(jī)制造商的產(chǎn)品更有競(jìng)爭(zhēng)力。