【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境里將已凍結了的物料中的水分不經過冰的融化直接從冰態升華為蒸汽，從而使物料脫水獲得干燥。

經過冷凍干燥的物品，原有的生物、化學特性基本不變，易于長期保存，并且因質量輕而便于運輸。加水后能恢復到凍干前的形態。因此，冷凍干燥技術在化學、醫藥、食品、生物制品等領域得到廣泛應用，特別是應用在熱穩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，各種西藥和生化藥品制劑等。

【真空冷凍干燥機系統結構】

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、液氮制冷系統、循環系統、控制系統等。下圖為一個典型的臥式中小型生產型的凍干機設備；

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。內部有導熱隔板和升降壓塞系統，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，作用是將凍干箱內物料升華出的水蒸氣凍結吸附在其內部的金屬表面上。

【冷凍干燥的流程】

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

整個時間約12-24小時左右，與產品有關。

【控制系統】

真空冷凍干燥機的控制系統發展至今已經跨越了三大步，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。

凍干機聯合控制系統一般性的方案是，在HMI控制PLC基礎上，加入了“上位機(PC機/工控機)組態軟件”一起聯控，PLC通過兩個串口或以太網模塊分別連接HMI和PC，PC組態軟件和HMI設定優先級以防誤操作。

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。但在如今觸摸屏的發展也日新月異的今天，這種方案并沒有發揮觸摸屏的潛力，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，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上，WEINVIEW觸摸屏以先進配置提供卓越的性能，憑借以太網開放式的架構，提供更容易的通信。基于此，形成了中小型凍干機控制系統改進方案。

下面是一個典型的中小型凍干機控制系統方案圖。控制系統由觸摸屏(WEINVIEW MT8104i)、可編程序控制器(三菱Q系列)、溫度調節模塊、外圍繼電器、傳感器等設備組成。

圖3 凍干機控制系統圖

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軟件。這種變化首先就是基于WEINVIEW觸摸屏強大的以太網遠程監控功能，為其提供了可能；

1、VNC以太網遠程監控

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，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 內置VNC服務器，支持觸摸屏畫面的遠程監控功能。在任何有網絡的地方，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系統手機還是Android系統的手機，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控觸摸屏的畫面；

跨網絡：無論是在實驗室、制藥車間局域網，還是跨越城市的因特網，通過將一個或多個觸摸屏掛在能夠聯網的路由器上，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，為了便于管理和節省成本，越來越多的藥廠提出要把幾臺凍干機的現場控制放在一臺電腦上，這時基于擁有VNC功能的WEINVIEW HMI的控制系統就會發揮它的優勢。電腦通過不同的IP或端口號來區分不同的凍干機系統；

這對于凍干機生產廠商也是一個福音。目前各大廠商的設備也是遍布世界各地，如果現場出了問題可以先通過遠程監控診斷故障，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境下的現場，客戶對設備的操作也可以通過遠程控制觸摸屏實現，降低了人員來往對現場造成的污染；

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過程中運行連續性和穩定性要求非常高，而穩定的控制系統是個重要保證。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性能可以與中大型凍干機的聯控系統匹敵；

2、用戶等級權限機制

觸摸屏內可以設置不同的用戶權限，如操作員、工程師和管理員；

?操作員可查看狀態顯示、報警等；操作員不會誤操作到影響系統的內部參數。

？程師除了具有普通用戶權限外，還可以進行參數設置，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、強大的歷史數據的保存和備份功能

歷史數據包括資料取樣、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，形成的歷史數據表格能輸出CSV格式，在上位機用EXCEL編輯查看；

圖6 凍干曲線和歷史數據表格，可以輸出到EXCEL文檔

MT8000i觸摸屏內具有48M的Flash空間用來存儲歷史數據，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據。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，用戶誤操作而產生的問題往往歸咎于系統，沒有歷史事件的系統又往往找不到問題的真正原因，WEINVIEW HMI系統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、數據遠程備份和遠程打印

觸摸屏具備遠程備份功能，其所采樣到的數據或事件報警可以通過以太網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據

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了遠程打印；遠程打印時，是通過網絡借助電腦實現的，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，對控制系統的持續化更新

除了VNC可以進行遠程監控之外，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進行程序更新，這樣更對將來系統升級帶來優勢，足不出戶便能升級同一系列的所有產品。

6、系統擴展性

除了以太網接口，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部，在按鈕被觸控時發出聲音提示；

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，這樣也可以實現短距離內的無線操作；

【行業優勢】

此次采用WEINVIEW MT8000觸摸屏的凍干機在對自動化控制系統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。該系統擁有穩定可靠的工作性能，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勢。也使得冷干機制造商的產品更有競爭力。