PLC技術(shù)在制藥設(shè)備中的應(yīng)用與案例分析

      近年來，隨著制藥行業(yè)2010版GMP的實(shí)施，對于制藥工藝、減少人員干預(yù)以及制藥的質(zhì)量安全需求越來越高，PLC技術(shù)也開始廣泛的應(yīng)用于制藥裝備中，目前國內(nèi)學(xué)者專家已經(jīng)成功研發(fā)出了多種基于PLC控制技術(shù)的新型制藥控制裝置，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)藥生產(chǎn)的連續(xù)、智能化控制。本文將對PLC智能控制技術(shù)在我國制藥設(shè)備中的應(yīng)用與發(fā)展展開具體探討與論述。
      一、PLC智能控制技術(shù)的運(yùn)行過程
      為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場連運(yùn)轉(zhuǎn)，可編程控制器控制技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，因此，在進(jìn)行系統(tǒng)的搭建時，計(jì)算結(jié)構(gòu)理念一開始便已被融入PLC控制技術(shù)之中，可編程控制器主要由CPU、存儲器、電源和專用的輸入輸出接口等部分組成。
      可編程控制器的制藥過程通常有如下三個過程：（1）可編程控制器的初始化階段，可編程控制器系統(tǒng)在設(shè)備通電之后開始進(jìn)入初始化的工作狀態(tài)；（2）可編程控制器的掃描階段，待第一階段的初始化完成之后便開始進(jìn)行掃描；（3）可編程控制器的出錯處理階段，在可編程控制器循環(huán)的不斷運(yùn)行時，為保證控制器自身運(yùn)行狀態(tài)的正常和良好性，每運(yùn)轉(zhuǎn)一周便需要執(zhí)行一次自檢查，若運(yùn)轉(zhuǎn)檢查結(jié)果出現(xiàn)異常，便強(qiáng)制執(zhí)行掃描中斷和停止，將異常結(jié)果以出錯代碼的形式記錄存儲在特殊寄存器中。
      二、可編程控制技術(shù)在我國制藥設(shè)備中的應(yīng)用案例分析
      這些制藥設(shè)備利用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、機(jī)械傳動原理、通訊技術(shù)、醫(yī)學(xué)原理和自動化控制技術(shù)，是一個集多學(xué)科技術(shù)和原理的交叉成果，中藥智能配藥機(jī)的研發(fā)成功是我國中醫(yī)藥走向現(xiàn)代化的里程碑。目前業(yè)內(nèi)已經(jīng)研制成功的制藥設(shè)備有：東富龍的凍干機(jī)及自動進(jìn)出料系統(tǒng)、自動配液系統(tǒng)，楚天的洗烘灌封聯(lián)動線，新華的脈動真空滅菌器，欣麗的膠塞鋁蓋清洗機(jī)，德諾的雙人燈檢機(jī)，理貝的貼標(biāo)機(jī)，龍騰的自動包裝線等。
      1、真空冷凍干燥機(jī)
      Lyo-40（SIP、CIP）型真空冷凍干燥機(jī)，用于凍干粉針制劑的真空冷凍干燥及后續(xù)的壓塞操作。該設(shè)備是指將被干燥含水物料冷凍到其共晶點(diǎn)溫度以下，凝結(jié)為固體后，在適當(dāng)?shù)恼婵斩认轮饾u升溫，利用水的升華性能使冰直接升華為水蒸汽，再利用真空系統(tǒng)中的冷凝器（捕水器）將水蒸汽冷凝，使物料低溫脫水而達(dá)到干燥目的的一種現(xiàn)代化制藥設(shè)備。
      （1）該設(shè)備整個系統(tǒng)包括：前箱、冷凝器、冷凍系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，以及其它相關(guān)的閥門和儀表。
      （2）真空系統(tǒng)采用兩臺愛德華真空泵和兩臺愛德華羅茨泵來實(shí)現(xiàn)真空。該系統(tǒng)通過不銹鋼管道與冷凝器連接。在靠冷凝器的位置有一個氣動蝶閥，將冷凝器與真空系統(tǒng)隔開。
      （3）循環(huán)系統(tǒng)采用一臺海密梯克循環(huán)泵，采用4個Alfalaval品牌AC120EQ-60H-F型號換熱器，采用80kW的電加熱對5cst低粘度硅油進(jìn)行加熱，加熱時采用PID控制。
      （4）液壓系統(tǒng)主要由1個60L的Hydr-app液壓站、316L不銹鋼波紋套、液壓缸、液壓閥門和管道組成，通過液壓站伺服比例閥調(diào)整板層的等高，精確度完全可滿足與小車的對接要求。
      （5）控制系統(tǒng)硬件由可編程控制器、觸摸屏、空氣開關(guān)、繼電器等組成�？刂葡到y(tǒng)采用Tofflon Master-4000型程序，可以對機(jī)器進(jìn)行自動、手動控制。可以通過計(jì)算機(jī)或觸摸屏對凍干機(jī)進(jìn)行操作，控制系統(tǒng)提供所有的報(bào)警信息�？刂葡到y(tǒng)可以確保凍干機(jī)與自動進(jìn)出料系統(tǒng)通訊。
      2、自動進(jìn)出料系統(tǒng)
      AGV-AL-1000-15/18型移動式自動進(jìn)出料系統(tǒng)由兩個進(jìn)料平臺、一臺AGV導(dǎo)向小車、一個出料平臺組成，該設(shè)備適用于多種規(guī)格的管制瓶的轉(zhuǎn)運(yùn)，均采用自動控制，將來自于灌裝線經(jīng)半加塞的凍干產(chǎn)品管制瓶通過移動式自動進(jìn)出料系統(tǒng)裝載至凍干機(jī)。在產(chǎn)品冷凍干燥工藝結(jié)束后，管制瓶將通過移動式自動進(jìn)出料系統(tǒng)完成卸料以使其轉(zhuǎn)移至軋蓋線上。
      本系統(tǒng)中AGV小車控制站共控制五個伺服系統(tǒng)，定位精確度高，與多臺凍干機(jī)控制站、兩個進(jìn)料控制站、一個出料控制站實(shí)現(xiàn)無線通訊，從而實(shí)現(xiàn)藥液從灌裝到凍干的智能化生產(chǎn)。
      因引進(jìn)了國外先進(jìn)技術(shù)，具有很高的安全性、可靠性，如AGV小車與凍干機(jī)板層裝載信息的交換，AGV小車與進(jìn)出料的確認(rèn)，AGV小車與凍干機(jī)小門開閉及板層升降的互鎖，裝有激光安全掃描儀（有障礙物靠近，小車會自動停止）等，以及運(yùn)行過程中人機(jī)界面的報(bào)警或操作提示，便于操作，可保證生產(chǎn)的安全高效。
      3、“雙級反滲透加EDI”系統(tǒng)
      PW15000//RO+EDI純化水設(shè)備主要工藝是采用“雙級反滲透加EDI”系統(tǒng)，整套制水系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器控制主要動力啟閉，液位、電導(dǎo)率和壓力自動監(jiān)測、調(diào)節(jié)和超限報(bào)警，并且可以在觸摸屏上顯示。在觸摸屏上有報(bào)警燈和報(bào)警復(fù)位按鈕，可實(shí)現(xiàn)總系統(tǒng)的報(bào)警。在可編程邏輯控制器控制柜上有手動控制操作按鈕，方便維護(hù)操作。系統(tǒng)的控制和調(diào)節(jié)通過可編程邏輯控制器。
      本系統(tǒng)是自動控制系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)能夠自動控制水罐液位、閥門以及泵的啟閉，從反滲透系統(tǒng)出來的水可以自動排放，合格水閥門帶有電信號位置指示，保證水質(zhì)的分?jǐn)鄾]有風(fēng)險(xiǎn)。操作者可以通過觸摸屏控制系統(tǒng)，并顯示設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，使設(shè)備在安全可靠的情況下良好地運(yùn)行，發(fā)生異常時能及時報(bào)警或報(bào)警停機(jī)。
      該系統(tǒng)在儲存系統(tǒng)滿時自動進(jìn)入循環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，以防止微生物的滋生。其結(jié)構(gòu)簡單、程序簡潔、編寫方便、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，應(yīng)用于制藥用純化水生產(chǎn)過程，極大地提高了設(shè)備運(yùn)行效率及生產(chǎn)線的自動化水平，醫(yī)藥用PW15000//RO+EDI型純化水系統(tǒng)的工程應(yīng)用價(jià)值十分顯著。
      4、多效蒸餾水機(jī)
      MS5000/6B型多效蒸餾水機(jī)是以純化水為原料水，利用相應(yīng)的制水工藝，生產(chǎn)注射用水的設(shè)備，生產(chǎn)出的注射用水水質(zhì)符合中國藥典2010版、美國藥典USP34版、歐洲藥典EP5版的相關(guān)規(guī)定。
      MS5000/6B型多效蒸餾水機(jī)由可編程邏輯控制器（PLC）控制，監(jiān)視和記錄，可編程邏輯控制器連接“現(xiàn)場”儀表和操作元件（泵、閥等），實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行，報(bào)警和內(nèi)部互鎖管理和關(guān)鍵過程參數(shù)的連續(xù)監(jiān)控和記錄。操作界面通過一個人機(jī)界面，顯示多效蒸餾水機(jī)的運(yùn)行條件和報(bào)警信號；關(guān)鍵的操作和參數(shù)設(shè)定點(diǎn)在通過密碼程序后輸入；運(yùn)行前需要通過人機(jī)界面的“流程狀態(tài)”與“參數(shù)設(shè)置”窗口設(shè)置運(yùn)行參數(shù)。操作面板顯示工業(yè)蒸汽壓力、注射用水電導(dǎo)率、原料水電導(dǎo)率、工業(yè)蒸汽凝結(jié)水溫度、二效蒸發(fā)器溫度、末效蒸發(fā)器溫度、原料水流量等變量，通過可編程邏輯控制器傳遞到人機(jī)界面。實(shí)現(xiàn)注射用水中蒸餾環(huán)節(jié)的智能化。
      多效蒸餾水機(jī)具有系統(tǒng)有效性，如電源故障（或掉電）時系統(tǒng)進(jìn)入“安全狀態(tài)”，系統(tǒng)程序與數(shù)據(jù)自動保留，以保護(hù)操作人員、設(shè)備本身以及產(chǎn)品。當(dāng)電源恢復(fù)時，如果沒有操作人員參與，系統(tǒng)不應(yīng)允許自動重啟�？商峁㏄LC & OIT應(yīng)用程序CD復(fù)本，意外后通過編程軟件的恢復(fù)程序進(jìn)行恢復(fù)。對PLC和OIT間的通訊端口，系統(tǒng)可檢查出通訊錯誤，并提示用戶通訊錯誤。系統(tǒng)設(shè)計(jì)成在帶電狀態(tài)時，維持在“待機(jī)”狀態(tài)。
      這一研發(fā)成果使PLC運(yùn)行過程總的初始化過程得到了很大程度的簡化，也讓整個程序的結(jié)構(gòu)更為清晰簡潔，確保了程序運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，極大地提高了注射用水制備的效率。
      三、結(jié)語
      目前而言，雖然制藥生產(chǎn)行業(yè)中的制藥裝備已經(jīng)大量運(yùn)用PLC技術(shù)來實(shí)現(xiàn)自動化控制，然而，我國制藥生產(chǎn)設(shè)備中的自動化控制技術(shù)仍舊有諸多亟待改進(jìn)優(yōu)化之處。這就需要我們一如既往的不斷研究與探索，為我國制藥行業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
      作者：洪丹丹 上海綠谷制藥有限公司