自动输液

自动输液（共5篇）

自动输液 篇1

摘要：为了减小低温输液可能给患者带来的危害, 加温输液已经成为一种重要的临床补液方法。现有的输液恒温加热器在温度调节、加热过程控制、控温准确度等方面存在较多不足。针对这些问题, 文章研制了一款便携式输液恒温自动控制装置, 它采用超低功耗单片机MSP430F2274作为微控制器, DS18B20作为温度传感器, PTC热敏电阻作为发热材料, 并利用PID算法实现输液温度的恒温自动控制。同时, 配备了键盘输入与液晶显示, 以满足不同温度设置的需要。实验结果表明, 该装置能够实现输液恒温控制, 控制精度可达±0.2℃, 最高可控温度为47℃, 响应速度迅捷, 加热过程稳定可靠, 具有良好的推广应用价值, 适合于医院、卫生服务站、野外救援等场所使用。

关键词：加温输液,恒温自动控制,PID算法

0 引言

在临床应用中, 输液是患者药物治疗的重要给药途径, 但在输液过程中, 患者常会因为所输药液温度较低, 而引起低体温、血管收缩、胃部疼痛等不良反应, 给患者带来很大危害, 尤其对老年患者、婴幼儿、抵抗力低下者及大剂量输入高浓度刺激性药物患者[1,2,3,4]。输液恒温加热器投入临床使用后, 降低了临床上出现的多种输液不良反应, 受到了患者的欢迎[3]。但是现有的恒温加热器在温度调节、加热过程控制以及控温准确度等方面存在较多不足。文献[3]介绍的恒温加热器的加热温度为固定值, 不能根据需要进行调整;文献[5,6,7]设计了采用不同电路形式的可调温加热器, 可以实现温度的粗略调节, 但都不能准确设置和控制加热温度。另外, 现有的恒温加热器的设计都没有充分考虑加热器本身功耗、加热过程控制、便携性等方面的问题。为此本文设计了一款便携式输液恒温自动控制装置, 该装置将低功耗控制器和高精度传感器应用其中, 并采用PID算法实现恒温控制过程, 具有温控精度高、可控温范围广、响应速度块、加热过程稳定可靠等优点。

1 硬件电路设计

输液恒温自动控制装置的结构如图1所示。系统分温度传感器、微控制器、液晶显示、键盘输入、加热控制五个电路模块。作为系统核心的微控制器通过温度传感器实时采集输液温度, 并将该温度与用户设定值相对比, 当输液温度低于设定温度时, 微控制器通过PID算法将控制信号反馈至加热控制电路, 以控制加热体对输液管进行加热。通过该闭环系统实现对输液温度的恒温控制。用户可以利用键盘实现对输液温度在20～35℃的任意值的设定, 并通过显示器观察输液温度的实时变化。

本文采用TI公司的16位超低功耗单片机MSP430F2274作为微控制器。与MC51系列单片机相比, MSP430系列单片机具有性价比高、处理能力强、运行速度快、片上资源丰富、开发方便等优点。采用DS18B20作为温度传感器, 它具有单总线接口, 其温度测量结果直接以数字信号方式通过一条通信线上传至微控制器, 不需要任何外围元件。在-10～+85℃范围, DS18B20的测量精度为±0.5℃, 能够满足本文设计需要。采用PTC热敏电阻作为发热材料, 与电热管、电热丝等传统加热器件相比, 它具有节能恒温、无明火、安全性好、发热量较易调节、受电源电压的波动影响小、升温迅速等特点。为简化系统设计, 本文采用4×4矩阵式键盘和液晶显示器LCD1602, 实现输液温度的设定和温度的实时显示。

在加热控制模块的设计中, 采用PTC热敏电阻搭配大功率场效应管, 并采用光电耦合器实现微控制器对大功率场效应管的控制, 即微控制器利用PID算法输出PWM波, 控制光电耦合器的通断进而实现场效应管的导通与关断。光电耦合器选用TLP521, 它可以很好地将微控制器与大功率加热电路隔离开, 以避免微控制器受到后端电路的影响。大功率场效应管选用IRF3710, 可以满足PTC加热体的大功耗要求 (12V/1A) 。

加热控制电路原理如图2所示。MSP430F2274通过P2.3口输出一个高低电平控制光电耦合器的通断。当输出高电平时, 光电耦合器导通, 场效应管的栅极也是高电平, 此时场效应管导通, 加热体开始工作;当输出低电平时, 光电耦合器关断, 控制场效应管截止, 加热体两端都处于高电平, 没有电流通过, 加热体停止工作。电路中的所有限流电阻在保证各元器件都正常工作的前提下均取最大值, 以降低功耗。

图2加热控制电路原理图 (参见右栏)

为了达到简化电路以及降低功耗的目的, 除加热部分使用12V供电外, 其他部分均使用3.3V电源。本文采用三端稳压芯片TLV1117将12V蓄电池电压转换为3.3V。整个系统只需要接入12V电源, 简化了电源接口。

2 软件设计

2.1 程序流程

输液恒温自动控制装置的程序流程如图3所示。首先执行系统初始化 (包括LCD和时钟的初始化设置) , 接着进入键盘扫描子程序, 通过键盘输入设定温度值;设定温度值后立即启动定时器Time_A, MSP430F2274进入低功耗, 等待“延时1S”中断的触发;Timer_A溢出后, 调用温度采集子程序, 接着将采集的温度值送入PID控制子程序;PID经过计算后, 得到一个占空比输出。此时, MSP430F2274一个周期的工作完成, 再次进入低功耗, 等待Time_A再一次溢出。

2.2 产生PWM波子程序

本文将MSP430F2274的Timer_A CCTL0输出模式选为模式7, 即PWM复位/置位模式。在该模式下, 复位后每一个定时器的输出都为高电平, 直到计数器达到各自的CCR1值时变为低电平, 当计数器达到CCR0时再置位。也就是说, CCR0决定了PWM波的周期, CCR1决定了各自正脉冲的宽度。若CCR1的值是变化的, 就可以产生可变宽度的PWM脉冲;若不变则产生固定宽度的脉冲, 如图4所示。本文中CCR0取512, 时钟频率为32768Hz, 则PWM波对应的周期为512/32768=0.0156s。

图4产生PWM波示意图 (参见下页)

2.3 PID控制子程序

在工程实践中, 当被控对象的结构和参数不能完全掌握, 或得不到精确的数学模型时, 系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定, 此时应用PID控制技术最为方便。在本文所涉及的输液恒温控制中, 控制参数和数学模型都不确定, 因此适合于采用PID控制技术。本文设计的PID程序流程如图5所示。PID子程序被调用后, 将所采集到的温度值Tm减去用户设定值Ts, 若差值小与-1, 则PID输出量为1, 系统将进行全速加热;若差值大于0.5, 则PID输出为0, 系统停止加热;若差值介于两者之间, 则进入PID计算:, 其中e (t) =r (t) -c (t) , 系统将输出一个占空比值给Timer_B, 并执行PWM波输出。

3 实验测试及结果

在实现PID控制算法时采用位置式输出方式, 其公式原型为:u (t) =Kp*e (t) +Ki*[e (1) +e (2) +....+e (t) ]+Kd*[e (t) -e (t-1) ], 此处先做基本的PID算法, 达到控制目标后再来优化算法提高恒温控制精度。为了弥补输液加热过程的延时, 本文提前1℃开始PID控制。调节PID参数的过程为[8]:先确定Kp, 即令Ki, Kd=0, 仅采用比例调节, 得到一个稳定的、接近控制目标的振荡参数, 然后根据该Kp和振荡周期来计算Ti和Td, 最后求出Ki和Kd的值。经过多次实验测试, Kp、Kd和Ki取值分别为0.39、3.5和0.00775时, 控制效果最理想, 其波形如图6所示。由图可见, 波形振荡稳定。其中, 温度设定值为40℃, 最大值为40.17℃, 最小值为39.86℃, 温度控制在±0.2℃以内, 效果良好。

图6 PID温度控制曲线图

采用标准温度计对系统所使用的DS18B20进行标定, 利用标定结果对系统测温数据进行修正, 部分标定曲线如图7所示。

系统最终完成后, 为了测试其在低温环境下的实际工作性能, 进行了如下实验:在输液瓶中添加冰水, 再用塑料袋包裹冰块覆盖在加热器及输液管上, 设定输液温度为40℃。实验测试所得曲线如图8所示。由图可知, 输液温度在起始阶段快速上升, 达到设定温度后保持在其附近, 温度变化控制在±0.2℃以内, 测试结果满足本文应用要求。

4 结语

本文研制的输液恒温自动控制装置采用12V蓄电池供电, 能够同时满足室内和室外的输液需要。为了适应不同场合的供电状况, 同样可以将该装置改造为220V电力线供电。在系统研制过程中始终贯穿低功耗的设计理念:系统除加热体外, 其余电路均采用3.3V低电压供电;元器件的选取均以降低功耗为前提;程序尽量精简, 并在工作与休眠之间合理切换;发热体采用PTC材料, 加热效率高;加热模型采取内发热外隔热的方法以保持热量的最低损耗。测试及实验结果表明, 本文研制的输液恒温自动控制装置使用方便, 温度控制精度可达±0.2℃, 最高可控温度为47℃, 响应速度迅捷, 加热过程稳定可靠, 具有较好的推广应用价值。

参考文献

[1]魏勇珍, 林萍林, 守珠.冬季加温输液对剖宫产术中患者体温及寒战发生率的影响[J].齐哈尔医学院学报, 2011, 32 (13) :2186-2187.

[2]李慧玲.术中加温输液对病人体温下降的影响[J].包头医学院学报, 2010, 26 (4) :67-68.

[3]芦其华, 宋莹.输液恒温加热器在临床中的应用[J].中华中西医学杂志, 2006, 4 (12) :85-86.

[4]徐鹏, 刘纯燕.加温输液在围手术期的应用进展[J].国外医学护理学分册, 2005, 24 (9) :487-490.

[5]张新颖, 唐红霞, 毕婉春, 等.可调温式输液加热器的研制[J].护理学杂志, 2008, 23 (12) :75-76.

[6]王锐.新型输液恒温加热器的研制[J].医用放射技术杂志, 2005 (11) :44.

[7]赵洪, 吴燕.输液加温器的设计及观察[J].医疗装备, 2005 (6) :11-12.

[8]Chia T C, Cleveland O.Some basic approaches forself-tuning controllers[J].Control Eng, 1992 (12) :49-52.

自动输液 篇2

工作原理:容器经输送轨道送到进瓶拨轮等分间隔, 大转盘上30个等分机械手匀速取瓶而后作180°翻转, 经过两次翻转后容器到达不同工位进行上、下部位的检测。检测完毕进入出瓶拨轮, 通过剔废机构将合格品和不合格品分轨道输出。

检测原理:V为高频高压检测电源, 两端分别连接发射极和接收极, C1和C2分别为电极和溶液之间的电容值 (因绝缘瓶壁的隔断, 电极不能和溶液接触, 故产生电容) , R为溶液的电阻值。当容器不泄漏时, 产生感应微电流I1。当容器泄漏时, 瓶壁和电极之间的电容消失, 由电容所产生的容抗为零, 回路产生较大的微电流I2。通过比较微电流的大小, 以此判断容器是否泄漏。

特点: (1) 无二次污染的危险。因不使用染色液等液体, 对产品不发生污染等; (2) 可检测超细微孔 (0.1μm以上) , 检漏精度高, 具有其他检漏方法所不具备的检漏精度, 且重复检测精度高; (3) 全自动, 全数逐个检漏。可单机生产, 也可连线生产; (4) 安全性高。因加载在产品上的能量低, 时间短, 因而对产品内液无副作用; (5) 实现容器的非破坏检查, 根据容器不同的耐电压值, 设定不同的加载电压, 保护容器的自身材质; (6) 适用多种包装容器的检漏, 如大输液瓶 (包括玻璃瓶和塑料瓶) , 吹灌封三合一等产品; (7) 根据用户的要求, 检测容器的关键部位 (如容器的颈部和底部) ; (8) 整机传动采用同步带传动, 运行平稳、破损率极低; (9) 结构紧凑、外形美观、模具采用快卸结构, 定位销连接, 日常维护方便; (10) 人机友好的触摸屏界面, 具有强大的控制、显示、数据采集等功能。

湖南正中制药机械有限公司

地址:湖南省长沙市岳麓区杜鹃路832号邮编:410205联系人:张延伟

电话:0731-88809343/88906436传真:0731-88803353

自动输液 篇3

在常用药品中通常有大输液、水针、片剂、胶囊剂等剂型,大输液作为常用的药品制剂,市场需求巨大, 近10年来行业复合增长率逐年递增,而塑瓶大输液以其安全性、环保性等特点,每年也以较快的速度增长。 据统计,至2011年,我国大输液市场容量在100亿瓶(袋)以上,其中塑瓶大输液就高达40亿瓶,其在大输液行业中的重要地位越来越明显。

在塑瓶大输液的生产中,要在其瓶底安装一只吊环,以便于医务人员使用时将输液瓶倒立吊起,方便病人用药。吊环的安装是生产中很重要的一个环节,现根据生产实践,介绍一种塑瓶大输液自动焊环机构的设计与应用。

1塑瓶大输液吊环生产安装情况及存在的问题

1.1基本情况

塑瓶大输液所使用的塑瓶和吊环的材料均是聚丙烯,通常为半透明无色固体,无臭、无毒,其结构规整并高度结晶化,熔点高达167 ℃,可使用蒸汽消毒,耐腐蚀,常见的酸、碱等有机溶剂对它几乎不起作用。另外, 由于通过改性和添加了抗氧剂,聚丙烯克服了耐低温冲击性差、较易老化的缺点,因此被大量用于塑瓶大输液的生产。

国内现有超过150条塑瓶大输液生产线,通常塑瓶大输液吊环的生产安装采用注塑机注出吊环,经吹瓶机吹出塑瓶、灌装药液、封口灭菌以及灯检后由人工焊接吊环。其具体方法是操作人员将灯检灭菌后的大输液瓶倒立,然后将吊环套在塑瓶底部的浇注口的柱头上,用电烙铁将浇注口的柱头熔化变大,并挡住吊环以免其脱落。

1.2存在的问题

塑瓶大输液手工焊接吊环存在如下问题:

(1)聚丙烯熔化焊接时会产生烟尘和焦味,影响生产环境和操作人员的身体健康;

(2)每人焊接600瓶/h左右,用人多、速度慢、效率低、电耗大;

(3)手工操作,标准难以统一;

(4)操作人员的熟练程度、精力集中程度对焊接质量影响较大,一旦焊接不好,或导致药品报废,或使用时吊环脱落,影响使用。

因此,塑瓶大输液手工焊接吊环成品率低,生产成本高。

2自动焊环机构的设计

2.1设计方案

塑瓶大输液的传统生产工艺如图1所示。

经过对吹瓶机结构和焊环工艺技术的深入研究, 并经反复试验,我公司设计了一种自动焊环机构,其工艺流程如图2所示。

自动焊环机构如图3所示,该机构由吊环振荡器及输送导轨等组成的自动上环装置、发热管、电压控制模块等构成,且有PLC控制装置等安装在吹瓶机上。将瓶胚先焊接吊环,然后再进行吹瓶,使吹瓶和焊环在吹瓶机上完成自动操作。该机构不改变吹瓶机主体结构,吹瓶、焊环在同一台设备中进行,并采用人机对话平台, 焊接准确、均一,质量可靠,成品率高。

2.2自动焊环机构的工作原理

在自动焊环机构中有由振荡器、导轨等组成的自动上环机构,其安装在吹瓶机的加热随行夹具的导轨的一侧,机械挂环机构平行安装在瓶胚前行方向的正上方。固定在吹瓶机机械手上的瓶胚运动至挂环机构位置时,挂环机构的导向机构将运动的瓶胚进行自动导向,瓶胚的浇注口的柱头此时与自动上环机构输送过来的吊环中心孔处在同一高度和同一水平线。吊环与瓶胚的浇注口的柱头呈一定角度,当瓶胚浇注口的柱头进入吊环中心孔时,会带动吊环向下滑行,吊环在压力弹簧的压力作用下自动向下前方运动,瓶胚浇注口的柱头自动准确穿过吊环中心孔,完成上环。安装在吹瓶机内的发热管将柱头熔融并挤压成蘑菇状,机械手将焊好吊环的瓶胚送入瓶模吹瓶。

2.3吊环焊接参数的确定

通常用1台吹瓶机配置1套由发热管、电压控制模块等组成的加热焊环装置完成焊环和吹瓶,焊环时间短。塑瓶瓶胚熔点在167 ℃,为使瓶胚浇注口的柱头在一定时间内迅速熔融,发热管应稳定在一定的温度,并有一定的加热长度以保证加热时间,一般加热时间应在2 s左右,为此可选用直径12 mm、220 V、 2 500 W的发热管,发热管长度在1 000 mm,以保证发热管的温度在250~300 ℃范围内通过电压模块调整,焊接时间在2 s左右。

2.4自动焊接机构

自动焊接机构由工业PLC、触摸屏、电压控制模块、 发热管、温度采样传感器组成。通过触摸屏设定焊接温度,当设定好焊接温度后,温度采样传感器将检测到的实际温度信号发送到PLC,PLC分析设定温度和实际采样温度后,将控制信号发送给电压控制模块,电压控制模块将对PLC发出的指令进行处理,通过PID移相触发控制原理输出适当的电压到发热管,使发热管的实际温度达到设定温度。

2.5塑瓶成型模的改造

通常1副塑瓶成型模由3部分组成:1个部分为瓶底模、另2个部分为瓶体模。塑瓶成型模的改造如图4所示,进入塑瓶成型模的瓶胚已焊上吊环,因此对瓶底模要进行改造,可在底部做出凹槽,以放置吊环,而瓶体模则不需变动。

3自动焊环机构在应用中的常见故障、原因及解决方法

我公司于2011年12月通过了国家GMP认证并取得证书,年产达1.2亿瓶的塑瓶大输液的2条生产线均采用了该自动焊环机构,已连续稳定运行了多年。在实际运行中出现的常见故障、原因及解决方法如表1所示。

4运行效果分析

从我公司年产1.2亿瓶的2条塑瓶大输液生产线自动焊环机构的实际运行情况看,效果良好,具体分析如下:

(1)减少了操作人员,节约了人员费用。2条塑瓶大输液生产线如采用手工焊接吊环,每条线每班需配备焊接操作人员18人,每班每条线需配备2名辅助人员负责搬运吊环、清理废品等,若每天2班,则共需操作人员80人。而如果每台吹瓶机配置1套自动焊环机构,由2人操作,2条生产线每天2班工作,仅需8人,可减少72人。 按照每人每年25 000元工资计算,每年则可节约工资支出180万元。

(2)节约电能明显。人工焊环1只电烙铁需300 W,2条线36人则使用36只电烙铁的总能耗达10.8 kW,现1套自动焊环机构能源消耗为2.8 kW,2套则能源消耗5.6 kW,节约电能达48%。

(3)吊环安装、焊接自动完成,焊接准确、均一,质量可靠。经统计,成品率可提高16%以上。

(4)没有烟尘和焦味。自动焊环机构的加热管将瓶胚浇注口的柱头加热使其熔融,然后挤压柱头使其变成蘑菇头,因此没有烟尘产生,便于控制生产环境,利于操作人员健康。

5结语

运行实践证明,塑瓶大输液的自动焊环机构的1套制造成本仅8~ 9万元,投资较少,焊环技术成熟, 工艺简单可行,与手工焊环相比,其操作方便,能耗降低,成品合格率提高,而且大大减少了操作人员,节省了劳动力,具有较好的经济效益和社会效益。

摘要：鉴于塑瓶大输液吊环生产安装的情况及存在的问题,介绍了自动焊环机构的设计,并阐述了塑瓶大输液自动焊环机构应用中的常见故障、原因及解决方法,分析了其运行效果,具有较好的经济效益和社会效益。

自动输液 篇4

1 加压站压力控制 (1)

1.1 调压装置的作用

调压装置的主要作用:对变频泵进行保护, 控制变频泵入口压力始终保持微正压, 防止变频泵入口压力过低造成变频泵吸空现象;对出站管线进行保护, 控制出站压力, 防止出站压力超过管线可承受的最大压力;与下一站进站压力相互配合, 通过改变出站压力, 达到调整输出量的目的。

变频泵与出站调节阀具有极为相似的调节功能, 使用出站调节阀做调压装置时, 节流过程使管道内介质的机械能被损耗;使用变频泵控制时, 其产生的机械能是按需传递给管道介质的, 每一个量级的机械能都对应一种控制需求。

1.2 进/出站调节的作用方式

自动控制的核心思想是反馈, 正反馈寻求输出的放大作用, 而负反馈则寻求一种输出对输入的跟随作用。负反馈理论包括测量、比较和执行, 测量值与期望值比较得出误差, 用误差纠正控制系统的输出。

PID控制算法具有控制响应速度快和无静差跟踪的特点[4]。图1为PID控制原理框图。其中, Sv (t) 为PID系统的输入期望值, Pv (t) 为系统的输出测量值, Dv (t) 为Sv (t) 与Pv (t) 之差;Mv (t) 为PID输出的调节阀开度, 经数模转换后以4~20mA工业信号控制调节阀。

PID控制的数学模型如下[5]:

其中, Kp、Ti、Td分别为PID控制的比例度、积分时间和微分时间。

当进站压力设定值不变, 而进站压力下降时, 为使进站压力达到设定值, 出站调节阀要进行节流, 开度减小;对于变频泵, 要降低转速。反之则开度增加, 转速增加。因此, 进站调节的作用方式是正作用方式。

当出站压力设定值不变, 而出站压力下降时, 为使出站压力达到设定值, 调节阀开度增加, 变频泵转速上升。反之则开度减小, 转速下降。因此, 出站调节的作用方式是反作用方式。

2 低选控制

PID低选控制是一种双PID回路耦合的选择性切换控制方法。在液体管道调压时, 分别建立进站压力控制和出站压力控制两个独立的PID回路, 并将两个PID控制回路的结果进行比较, 最后低选输出。低选控制相比于传统的单PID和双PID非耦合控制方法, 既可以达到快速平稳的控制目标, 又能满足长输液体管道对“严控出站超压, 防范进站低压”的调控需求。

2.1 控制原理

PID低选检测流程如图2所示。

PID低选的控制理念在于:约束出站压力过高, 限制进站压力过低, 使进、出站压力调节之间自动进行切换。PID低选控制框图如图3所示。

2.2 逻辑分析

2.2.1 工况1

进站压力测量值Pv1 (t) 等于进站压力设定值Sv1 (t) , 出站压力测量值Pv2 (t) 等于出站压力设定值Sv2 (t) 。则有:

理论上系统达到平衡点, 调节阀保持原位不进行任何动作。

2.2.2 工况2

进站压力测量值Pv1 (t) 等于进站压力设定值Sv1 (t) , 出站压力测量值Pv2 (t) 低于出站压力设定值Sv2 (t) 。则有:

由于Mv1 (t) <Mv2 (t) , 经低选后以Mv1 (t) (泵入口压力调节为主) 来控制调节阀;且由于Mv1 (t) =Mv (t) , 调节阀开度保持不变, 阀位保持恒定。

2.2.3 工况3

进站压力测量值Pv1 (t) 高于进站压力设定值Sv1 (t) , 出站压力测量值Pv2 (t) 等于出站压力设定值Sv2 (t) 。则有:

由于Mv2 (t) <Mv1 (t) , 经低选后以Mv2 (t) (出站压力调节为主) 控制调节阀;由于Mv2 (t) =Mv (t) , 调节阀开度保持不变, 阀位保持恒定。

2.2.4 工况4

进站压力测量值Pv1 (t) 低于进站压力设定值Sv1 (t) , 出站压力测量值Pv2 (t) 不大于出站压力设定值Sv2 (t) 。则有:

由于Mv1 (t) <Mv2 (t) , 经低选后以Mv1 (t) (泵入口压力调节为主) 来控制调节阀;且由于Mv1 (t) <Mv (t) , 调节阀开度减小, 防止泵进口压力过低。

2.2.5 工况5

出站压力测量值Pv2 (t) 高于出站压力设定值Sv2 (t) , 进站压力测量值Pv1 (t) 不小于进站压力设定值Sv1 (t) 。则有:

由于Mv2 (t) <Mv1 (t) , 经低选后以Mv2 (t) (出站压力调节为主) 控制调节阀;由于Mv2 (t) <Mv (t) , 调节阀开度减小, 防止出站压力超压。

2.2.6 工况6

进站压力测量值Pv1 (t) 高于进站压力设定值Sv1 (t) , 出站压力测量值Pv2 (t) 低于出站压力设定值Sv2 (t) 。则有:

由于Mv1 (t) 和Mv2 (t) 均大于Mv (t) , 经低选后选择Mv1 (t) 和Mv2 (t) 中数值较小的一个做为输出来增加调节阀的开度。相对而言, 由于使用数值较小的值来控制阀开度, 因此需采用缓慢、保守的方式开阀。

2.2.7 工况7

进站压力测量值Pv1 (t) 低于进站压力设定值Sv1 (t) , 出站压力测量值Pv2 (t) 高于出站压力设定值Sv2 (t) 。则有:

由于Mv1 (t) 和Mv2 (t) 均小于Mv (t) , 经低选后选择Mv1 (t) 和Mv2 (t) 中数值较小的一个做为输出来减小调节阀的开度。相对而言, 由于使用数值较小的值来控制关闭阀门, 因此关阀应当机立断。

2.3 逻辑总结

当出站压力高于出站设定值和进站压力低于进站设定值两种情况并存时, 根据两路PID的低选结果, 选择能使PID输出结果更低的较小者, 即关阀急, 谁急调谁。

当出站压力高于出站设定值和进站压力低于进站设定值两种情况单独出现时, 根据两路PID的低选结果, 优先保证出站不超压或泵入口压力不过低。

当压力在正常范围内运行时, 根据两路PID的低选结果, 开阀幅度会相对缓慢。

3 结束语

低选控制的特点是根据设定值, 围绕某一个控制量进行调节时, 可以同时兼顾另一控制量, 即可在设定值允许范围内同时约束两个控制量的变化。例如出站压力控制时, 可以兼顾调节进站压力不低于进站设定值;进站压力控制时, 可以兼顾调节出站压力不高于出站设定值。

低选控制的适用性在于它是从液体管道的控制需求与调度员的操作特点出发, 实现一种自动切换辅助功能, 消除进站压力控制和出站压力控制之间切换带来的压力扰动, 从而确保进、出站压力的自动切换和系统的平稳运行, 利用自动化手段降低了因人工切换不及时等复杂因素所带来的管道运行风险。

参考文献

[1]王志.电动调节阀动态特性与控制研究[D].济南:山东大学, 2013.

[2]王书惠.天然气长输管道分输压力控制系统技术研究[J].石油规划设计, 2012, 23 (1) :23~26.

[3]吉建娇, 张姣姣, 刘丹丹.选择性控制系统[J].科技创新导报, 2009, (24) :174.

[4]Richard C D, Robert H B.Modern Control Systems[M].London:Prentice Hall, 2010.

自动输液 篇5

大输液作为医疗机构最常用的药品制剂, 市场需求巨大, 近十年来行业复合增长率达17.2%, 2011年, 我国大输液市场容量在100亿瓶 (袋) 以上, 而塑瓶大输液以其安全性、环保性等特点, 每年也以较高的速度递增, 2011年市场容量迅速上升到40亿瓶以上。在塑瓶大输液生产中要在瓶底安装一只吊环, 便于使用时将输液瓶倒立吊起。吊环的安装是生产中很重要的一个环节, 本文主要介绍将大输液塑瓶拉伸吹瓶机改造为自动焊环吹瓶一体机的设计要点。

2 塑瓶吊环焊接的基本情况和问题

我国现有100多条塑瓶大输液生产线, 吊环的生产安装一般在塑瓶灌装药液并封口灭菌以及灯检后进行, 一种是手工焊接, 操作人员一手将输液瓶倒立, 另一手将吊环套在塑瓶底部的注口柱上, 然后用电烙铁将瓶底注口柱头熔成蘑菇型;另一种是机械辅助手工焊接, 操作人员将塑料吊环套在瓶底注口柱上, 再放在带有电烙铁的机架上, 电烙铁将瓶底注口柱头融化成蘑菇型。我公司2009年投产的年产6000万瓶两条塑瓶输液生产线就是采用机械辅助手工焊吊环。手工或机械辅助手工焊吊环存在下述缺点:用人多, 速度慢, 效率低, 电耗大, 不美观, 生产成本高, 并且焊接质量受人员熟练程度、精力是否集中的影响, 一旦焊接不好, 一瓶药品就要报废。焊接时产生烟尘和气味, 影响生产环境和操作人员身体健康。

3 改造内容

3.1 改造方案

我公司经对吹瓶机结构和焊环工艺技术深入研究, 并经反复试验, 成功地实现对吹瓶机的改造, 并加装自动焊环装置, 使吹瓶和焊环在吹瓶机上完成自动操作。该改造方案不改变吹瓶机主体结构, 在吹瓶机上加装由振荡器及吊环输送导轨等组成的自动上环装置、瓶坯注口柱修正装置、由发热管及电压控制模块等组成的自动焊环装置、PLC控制装置, 并对吹瓶机灯箱灯管照射角度进行调整, 对塑瓶模具进行改造, 改造过程简单, 改造时间短, 投资少, 吹瓶、焊环在同一台设备中进行, 并采用人机对话平台, 焊接准确、均一, 质量可靠, 成品率高。

工作原理:由振荡器、导轨等组成的自动上环机构安装在吹瓶机加热随行夹具导轨一侧, 机械挂环机构平行安装在瓶坯前行方向的正上方, 瓶坯注口柱修正装置安装在挂环装置之前。固定在吹瓶机机械手上的瓶坯运动到注口柱修正装置处, 在运动中将注口柱修正, 运动到挂环机构位置时, 挂环机构的导向机构将运动的瓶坯自动导向, 瓶坯的注口柱头此时与自动上环机构输送过来的吊环中心孔在同一高度和同一水平线。吊环与瓶坯的注口柱头成一定角度, 当瓶坯注口柱头进入吊环中心孔时, 会带动吊环向下滑行, 吊环在压力弹簧的压力作用下自动向下向前运动, 瓶坯注口柱头自动准确穿过吊环中心孔, 完成上环。安装在吹瓶机内的加热棒将柱头熔化成蘑菇状, 机械手将焊好吊环的瓶坯送入瓶模吹瓶。

3.2 改造要点

(1) 吊环安装自动检查系统。在自动上环机构的后段, 安装有吊环自动检测系统, 包含瓶坯检测光纤、吊环检测光纤、工业PLC、报警提示系统。瓶坯在自动上环机构上环以后会经过吊环自动检测系统。瓶坯检测光纤和吊环检测光纤会同时检测瓶坯和吊环, 当两个光纤都检测到物体存在, 证明上环是成功的。当瓶坯检测光纤检测到瓶坯而吊环检测光纤未检测到吊环时, 工业PLC将采集到的信号进行分析并发出报警信号, 报警声提示现场操作人员存在脱环瓶坯, 同时工业PLC将自动记数, 在触摸屏上显示此次报警记录。记录系统将记录每个班脱环情况, 便于生产管理及设备状态管理。

(2) 自动焊接系统。自动焊接机构由工业PLC、触摸屏、电压控制模块、发热管、温度采样传感器组成。通过触摸屏设定焊接温度, 当设定好焊接温度后, 温度采样传感器将检测到的实际温度信号发到PLC, PLC分析设定温度和实际采样温度后, 将控制信号发给电压控制模块, 电压控制模块将对PLC发出的指令进行处理, 通过PID移相触发控制原理输出适当的电压到发热管, 使发热管的实际温度达到设定温度。

(3) 瓶坯注口柱修正装置。因瓶坯由不同的制坯模具型腔浇注口浇注, 长度会有少许不同, 柱头可能会带有飞边, 影响吊环安装和焊接, 因此吊环安装前要进行修正, 去除飞边, 并使注口柱长度一致。瓶坯注口柱修正装置安装在挂环装置之前, 由一把修正刀及固定调解装置和吸尘器组成, 去除柱头飞边, 并将注口柱的长度修成一致, 同时吸尘器将产生的废屑吸入, 然后定期清理废屑。

(4) 发热管的选择。一台吹瓶机配置一套由发热管、电压控制模块等组成的加热焊环装置。为保证发热温度和注口柱头出现蘑菇头, 选用准12mm、220V、2000W的发热管, 发热管长度在800mm为宜。

(5) 加热灯箱的调整。吹瓶机有好多组灯箱 (直线式1出8吹瓶机有12组灯箱) , 利用红外线将瓶坯加热软化至一定温度, 再利用洁净空气将瓶坯吹成塑瓶。瓶坯焊好吊环后, 只需对瓶坯进行加热, 吊环不需加热, 因此要调整灯箱灯光照射瓶坯的角度, 使之主要对瓶坯加热, 减少对吊环的加热。

(6) 吊环振荡器的选择和调整。吊环的输送由振荡器来实现。振荡器储存吊环的容积要适量, 容积过小则添加吊环频繁, 增加操作人员工作量, 并且频繁操作对工作环境造成影响, 容积过大则振荡器负荷重, 容易出现故障。一般装量在1500只左右为宜。工作时要调整好振荡器的振荡频率, 以使输送吊环的数量与生产相适宜。

(7) 吊环的选型与设计。大输液塑瓶常用的吊环有方形和圆形两种, 因吊环要经振荡器、导轨自动输送, 因此吹瓶自动焊环一体机只适用圆形吊环, 吊环的外径、厚度要与成品瓶底凹槽相适应, 不能露出和高出凹槽外缘。改造后, 吊环焊接在洁净区内的吹瓶机上进行, 吊环的洁净程度要与焊接环境相一致。

(8) 塑瓶成型模的改造。一副塑瓶成型模由三部分组成:一部分为瓶底模、另两部分为瓶体模。进入塑瓶成型模的瓶坯已焊上吊环, 因此瓶底模要进行改造, 底部做出凹槽, 以放置吊环, 瓶体模不需变动。

4 改造效果分析

我公司年产6000万瓶塑瓶输液两条生产线于2010年6月进行了吹瓶机加装自动焊环装置改造, 改造后已连续运行了两年, 运行效果分析如下: (1) 减少了操作人员, 节约了人员费用。两条塑瓶输液生产线原采用机械辅助手工焊, 每条线8台焊环机, 每台焊环机两人操作, 每台每分钟焊接15瓶左右, 每班每条线配备2名辅助人员, 负责搬运吊环、清理废品等, 每天两班, 操作人员72人。改造后每台吹瓶机配置一套自动焊环装置, 由两人操作, 两条生产线三台吹瓶机每天两班工作, 需12人, 减少60人, 按照每人每年30000元工资计算, 每年节约工资支出180万元。 (2) 降低了维修工作量和维修费用。原16台焊环机, 易损件如气缸、加热棒、电器配件等维修、更换、保养, 需要大量时间, 平均每月维护费用0.8万元左右, 一年近10万元, 改造后三套自动上环、焊环装置每年维修保养费用只需3万元。 (3) 节电明显。原1台机械辅助人工焊环机加热及动力能耗0.7kW, 16台设备总能耗11.2kW, 现1台吹瓶机改造成吹瓶焊环一体机, 增加能源消耗2.8kW, 三台设备8.4kW, 节电25%。 (4) 吊环安装、焊接自动完成, 焊接准确、均一, 质量可靠。经统计, 成品率提高0.2%以上。 (5) 没有烟尘。自动焊环装置的加热管将瓶坯注口柱头加热变软, 然后挤压柱头使其变成蘑菇头, 因此没有烟尘, 便于生产环境控制, 利于操作人员健康。 (6) 改造不改变吹瓶机主体结构, 用时短、费用低。1出8直线式吹瓶机每台改造只需两个工作日, 上环机构、焊环机构、PLC系统等, 每台吹瓶机改造费用约6.8万元。

5 结语

运行实践证明, 将输液塑瓶吹瓶机改造为吹瓶自动焊环一体机技术成熟、工艺简单可行, 改造时间短, 费用低, 改造后节约了能源消耗, 提高了成品合格率, 而且大大减少了操作人员, 节约了劳动力, 工厂效益显著, 并可向同行业推广, 具有较好的社会效益。

参考文献

[1]黄盛秋.塑料输液瓶吹瓶机的设计过程及分析[J].医药工程设计, 2008, 29 (3) :46-49.