藥品冷凍式干燥機自動裝卸料系統研究
冷凍式干燥機(簡稱凍干機)是藥品凍干生產過程中的重要工藝裝備，能夠保證藥品在凍干腔室內的無菌狀態下完成干 燥、解吸附除水分和全壓塞等操作。冷凍式干燥機不僅要保證能長期、 穩定、安全的運行，還必須符合 GMP 的要求。
為此，開發一套全自動裝卸料系統，將凍干系統與灌裝系統連線操作，排除人的主觀性對生產過程的影響。系統較為復雜， 國內還沒有這種系統用運于生產。針對冷凍式干燥機自動裝卸料系統 的研究與開發而提出的，該系統涉及到自動裝卸料系統設計、輔助系統設計及自動控制等方面。
1 系統結構設計
首先，選擇和擬定自動裝卸料系統設計方案。凍干機自動裝卸料方式主要有三種，分別是:批裝料和卸料方式、平板式裝料 和卸料方式、行式裝料和卸料方式，后兩種應用較多。這兩種裝 卸料系統各有優缺點:一套平板式裝卸料系統可為多臺凍干機 設備裝卸料，但系統價格較行式裝卸料系統要高，而且由于平板 式裝卸料系統的小車需要導軌作為動力源，在系統整體消毒及 生產過程中會帶來不便;生產線的生產效率對自動裝卸料系統 的選擇有決定性的作用，行式裝卸料系統有較高的生產效率，生 產線的投資也較平板式裝卸料系統低，而且行式裝卸料系統的 占地面積較小，可以節省無菌室空間。因此，本系統采用行式裝卸料方式。
行式裝卸料系統工作原理如下:皮帶傳送裝置將西林瓶從灌裝線上傳輸至冷凍式干燥機前，并通過傳送裝置將西林瓶排列和定位好。光電傳感器標定西林瓶的個數，使一排西林瓶的長度尺寸和冷凍式干燥機擱板的尺寸相符合。整料機械手將排列和定位好的西林 瓶由輸送帶送至過渡板上。另一光電傳感器標定整料機構送來 的西林瓶行數，當排列好的西林瓶數目與擱板規定數目相符合 時，料機構將西林瓶推入擱板，完成一層擱板的上料。這個過程 不斷地循環，直至所有擱板全部裝滿。系統卸料時，把西林瓶通過小門推到送料機上，再由送料系統傳送至下一個工位。系統通 過機架機構連接為一個整體，控制系統控制整個系統的自動運 行。由于凍干機工作環境的特殊性，系統動力元件選用直線電 機，結構簡單。系統原理框圖，如圖 1 所示。
圖 1 自動裝卸料系統結構組成框圖
系統運行過程為:凍干箱 5 的上料小門打開，擱板運動至指定高度位置。裝卸料系統檢測到有輸入信號后，電機四啟動，過 渡板向前運動.運動到位后電機五啟動，過渡板向上運動，運動 到位后導向抨電機啟動，導向擰開始進入凍于機擱板，運動到位 后電機三啟動，送料機構開始工作，把西林瓶從灌裝線運送入整 料機械手。西林瓶排滿后.機械手向前運動，將西林瓶送至過渡 板，而后機械手抬起、后退、下落，機械手完成了一個工作循環。 在機械孚第二次將西林瓶從輸送線送至過渡板時..在排料機構 和防倒瓶機構的協同作用下，將第一次送來的西林瓶向擱板里 層推進一個西林瓶直徑的位置。如此循環，將西林瓶不斷送入凍 干機擱板上。在過渡板上裝有傳感器，當傳感器檢測到送料數目 與程序設定值一致時.終推料機構啟動.將所有的西林瓶推至指 定位置，完成此擱板的裝料任務。此后.排料機構也機啟動，排料 機構從擱板中退出.而后過渡板電機啟動，過波板下降、后退.退 出凍于極送料小門?？刂葡到y發出指令.下一擱板運動至裝料位 置裝料。如此循環直至凍于機所有擱握全部裝料完畢。凍于結束 之后，控制系統發出指令，裝卸料小門打開，過波機構首先運動 至指定位置，接著排料機構進入凍干饑擱板。在排料機構中裝有 出料籽，由步進電機帶動同步帶.將所有西林瓶一次由擱板送至 輸送帶機構上，由輸送機構送至下一個生產工位。至此完成了一 次完整的裝卸料過程。裝部料系統機構簡圖，如圖 2 所示。
圖 2 裝卸科系統機構簡圖
2 控制系統及其組成
自動裝卸料系統主要采用電動元件為執行元件，控制的關鍵是實現電機的順序自動控制，同時要實現凍于機與自動裝卸 料系統之間的通訊及數據傳輸，作為一個整體對象實現系統功 能。為了提高系統可靠性和實時性，本控制系統決定采用基于 PC 控制方案，同時采用 PLC 控制技術和現場總錢(Profibus)控制技術。
在冷凍式干燥機系統控制中，多數高檔機都應用工業控制機作控制，但產品價格相對較高。在該控制系統中上位機采用工業微機 (PC) ，下位機采用西門子中小型可編程控制器(S7-3∞)。上位 機實現的功能主要是:監測和控制下位機(PLC)，并對故障進行 檢測和報警。下位機 PLC 負責現場數據采集及控制電磁閩、各 驅動電機等執行機構。采用西門子Profibus 現場總線技術實現 遠程控制，Profibus DP 現場總線的主控模塊選用 Siemens S7-3∞集成有 DP 接的 CPU。
對控制任務的分析和軟件的編制，是 PLC 控制系統設計的兩個關鍵環節。通過對控制任務的分析，確定 PLC 控制系統的硬件構成和軟件工作過程；通過軟件的編制，實現被控對象的動
作關系?？刂品桨傅恼w配置圖，如圖3所示。
圖3基于Pc控制系統配置框圖
設計的步驟為：
(1)本次設計的自動裝卸料系統采用PLC作為整臺機器動作的控制核心，使機器完成一系列動作。整個工藝過程可以大致分為四個部分：送料、整料、推料、出料。四部分的動作均由電機驅動，電機由接近開關控制。過渡板的前進，后退及上升廠F降、導向桿的前進，后退、機械手的上升，下降及前進，后退、終推料桿的前進，后退都是由接近開關控制。
(2)分析各個子任務中執行機構的工作過程。通過對各個子任務執行機構動作過程的分析，畫出動作邏輯關系圖，列出輸入信號和輸出信號，列出要實現的非邏輯功能。對于輸入信號，每個按鈕、接近開關、開關式傳感器等作為輸入信號占用一個輸入點，接觸器的輔助觸點不需要輸入PLC，不作為輸入信號。對于輸出信號，每個輸出執行器件，如接觸器、電磁閥等，均作為輸出信號占用一個輸出點，對于狀態顯示，如果是輸出執行器件的動作顯示，可與輸出執行器件共用輸出點，不再作為新的輸出信號；如果是非動作顯示，如“運行”、“停止”、“故障”等指示，應作為輸出信號占用輸出點。
(3)PLC配置及程序設計。在本系統中，選用西門子$7-300PLC，中央處理單元選用CUP315—2DP，輸入模塊選用兩片SM321DI32xDC24V模塊，每l6點為一組，控制25個輸入信號；輸出模塊選用一片SM322 DO32xDC24V／0．5A高速數字量輸出模塊。在自動裝卸料系統控制程序設計過程中，大量的信號為數字量信號，因此本程序設計運用順序控制梯形圖設計方法。在設計過程中，系統的工作程序設有人工和自動兩種控制方式。啟動自動工作程序之前，系統必須處于要求的初始狀態。如果系統的狀態不滿足啟動自動程序的要求，需要進入手動工作模式，使系統進入規定的初始狀態，然后回到自動工作模式。
3結論
根據凍干機生產實際狀況，提出了凍干機自動裝卸料系統設計方案，設計了系統機械結構，分析了各個機構的原理及實現方法。提出了基于Pc控制、同時采用PLC控制技術和現場總線(Profibus)技術的自動裝卸料控制系統。采用開放式數據總線結構，將凍干機與自動裝卸料通過總線連接，實現了整個凍干系統的自動運行。
本文由曹輝、蔣剛、張鎖懷著作。
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