【冷凍干燥技術原理】

真空冷凍干燥技術，簡稱凍干，又稱升華干燥，是在低溫和高真空環(huán)境里將已凍結了的物料中的水分不經(jīng)過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)過冷凍干燥的物品，原有的生物、化學特性基本不變，易于長期保存，并且因質(zhì)量輕而便于運輸。加水后能恢復到凍干前的形態(tài)。因此，冷凍干燥技術在化學、醫(yī)藥、食品、生物制品等領域得到廣泛應用，特別是應用在熱穩(wěn)定性較差的生物制品、化學類制品、血液制品，外科手術用器官生物組織；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。

【真空冷凍干燥機系統(tǒng)結構】

物料的冷凍干燥需要在一定裝置中進行，這個裝置叫做真空冷凍干燥機，簡稱凍干機。凍干機是制藥流程中一個重要的裝備。它主要由以下幾大部分組成，凍干機箱體、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。下圖為一個典型的臥式中小型生產(chǎn)型的凍干機設備；

圖1 凍干機外形圖

凍干箱作為凍干機的主要部分，是一個溫度范圍在-40℃到+50℃之間的高低溫箱，也是一個能抽成真空的密閉容器。內(nèi)部有導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吸附在其內(nèi)部的金屬表面上。

【冷凍干燥的流程】

凍干箱進行空箱降溫―→將瓶裝產(chǎn)品放入凍干箱內(nèi)進行預凍，冷凝器工作―→凍干箱抽真空―→對箱內(nèi)產(chǎn)品進行加熱―→在最高溫度保持數(shù)小時后，結束凍干。

整個時間約12-24小時左右，與產(chǎn)品有關。

【控制系統(tǒng)】

真空冷凍干燥機的控制系統(tǒng)發(fā)展至今已經(jīng)跨越了三大步，從過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。

凍干機聯(lián)合控制系統(tǒng)一般性的方案是，在HMI控制PLC基礎上，加入了“上位機(PC機/工控機)組態(tài)軟件”一起聯(lián)控，PLC通過兩個串口或以太網(wǎng)模塊分別連接HMI和PC，PC組態(tài)軟件和HMI設定優(yōu)先級以防誤操作。

這種方案提出來的背景是原來觸摸屏能力不足，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，特別是對于中小型或實驗性凍干機來說，增加工控機組態(tài)軟件有很大的硬件成本和軟件授權成本。

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

下面是一個典型的中小型凍干機控制系統(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、傳感器等設備組成。

圖3 凍干機控制系統(tǒng)圖

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

1、VNC以太網(wǎng)遠程監(jiān)控

VNC(Virtual Network Computing)，為一種屏幕畫面分享及遠程操作軟件。此軟件借由以太網(wǎng)，可傳送觸摸屏實時的屏幕畫面，及鼠標或觸控動作。

WEINVIEW MT8000系列 HMI 內(nèi)置VNC服務器，支持觸摸屏畫面的遠程監(jiān)控功能。在任何有網(wǎng)絡的地方，在IE瀏覽器里，輸入HMI的IP地址和密碼，即可將該HMI的畫面顯示在當前電腦上，就如同在現(xiàn)場操作該人機界面一樣。下圖即是一個在觸摸屏上顯示和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：無論是Windows還是Linux平臺的電腦，無論是IPhone手機、WINCE系統(tǒng)手機還是Android系統(tǒng)的手機，都可以使用免費輕巧的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：無論是在實驗室、制藥車間局域網(wǎng)，還是跨越城市的因特網(wǎng)，通過將一個或多個觸摸屏掛在能夠聯(lián)網(wǎng)的路由器上，客戶可以隨時隨地地查看觸摸屏上的狀況。

目前制藥廠規(guī)模不斷擴大，很多廠擁有幾臺乃至幾十臺凍干機，為了便于管理和節(jié)省成本，越來越多的藥廠提出要把幾臺凍干機的現(xiàn)場控制放在一臺電腦上，這時基于擁有VNC功能的WEINVIEW HMI的控制系統(tǒng)就會發(fā)揮它的優(yōu)勢。電腦通過不同的IP或端口號來區(qū)分不同的凍干機系統(tǒng)；

這對于凍干機生產(chǎn)廠商也是一個福音。目前各大廠商的設備也是遍布世界各地，如果現(xiàn)場出了問題可以先通過遠程監(jiān)控診斷故障，無論是時間還是服務成本上都提供了很大便利。

另外，對于一些有特殊滅菌操作環(huán)境下的現(xiàn)場，客戶對設備的操作也可以通過遠程控制觸摸屏實現(xiàn)，降低了人員來往對現(xiàn)場造成的污染；

安全性：觸摸屏上擁有VNC觸摸開關、密碼設置；一臺觸摸屏同時只能被一個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軟件都有設置“只看不操作”的選項，這樣也有效避免兩端誤操作；

凍干機作為一種制藥設備在生產(chǎn)過程中運行連續(xù)性和穩(wěn)定性要求非常高，而穩(wěn)定的控制系統(tǒng)是個重要保證。WEINVIEW觸摸屏的卓越性能保證了其能接管上位機組態(tài)軟件的一般功能，無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的聯(lián)控系統(tǒng)匹敵；

2、用戶等級權限機制

觸摸屏內(nèi)可以設置不同的用戶權限，如操作員、工程師和管理員；

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

？程師除了具有普通用戶權限外，還可以進行參數(shù)設置，查看操作記錄，

?管理員除了具有工程師權限外，也對事件記錄(報警和操作記錄)進行清除，還可對各用戶密碼進行修改等；

圖5 操作員與工程師具備不同的權限

3、強大的歷史數(shù)據(jù)的保存和備份功能

歷史數(shù)據(jù)包括資料取樣、各種報警信號與操作記錄。資料取樣以趨勢圖記錄凍干曲線，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空間用來存儲歷史數(shù)據(jù)，并可控制保存日期，可以以先進先出的原則刪除舊的記錄新的數(shù)據(jù)。同時觸摸屏可以插入U盤和SD卡作為擴展存儲器或備份目標。

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)將對每個事件進行跟蹤留檔， 一旦凍干機通電， 一切操作記錄及相應人員的信息便留在歷史事件中，方便后期的維護工作。

圖7 操作記錄可以跟蹤到每個操作人員的記錄

4、數(shù)據(jù)遠程備份和遠程打印

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

圖8 觸摸屏可以通過電腦遠程打印畫面和遠程備份數(shù)據(jù)

通過在電腦上運行Weinview的Easyprinter軟件，可以使得觸摸屏的畫面在電腦端直接實現(xiàn)了遠程打印；遠程打印時，是通過網(wǎng)絡借助電腦實現(xiàn)的，這就不限定打印機的品牌型號，徹底擺脫過去打印機驅動不全的問題，使得客戶的設備配置更為靈活自主；

5、通過遠程下載程序，對控制系統(tǒng)的持續(xù)化更新

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

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

通過遠程下載程序，可以為整個凍干系統(tǒng)進行程序更新，這樣更對將來系統(tǒng)升級帶來優(yōu)勢，足不出戶便能升級同一系列的所有產(chǎn)品。

6、系統(tǒng)擴展性

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)標簽，免除手動輸入。還可以接鍵盤鼠標，乃至無線鼠標，這樣也可以實現(xiàn)短距離內(nèi)的無線操作；

【行業(yè)優(yōu)勢】

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