1、中南大學(xué)碩士學(xué)位論文水針聯(lián)動生產(chǎn)線閉環(huán)優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用姓名:王兵申請學(xué)位級別:碩士專業(yè):計算機(jī)技術(shù)指導(dǎo)教師:吳敏;王小方20050519 中南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第1章緒論第1章緒論水針式聯(lián)動生產(chǎn)線由安瓿超聲波清洗機(jī)、安瓿殺菌干燥機(jī)、安瓿灌封機(jī)三臺單機(jī)所組成,分為清洗、干燥滅菌和灌裝封口三個工作區(qū),每個單機(jī)都有其特定的功能可單機(jī)使用,也可聯(lián)動生產(chǎn)。聯(lián)動機(jī)組外形圖如圖1.1所示,其排列位置依次是清洗機(jī)、干燥機(jī)、灌封機(jī)。聯(lián)動生產(chǎn)時可完成淋水、超聲波清洗、沖水、沖氣、烘干、滅菌、冷卻、灌裝、充氣、封口等二十個生產(chǎn)工序,用于制藥廠針劑車間多種規(guī)格安瓿瓶針劑的生產(chǎn)。整個生產(chǎn)過程是在密閉或?qū)恿鳁l件

2、下進(jìn)行,符合GMP(Good Manufacturing Practices for Drugs藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范要求。 圖1-1聯(lián)動生產(chǎn)線外形圖1.1研究背景”水針聯(lián)動機(jī)組屬于國家重點(diǎn)技改項目,改進(jìn)后的機(jī)組產(chǎn)品性能達(dá)到九十年代初國際先進(jìn)水平【l】。由于近年來各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)技術(shù)水平整體大幅提高,先進(jìn)的生產(chǎn)工藝、控制技術(shù)不斷采用,水針聯(lián)動生產(chǎn)機(jī)組的先進(jìn)性不再保持,國際、國內(nèi)訂單有逐年下降趨勢,迫使廠家對機(jī)組整體性能重新評價并再次進(jìn)行技術(shù)升級改造。本項課題也是國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委“雙高一優(yōu)”重點(diǎn)技術(shù)改造項目,要求改造后的機(jī)組保持較高的自動化程度,實現(xiàn)機(jī)電一體化,運(yùn)行穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)效率高,性能達(dá)到

3、目前國際水平。通過對機(jī)組運(yùn)行狀況的研究和分析發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在以下一些問題有待改進(jìn)。(1機(jī)組運(yùn)行期間存在著擠瓶現(xiàn)象,擠瓶多發(fā)生在灌封機(jī)的入口安瓿輸送帶處。表明三機(jī)在聯(lián)機(jī)運(yùn)行時協(xié)調(diào)不好,雖然滅菌干燥機(jī)和灌封機(jī)聯(lián)機(jī)運(yùn)行 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國內(nèi)水針式制藥機(jī)械生產(chǎn)廠家較多,基于國內(nèi)制藥生產(chǎn)廠家眾多并且制藥廠資金多數(shù)并不雄厚的現(xiàn)狀,大多數(shù)制藥機(jī)械生產(chǎn)廠家把注意力主要投在單機(jī)的運(yùn)行性能上,讓一機(jī)多能,而將水針制藥機(jī)械分為安瓿超聲波清洗機(jī)、安瓿殺菌干燥機(jī)、安瓿灌封機(jī)三臺機(jī)組,以便制藥廠根據(jù)生產(chǎn)能力需要購回一臺或多臺與現(xiàn)有機(jī)組搭配進(jìn)行生產(chǎn)。在聯(lián)動控制上只是簡單的三機(jī)組合,機(jī)組的協(xié)調(diào)性、平穩(wěn)性和易控性差。目前單

4、機(jī)一般以PLC作為主體控制器,電機(jī)采用變頻調(diào)速方式,有實力的廠家采用人機(jī)界面控制。單機(jī)主要工作原理為:安瓿清洗機(jī)采用超聲波清洗與倒立狀態(tài)下水氣交替壓力噴射清洗相結(jié)合的技術(shù),能自動完成進(jìn)瓶、分瓶、洗瓶、出瓶的全部過程。工藝流程為:超聲波清洗沖循環(huán)水沖循環(huán)水吹壓縮空氣種新鮮水吹壓縮空氣吹壓縮空氣吹壓縮空氣。其外形如圖1.2所示。 圖1-2清洗機(jī)外形圖安瓿殺菌干燥機(jī)用于密封系統(tǒng)內(nèi)容器的干燥,消毒和冷卻,它利用層流原理和熱空氣高速消毒工藝,使容器在密封隧道內(nèi)達(dá)到國家潔凈度3級標(biāo)準(zhǔn)(美國工藝標(biāo)準(zhǔn)100級。安瓿干燥機(jī)為隧道式結(jié)構(gòu),分為預(yù)熱區(qū)、高溫滅菌區(qū)、冷卻區(qū)三個部分,由機(jī)架、空氣過慮裝置、加熱裝置、傳動

5、機(jī)構(gòu)等組成。安瓿灌封機(jī)為八針灌裝、封口機(jī),能在無菌條件下灌裝和封口。安瓿進(jìn)入灌封機(jī),由絞龍分離傳遞給扇形塊,以八瓶為一組送入往復(fù)運(yùn)動的行走梁上,然后步進(jìn)式分別送到各個工位上完成前充氣、灌裝、后重充氣,拉絲封口等工序過程。安瓿干燥機(jī)和灌封機(jī)的外形如圖1.3所示。3 &安瓿灌封機(jī)b.灌封機(jī)圖1-3安瓿灌封機(jī)和灌封機(jī)干燥機(jī)外形圖水針式聯(lián)動生產(chǎn)線的制造目前處于國際領(lǐng)先地位的是德國BOSCH公司生產(chǎn)的生產(chǎn)線,其所制定的制藥機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)為國際通用標(biāo)準(zhǔn),產(chǎn)品在電氣控制上已高度集成化、智能化。國內(nèi)隨著對制藥行業(yè)的要求不斷提高,以及國際標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的落實,水針式藥品的生產(chǎn)應(yīng)向聯(lián)動線上發(fā)展。為避免中間轉(zhuǎn)換、傳動

6、過程的污染,對五種國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格安瓿的清洗、干燥滅菌和灌裝封口三個工作流程與一體,實現(xiàn)單機(jī)聯(lián)動,連續(xù)作業(yè)、全生產(chǎn)過程實現(xiàn)凈化操作。生產(chǎn)機(jī)械性能指標(biāo)通過英國ITS 公司標(biāo)準(zhǔn)驗收并符合GMP規(guī)范要求。1.3論文主要內(nèi)容及構(gòu)成水針式聯(lián)動生產(chǎn)線的技術(shù)改造項目是一個機(jī)電合一的課題,它融合了智能控制理論、微電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)、機(jī)械設(shè)計與制造工程等技術(shù)。針對發(fā)現(xiàn)的問題,參照國際先進(jìn)聯(lián)動機(jī)組的特點(diǎn),按照優(yōu)化設(shè)計的思想論文主要分為三大部分。(1水針聯(lián)動生產(chǎn)線閉環(huán)變頻調(diào)速控制系統(tǒng)為增加機(jī)組之間的協(xié)調(diào)控制能力,將機(jī)組構(gòu)建為閉環(huán)速度控制系統(tǒng)。本文闡述了閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)建,交頻器的選型、數(shù)字PID控制器設(shè)計與在

7、穩(wěn)速中的作用,PLC和變頻器結(jié)合控制方法的實現(xiàn)。(2安瓿干燥機(jī)溫度Fuz2y-PID控制為使干燥滅菌控制的溫度偏差小于士4,對溫度控制器重新設(shè)計。本文分析了干燥機(jī)溫度模型特點(diǎn),對其多變量、非線性、大滯后的爐溫特性,討論了采用PID控制器和模糊控制器進(jìn)行溫度控制的特點(diǎn),得出Fuzzy.PID控制器作為隧道滅菌室溫度控制器,并針對系統(tǒng)的特點(diǎn)采用P-Fuzzy.PI控制技術(shù),用PLC 控制實現(xiàn)。4 圖2-4輸送帶三臺機(jī)組聯(lián)動時,造成擠瓶主要原因是灌封機(jī)因故不能按設(shè)定的速度生產(chǎn),造成安瓿擁堵,緩沖帶處安瓿若過多,會對前級安瓿的輸送產(chǎn)生擠壓、堆積。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的這一特點(diǎn),將反饋信號的采集點(diǎn)設(shè)在灌封機(jī)入口

8、輸送帶處,通過檢測輸送帶處安瓿的數(shù)量來調(diào)整前兩機(jī)組安瓿輸送電機(jī)的運(yùn)行速度。在輸送帶的張緊帶旁裝設(shè)一個直線位移傳感器PY3來判斷安瓿的數(shù)量,安瓿過多會使PY3位移增加,以此量作為反饋信號,送往洗瓶機(jī)、干燥機(jī)的安瓿輸送電機(jī)控制器構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。通過PLC中智能判斷軟件,控制變頻器的輸出相應(yīng)頻率來調(diào)整安瓿輸送電動機(jī)的行走速度,同時為使電動機(jī)能在新的設(shè)定速度下平穩(wěn)過渡與運(yùn)行,對運(yùn)行速度進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。(2PY3主要參數(shù)扎行程25至50mm,25mm行程的電阻值為1kQ,50mm行程的電阻值為5kQb.控制桿的雙向支持和復(fù)位彈簧c.獨(dú)立線性達(dá)士0.1%d.無限分辨率一e.超出理論電氣行程無電氣信號的變化電氣連接:PY3F3線l米屏蔽電纜,PY3C5極接頭l米(DIN43322g.使用壽命>100x106次(有效的電氣行程之內(nèi)h.保護(hù)等級: