高效包衣机

高效包衣机（精选4篇）

高效包衣机 篇1

随着新版GMP发布, 所有制药设备都做出相应改进。此版GMP最大的变更便是引入了质量保证与质量控制的概念, 明确了药品质量管理、质量保证与质量控制的基本要求, 引入了质量风险管理的理念。

然而, 对相应设备制造企业而言, 如何应对是整个行业所关注的, 现笔者就高效包衣机所存在问题, 从质量风险角度做一分析, 并简述其应对措施。

1 风险分析简述

风险是危害发生的可能性和严重性的组合, 而风险管理则是系统的运用管理方针和程序来实现对目标任务的风险分析、评价和控制。根据风险管理的方式和方法, 制定出基于风险因素考虑的更为有效的决策, 以利用有限的资源, 最大化降低风险。

图1为ICH Q9质量风险管理的基本程序流程图, 根据ICH Q9质量风险管理的基本程序流程可知, 就制药设备而言, 其源头是设计, 后续涉及到设备工艺、材质、加工、制造、检验、验证等各方面。也可看到“质量源于设计”的概念, “质量源于设计”的理念使用贯穿于制药设备诞生周期的全过程的各个阶段, 其目的在于更好地控制药品生产质量。

在此理念下, 结合高效包衣机所存在问题, 从质量风险角度做一分析, 并简述其应对措施。

2 高效包衣机风险分析及其应对措施

2.1 如何保证进入包衣机的热风为达到C级要求的洁净空气

将高效过滤器由常规设计在热交换器之前改为设计在热交换器之后, 这样可以杜绝热交换器可能产生的氧化物颗粒也被高效过滤器所控制。同时, 由于高效过滤器装于热交换器之后, 可能承受的热空气高于常温达100℃以上, 为此高效过滤器采用耐温型的, 其正常工作温度≤250℃, 完全能对热空气正常过滤, 该过滤器滤尘效率为99.99%, 达国际U13级要求, 完全符合C级的洁净要求。

2.2 如何解决高效过滤器可能出现泄漏、阻塞现象

高效过滤器在使用中可能出现泄漏、阻塞现象, 其将失去高效过滤器的功能, 影响洁净空气的提供。

应对措施:在高效过滤器两端增设微压差探测传感器, 将探测到的数据输入PLC并在触摸屏上显示。一般来讲, 正常工作初压力为250 Pa左右, 粉尘装满需更换时为500 Pa左右。因此, 我们设计了两个报警点, 也就是当高效过滤器出现泄漏或损坏时, 其两端的压差大大下降甚至出现0 Pa或者是高效过滤器存尘量达到预定值 (200 g/1只) , 压差为500 Pa左右或更高些, 这两种情况均会发出报警, 提醒操作员采取停机或相关的措施。

2.3 如何解决布袋除尘可能出现泄露、阻塞现象

布袋除尘在使用中可能出现泄露、阻塞现象, 其将失去排风除尘的功能, 会影响包衣滚筒内负压的产生或对大气环境造成污染。

应对措施:在布袋除尘器两端增设压差探测传感器, 将探测到的数据输入PLC并显示在触摸屏上。一般来讲, 正常工作初压力为800 Pa左右, 粉尘装满时为500Pa左右。因此我们设计了两个报点, 也就是当布袋除尘器出现泄漏或损坏时, 其两端的压差大大下降甚至出现0 Pa或者是布袋除尘器存尘量达到预定值 (200 g/1只) , 压差为1 500 Pa左右或更高些, 这两种情况均会发出报警, 提醒操作员采取停机或相关的措施。

2.4 如何按气象条件设定工艺参数

通常设计是按正常气象条件 (如湿度) 设定工艺参数, 当出现下雨天或空气湿度很高时, 有可能影响药片的包衣质量。

应对措施:在空气处理系统中增加简易的表冷除湿装置, 使进入包衣的自然风的水含量为9 g/kg, 以保证进入加热后的空气湿度稳定, 避免了进入包衣机的洁净空气中水含量时高时低, 以保证了药片的包衣质量。

2.5 如何控制包衣机的热空气温度波动

一旦进入包衣机的热空气温度波动太大, 会影响药片包衣质量。常规设计的对空气加热的蒸汽热交换器是采用开或关 (即0/1) 的控制方式, 即对蒸汽采用全关或全开的控制方式, 控制比较粗糙, 温度上下误差数大于±5℃以上。

应对措施:采用德国宝德阀对蒸汽的流量的大小进行控制, 即根据设定的温度与实际温度的比较后, 由PLC向阀发出4～20 mA的信号, 控制阀的开闭度, 从而控制蒸汽流量, 使空气的精度控制在±2℃左右, 保证包衣质量。

2.6 如何解决片芯搅拌与翻动均匀

进入包衣机的片芯如果搅拌与翻动不均匀, 药片就可能发生磕边、碎片, 影响药片质量。

高效包衣机原机型是由英国MANESTY公司的机型发展而来的, 其搅拌器为斗式搅拌器, 存在一些缺陷: (1) 片芯在滚动中交换不充分, 包出的薄膜不均匀, 且包衣片还可能出现花斑现象; (2) 片芯滚动不够流畅, 慢速时将整锅片芯一起滑动; (3) 搅拌器将小量片芯带向滚筒顶部, 下落时易发生碎片现象; (4) 搅拌器表面积大, 且露出片芯易黏附一层包衣介质, 干燥后脱落, 影响包衣质量; (5) 装料多少不能随意改变, 装量太小, 搅拌效果不好, 包衣质量不理想。

应对措施:我们经多年的试验摸索, 设计了流线型导流板搅拌器, 能有效克服上述缺陷。素芯在流线型导流板搅拌器作用下, 翻转流畅、交换频繁、消除了素芯从高处落下和碰撞现象, 杜绝了碎片和磕边, 提高成品率。同时, 导流板上表面窄小, 避免了敷料在其表面的粘附, 节约了敷料, 提高了成品质量。

2.7 如何解决喷枪堵塞

喷枪在喷液过程中有时会发生堵塞, 导致喷液量与供液量的不平衡, 严重时会产生硅胶管破裂现象, 一旦破裂面临着该锅药片报废问题。

原有的解决办法是把喷枪支架总成增加回流装置, 来解决硅胶管破裂问题, 但无法有效地解决频频堵塞问题。

应对措施:从设计入手, 我司研制的变量恒压蠕动泵 (如图2) , 取消了喷枪支架总成的回流装置, 液体敷料直接用变量恒压蠕动泵输送给喷枪, 其流量由阀门来控制, 压力是靠蠕动泵的特殊结构, 恒定压力供给喷枪使用, 这样喷枪的液体能保持压力平衡, 流量达到一致性, 流速快液体在喷嘴的停留时间短, 保持喷枪不堵塞, 达到流量雾化一致性。

其原理:在泵轴转动的作用下, 带动摆臂和滚轮挤压硅胶管, 把液体输送到喷枪, 流量靠转速快慢来调整, 压力是靠泵轴与摆臂之间的弹簧来保证供液的压力。喷枪所需要的流量用泵的转速调整到稍微大一点的需量, 这样会产生增压, 增压到喷枪所需的压力 (0.8 kg/cm2左右) , 硅胶管 (系统压力) 与蠕动泵弹簧达到平衡。如果硅胶管压力增加, 压缩摆臂弹簧缩小三个滚轮直径, 减少了泵的流量使压力无法再增加。这样即可取消回流管, 蠕动泵又能照样运转达到了平衡压力的要求和额定的流量, 保证硅胶管不爆管, 喷枪不堵塞, 流量一致性, 雾化一致性, 保证药品的包衣质量, 缩短包衣时间, 节省包衣敷料。

2.8 如何解决清理喷枪问题

在包衣机工作过程中, 由于包衣敷料的原因, 喷枪在喷洒敷料时, 有可能出现堵塞, 喷枪堵塞将影响片剂包衣的质量。因此, 普通高效包衣机的喷枪只能停止喷洒, 把喷枪总体移出包衣滚筒, 拆卸喷枪进行清洗, 然后再组装重新工作。这个过程最熟练的操作员也要花费15 min, 以350机型为例, 在包衣过程中每只喷枪堵塞需清洗3次, 那么15×4只×3次=180 min, 即3 h。

应对措施:从设计入手, 我司研制的喷枪有自动清枪功能。只要关一下喷枪的压缩空气, 喷针在弹簧的作用下, 即可迅速进入喷嘴, 将堵塞物清除, 其只要2～3秒的时间就可以同时对3只 (150机型为例) 或4只 (350机型为例) 的喷枪进行清枪除堵物。该功能特点: (1) 可以按自动程序, 清枪迅速; (2) 包衣过程可以连续进行; (3) 喷枪不必多次移出包衣滚筒外面, 杜绝了交叉污染的发生; (4) 每锅喷枪的包衣工作时间比普通无清枪功能的机型要缩短3 h以上。

2.9 如何解决雾化均匀性

一旦当包衣敷料粘度变化, 其雾化面积就会变化, 会产生雾化不均匀, 从而影响片芯包衣质量。

应对措施:从来样试验入手, 我司采用试验方法。在工厂做若干试验来决定喷枪喷嘴雾气出口角度、大小, 以确定喷嘴。这样固定式雾化面不可调的喷嘴, 无需人为地在一个规格里面调整雾化面, 椭圆形雾化面可以360°旋转调整包衣机的装载量, 以确保雾化面积大小一致, 避免了因人为因素而产生的调整不当, 从而保证了包衣质量。如果包衣敷料粘度有变化时, 采取更换相应喷嘴的方法。

2.1 0 如何解决机器清洗问题

一般包衣机在清洗过程中和清洗水的烘干过程中, 大量水气对布袋和高效过滤器的产生浸蚀, 会加之其老化与失效。

应对措施:从设计入手, 我司在热风柜与主机之间的热风管路上装有1只准350的气动执行阀, 在排风柜与主机之间的排风管路上装有2只准350的气动执行阀。通过阀的控制, 杜绝了在自动清洗与烘干时带有大量水气的空气对高效过滤器与除尘布袋的浸蚀, 保证了热风柜、排风柜的正常工作。

3 结语

本文从风险分析与应对措施二面, 分10个方面探讨了高效包衣机所存问题及其应对措施。可以看到只有通过风险分析, 本着“质量源于设计”的概念, 才能提高制药设备的质量。

高效包衣机 篇2

关键词：高效包衣机,片剂,包衣,中药制剂设备

0 引言

中药片剂是指将提取物、提取物加饮片细粉或饮片细粉与适宜辅料混匀压制或用其他适宜方法制成的圆片状或异形片状的制剂, 通常有浸膏片、半浸膏片和全粉片等。中药片剂是在丸剂制作的基础上发展起来的, 近年来, 片剂的生产技术与机械设备均有较大的发展。

中药片剂的研究和生产在20世纪50年代才开始, 随着中药化学、药理、制剂与临床等方面的综合研究的不断深入, 中药片剂的品种、数量不断增加, 工艺技术日益改进, 片剂的质量也逐渐提高。中药片剂在类型上除一般的压制素片、糖衣片外, 薄膜衣片也已经被广泛采用。在片剂生产工艺方面逐渐摸索出一套适用于中药片剂生产的工艺条件, 如对含脂肪油及挥发油片剂的制备, 如何提高中药片剂的硬度、如何改善崩解度以及片剂包衣等方面经验的积累, 使中药片剂的质量不断提高。

本文就目前中药制剂企业生产中通常使用的BGB系列高效包衣设备, 从结构、原理及其使用等方面做一介绍, 以供参考。

1 BGB系列高效包衣机的结构

BGB系列高效包衣机主要由主机、热风机、排风机、喷雾系统、微处理器可编程控制系统组成, 通常与其配套的设备还有电加热搅拌保温罐、空气压缩机等辅助设备。

1.1 主机

主机由密闭工作室、筛孔板制作的包衣滚筒 (有孔包衣机) 、搅拌器、清洗盘、电动机等部件组成, 如图1所示。

1—侧门2—上箱体3—下箱体4—门5—密闭工作室6—搅拌器7—包衣滚筒8—大链轮9—涨紧轮10—链条11—清洗盘12—小链轮13—电动机

1.2 热风机

热风机主要由风机、初效过滤器、中效过滤器、高效过滤器、热交换器等5大部件组成, 主机所需热风直接采用室外自然空气, 经初、中、高效过滤器过滤后达到制剂所需洁净空气的要求, 然后经蒸汽 (或电加热) 热交换器加热进入主机包衣滚筒内对片芯进行加热。各部件都安装在一个框架内, 如图2所示。

1.3 排风机

排风机主要由风机、布袋除尘器、清灰机和集灰箱4大部件组成, 各部件都安装在1个立式框架内。其作用是把包衣滚筒内的包衣尾气经除尘后排到室外, 使包衣滚筒内处于负压状态, 既促使片芯表面的敷料迅速干燥, 又可使排至室外的尾气得到除尘处理。各部件结构简图, 如图3所示。由于使用过程中除尘布袋需要及时清灰和清洗, 所以一般制药企业都备有两三套除尘布袋以保证生产的连续性。

1—电动机2—风机3—除尘布袋4—骨架5—振打清灰电机6—灰斗7—集灰抽屉8—壳体9—检查门

1.4 喷雾系统

1.4.1 糖浆包衣喷雾系统

糖浆包衣喷雾系统由多嘴分配器 (图4) 、流量调节器 (图5) 、硅胶管、搅拌保温罐、蠕动泵 (图6) 等部件和辅机组成。

1.4.2 薄膜包衣喷雾系统

薄膜包衣喷雾系统由搅拌保温罐、蠕动泵、硅胶管、流量调节器、喷枪总成 (图7) 等部件和辅机组成。喷枪结构设计了通针式柱塞, 既提高了雾化效果, 又解决了喷嘴泄漏和堵塞的2大难题, 使用时只要旋转喷枪尾部的调节螺栓即可调整喷浆量。如果在作业过程中出现堵塞情况, 只要关闭压缩空气进气管, 柱塞在尾部弹簧的作用下, 向喷枪头部的喷嘴口移动, 通针进入喷嘴口即可去除堵塞物, 操作十分方便, 如图8所示。

2 工作原理

高效包衣机的工作原理如图9所示, 将片芯放入包衣滚筒内, 片芯在洁净密闭的旋转包衣滚筒内不停地做复杂的轨迹运动。在运动过程中, 按工艺流程和合理的工艺参数自动喷洒包衣介质, 同时在负压状态下供给热风, 热风通过片芯从包衣滚筒底部排出, 使喷洒在片芯表面的包敷介质得到快速、均匀的干燥, 形成坚固光滑的表面薄膜。

3 BGB系列高效包衣机的特点

3.1 包衣锅内的负压显示与控制

在包衣机的上箱体内增设负压检测点, 并在操作柜上装置压差表, 操作人员可根据工艺规定操作触摸屏, 通过控制排风机转速, 以达到控制锅内负压的目的。

3.2 供热风风速的显示与控制

在供热风的管路中增设风速检测点, 并在操作柜上装置风速表, 操作人员可根据工艺规定设定风速值, 通过操作触摸屏控制热风机的转速, 以达到控制供风量的要求。

3.3 温度值的显示与控制

在包衣滚筒的进、出风口配置了温度传感器, 其温度信号输入PLC并与设定值进行比较后, 自动控制热交换器, 从而达到控制包衣温度值的目的, 其控制精度达±1℃。

3.4 喷浆量的调整与控制

输浆管系统的每把喷枪具备微量调节功能, 管路中的浆量调节阀和蠕动泵压能随输浆管的舒紧度 (即输料管口压力) 的不同而改变回转半径, 保证了料浆的恒压输出, 而流量可根据喷雾量的大小随时自动平衡, 保证了浆料在工艺参数确定的压力条件下, 能够自动控制浆料量。

3.5 浆液雾化覆盖面的调整与控制

该设备独家设计了专门用于包衣系统的喷枪, 雾化覆盖面积的大小随喷头360°可调, 可以根据锅内装料量的不同, 通过转动喷头盖的角度可调节总覆盖面, 操作方便易掌握, 可以避免因人为的操作技术因素而影响雾化效果。

3.6 喷枪与雾化的程控

喷枪设计了开枪时压力必须达到0.2 MPa才能开枪, 从而在结构上保证了敷料在喷射雾化过程中始终是先开雾化汽回路后喷射, 在关枪时先关敷料后关雾化汽回路的功能杜绝了在雾化过程中的液滴现象。

3.7 清枪防堵设计

该设备设计了定时间隔自动清枪程序与手动清枪装置, 清枪时间只要1 s就能完成。

3.8 记忆和打印功能

设备可以自动实时记录生产过程中的有关工艺参数, 并可根据要求打印出来, 避免了因操作人员手工记录导致的误差, 保证了原始记录的真实、可靠。

4 高效包衣机的操作

4.1 设备的操作类型

4.1.1 包糖衣

包糖衣作业由自动控制的喷浆、匀浆、干燥 (热风、排风) 3大循环工艺组成的作业过程完成, 各段工艺的作业时间、喷浆量、匀浆转速、干燥温度及循环次数等工艺参数可以按工艺要求编制程序, 操作触摸屏输入PC可编程控器, 由微电脑控制工艺过程。即使在自动循环的包衣过程中, 也可随时通过操作按键更改工艺参数, 达到改变作业过程的要求, 以保证包衣效果。

包糖衣的基本工艺过程为:喷浆—匀浆—供热风—排风。喷浆:片芯装入包衣滚筒内, 通入热风预热后, 在启动蠕动泵的同时启动主机, 使滚筒同时进行不间断地运转。蠕动泵按工艺要求的转速将恒温糖浆输入多嘴滴管, 并均匀地滴洒在滚筒内的片芯上。片芯在包衣滚筒中反复运动, 使之表面均匀地包上一层糖浆。在已设定的工艺时间的控制下, 完成喷浆作业。匀浆:喷浆作业完成后, 包衣机滚筒继续运转。根据已设定的工艺时间间隔, 自动开启热风机, 向包衣滚筒内连续输入干燥、洁净的热空气, 按工艺设定的时间对片芯加热干燥。然后自动停止供热风并启动排风机, 吸出包衣滚筒内潮湿的空气经除尘处理排到室外。这样就完成了一个工艺过程。按设定的循环次数, 如上述工艺过程循环不断地进行。最后进行滚光 (即只有主机运转) 和冷却完成包糖衣的全部全程, 全过程一般情况下需4～6 h完成。

4.1.2 薄膜包衣

薄膜包衣包括有机薄膜包衣和水相薄膜包衣。在薄膜包衣的整个过程中, 雾状包衣敷料的喷洒是连续性的。主机运转 (即匀浆) 、干燥等工艺也同时连续进行。因此, 薄膜包衣过程中输浆泵 (蠕动泵) 、主机滚筒、热风机、排风机自始至终处于连续运转状态。

喷雾系统由配浆桶、恒压输送料浆的蠕动泵、料浆调节器、喷枪总成等部件组成。作业时, 需将喷枪的喷雾气压和喷雾角度仔细调整一致, 同时调整好适当的蠕动泵转速和浆料调节器就能得到所需要的理想的雾化状态。包衣过程中热风温度、主机转速、运转时间等工艺参数可以按不同规格、形状、重量的片芯及各种不同性质的包衣敷料的工艺要求编制程序, 操作面板上的按键, 输入可编程控器, 控制工艺过程。可随时更改工艺过程, 使片芯得到理想的薄膜包衣效果。最后进行滚光和冷却处理。完成薄膜包衣的全过程一般情况下需1～3 h。通常调节出风量比进风量稍大, 使得包衣滚筒内略呈负压状态, 使包衣液能顺利进入片料床。

4.2 高效包衣机操作规程

4.2.1 操作前的准备

高效包衣机在操作前一般有如下准备:

(1) 在辅机间合上总电源开关, 关闭清洗盘排水阀门。

(2) 检查前一班次设备运行记录, 是否有故障记载并及时处理, 严禁设备带病运行。

(3) 安装打印纸, 检查打印机是否安装连接好。

(4) 检查控制柜内洁净压缩空气接搅拌器马达的分阀门后的油雾器是否有油, 并加注到位。

(5) 检查搅拌器马达压缩空气接头连结的硅胶管是否紧密, 关闭搅拌器马达阀门。

(6) 检查搅拌保温罐吸料出口接头与蠕动泵入口接头之间的硅胶管是否连接紧密。

(7) 检查蠕动泵出口接头与喷枪敷料入口接头之间的硅胶管是否连接紧密。

(8) 检查连接喷枪的压缩空气硅胶管是否连接紧密。

(9) 正确插上电加热保温罐和蠕动泵的电源插头 (薄膜包衣敷料如不需要保温, 包薄膜衣时可不用插电加热搅拌保温罐的电源插头) 。

(10) 打开洁净压缩空气的总阀门, 再打开连接喷枪和搅拌器马达的3个分阀门, 调节气压。

(11) 检查设备良好后, 填写并悬挂设备运行状态标志牌。

4.2.2 包衣操作

电源接通后, 触摸屏上显示欢迎画面。点击“系统监控”键, 进入系统监控画面。点击“手动”键, 进入手动操作画面。

预热包衣锅的操作为:在手动操作画面, 点击“匀浆”键, 包衣滚筒转动, 点击“主机加速、减速”按键, 使包衣滚筒转速为4～6 r/min;点击“排风”键, 启动排风风机;点击“热风”键, 启动热风风机;点击“温控”键, 进入温度控制画面。设定进风温度 (根据产品工艺规程设定) , 点击“温关”键使之变成温开, 热风机电磁阀打开, 供给蒸汽, 按设定温度开始加热;包衣滚筒转动2～3 min后, 依次关闭热风、排风、匀浆。打开观察窗, 移出喷枪, 把已筛去细粉和颗粒的预包衣药片加入包衣滚筒中, 注意药片量应适量, 不宜过多, 也不宜过少, 然后移入喷枪, 关闭观察窗。

对药片进行预热的操作为:启动排风、热风。设定进风温度为60℃, 每隔30 s就翻转1次药片。预热4～5 min, 使药片表面温度达到40～50℃。依次关闭热风、排风、匀浆。

包衣敷料的准备:根据包衣药片数量、生产工艺要求计算出辅料用量, 并按规定配制。将配制好的包衣敷料过100目筛 (糖衣包衣敷料过80目筛) , 除去异物, 将滤液加入到电加热保温罐中。如果是包糖衣, 应先从加水器向保温夹套中加水至加水器的1/3处, 再加入包衣敷料, 插上电源插头, 设定温度下限值和温升范围。逐步开启搅拌器马达的气阀门, 使搅拌桨转速达到规定转速。打开观察窗, 将喷枪移出至锅外, 点击“喷浆”键, 再打开压缩空气, 调整喷枪的雾化均匀度和浓度。将喷枪移入锅内, 旋紧固定螺母, 粗调喷枪的高度和角度。

启动匀浆, 调节转速, 进一步精调喷枪的高度和角度。启动排风、启动热风, 设定进风温度。启动喷浆, 打开喷枪的压缩空气。包衣过程中, 要时刻注意喷浆量、片芯干燥程度、锅内负压、喷枪的雾化情况, 并及时作出相应调整。喷浆结束后, 关闭压缩空气, 关闭喷浆, 将温度设定在室温以下或关闭加热。将转速调至最低, 待片芯温度冷却至室温后, 关闭热风, 关闭排风, 关闭匀浆。打开观察窗, 移出喷枪, 安装出片装置, 并确定安装正确。启动匀浆, 直至锅内药片出完为止。最后关闭匀浆, 卸除出料装置。

清洁与复查:按设备清洁规程将设备清洁干净, 清洁生产现场。取下电加热搅拌保温罐、蠕动泵的电源插头。关闭压缩空气总阀门。关闭总电源开关 (辅机间) 。

填写记录:填写设备清洁记录, 填写设备运行记录。根据设备情况, 更换设备状态标志牌。

注意事项:蠕动泵供液量应根据输出端对流量的要求, 适当调整转速, 使其符合流量的要求。调速时必须先开机后调速, 蠕动泵电机未开时, 绝对不能转动手轮, 以防损坏机件。根据尘源的粉尘浓度, 适当调整振打清灰的间隔期, 使除尘器布袋得以清灰, 一般每班清灰3～4次, 每次振打30～40 s, 应注意每锅包衣完成后, 必须振打1次, 振打时间以40 s左右为宜。

4.2.3 清洁方法

排风口的清洗:取下排风口, 用清洁抹布、50～60℃饮用水清洗排风口壳体内、外表面, 直到无任何残留物为止, 再用纯化水淋洗3次至淋洗液成直线落下, 至风口表面洁净、光滑、无水珠附着、洗出水澄明为止。将滚筒转速调至低速, 关闭清洗盘下的排水节流阀, 注入漫过滚筒底部的50～60℃的饮用水, 清洗滚筒2次, 每次10 min (如有强黏附性残留物, 可停机用清洁抹布擦洗) 。排尽清洗水, 再用饮用水冲洗滚筒, 直到滚筒壁无任何残留物为止, 然后以纯化水清洗筒壁3次, 至洗出水澄明。

蠕动泵的清洗:把蠕动泵的吸液管插入50～60℃的饮用水中, 开启蠕动泵, 把水吸入喷枪并从枪口流出, 直到流出水无色、澄明为止。然后将吸入管插入纯化水中, 开启蠕动泵, 把水吸入喷枪并从枪口喷出, 清洗3次, 每次2 min。

喷枪的清洗:取下喷枪, 用清洁抹布、尼龙毛刷、50～60℃饮用水将喷枪外表面及枪架清洗至无任何残留物为止, 再用纯化水清洗至表面洁净、光滑。

热风机的清洗:按规定程序将过滤器拆下, 在清洗间拍打过滤器以除去外表灰尘, 然后以50～60℃的清洗溶液浸泡15 min后反复搓洗 (一般需进行3～4次) , 再以饮用水反复搓洗至洗出水清洁。清洗合格后, 用甩干机甩干水分, 然后放入烘箱中低温烘干, 用臭氧灭菌后使用。将过滤器重新安装后使用。

排风除尘袋清洗:按规定程序取出排风除尘袋, 用50～60℃饮用水清洗, 洗至表面清洁无任何残留物为止, 再用纯化水洗至见布袋本色为止。烘干备用。

4.3 高效包衣机操作参数变化分析

高效包衣机操作参数主要涉及喷枪位置、喷雾速度、雾化压力、进风口温度、包衣滚筒内压力、包衣滚筒的转速等。根据参数的变化产生的现象进行具体分析, 如表1所示。

5 设备维修与维护保养

5.1 主控系统电气维修

由于系统采用PLC控制, 因此电气线路简单明了, 维修方便。常见故障现象及检查方法如表2所示。更换过滤器, 一般规定初、中效过滤器每季1次, 确定高效过滤器半年1次。热风机内的风机在正常使用中, 应视情况进行定期检查维修, 检查螺栓是否松动, 叶片油漆是否剥落, 电线表皮是否损坏。操作中注意风机在运转中有无异常响声、振动和松动以及电流过大等现象, 并及时维修和排除。热风机在长期停用后, 再重新使

5.2 主机减速机维修

减速机出厂时已加入二硫化钼润滑脂。一般每工作半年应检查1次, 每工作12～18个月更换1次润滑脂。

5.3 热风机的维护保养

各过滤器一般应结合清灰同时进行检查, 如发现损坏需及时修补或更换。根据实际情况, 定期清灰或用时, 必须对热风机内部的风机进行全面检查, 观察各连接部分是否牢固可靠, 并经试运转后, 方可正式使用。

5.4 排风机的维护保养

扁布袋过滤器应定期检查磨损情况, 如发现损坏需及时修补或更换布袋。根据实际情况定期清洗布袋, 在使用中如振打电机清灰后, 排风流量还达不到要求时, 就应考虑清洗布袋。

清洗或更换时, 只需将过滤器部件的4个紧固螺母旋松即可抽出;重新安装时要注意过滤器部件与风机部件之间的密封 (2个部件之间由密封填料粘合) 。一般每隔6个月, 将振打清灰电机罩拆下, 对偏心套轴承加注黄油, 并检查橡胶密封膜是否损坏, 若已损坏应更换。

在风机的开车、停车或运转过程中, 如发现不正常现象时, 应立即进行停机检查。对检查发现的小故障, 应及时查明原因, 设法消除或处理, 如小故障不能消除或发现大故障时, 应立即进行检修。每次检修后应更换润滑油。

风机在检修后开动时, 需注意风机各部位是否正常, 只有在正常时, 方可正式使用。一般故障排除方法如表3所示。

5.5 蠕动泵无级变速机的维护保养

无级变速机和减速机应分别加入指定的润滑油。无级变速机工作环境的温度不得超过40℃, 工作油温表面不得超过80℃。

无级变速机必须在开机的情况下方可调速, 否则将损坏机件。无级变速机在出厂时, 调速限位螺钉已经调整在极限位置, 不得任意调整, 以免损坏机件。无级变速机不宜长时间停留在某一个固定速度使用。

如果更换电机, 应保留原装带有油封的电机法兰, 以免润滑油流入电机。无级变速机所用的润滑油必须定期更换。

5.6 其他异常情况及处理

其他异常情况及处理如表4所示。

6 结语

BGB系列高效包衣机设备结构合理, 工作原理先进, 符合新版GMP要求, 是目前中药制药企业进行设备更新、升级换代的首选包衣设备, 已经被广泛采用。本文通过分析设备的结构特点、工作原理、操作要点, 结合操作注意事项以及生产中的经验积累, 重点讲解其在中药制剂生产中发生、发现的一些问题, 并提出了解决方法和注意事项, 为操作人员在实际生产操作中遇到的问题提供建议, 以提高企业的生产效益。

参考文献

高效包衣机 篇3

关键词：流化床,制丸包衣机,使用,维护保养

流化床设备 (Fluiding equipment) 在制剂工业上作为干燥装置已使用了多年, 较早开发的流化床无喷雾装置, 仅仅用于湿物料的干燥和混合。随着喷雾干燥技术和新剂型的不断发展, 在流化床内设置喷雾构件后, 制粒、制微丸、包衣工序和干燥工序可在流化床中一次完成。这些改进使流化床设备更加适合工业化制粒、制备微丸以及包衣、混合等多方面的用途, 不仅降低了能耗且大大提升了产品性能。

1 流化床制丸包衣机简介

1.1 流化床制丸包衣工作原理

物料投入流化床内, 压缩空气通过初效、中效过滤器进入后部加热室, 经进气调节碟阀调节后被加热器加热至进风所需温度, 再通过产品容器的多孔板或过滤网上升进入流化床, 在引风机拉动下气流使物料在流化床内呈流化态。包衣用黏合剂由输液泵送入雾化器, 经雾化后喷向流化的物料, 黏合剂在物料表面均匀分布, 在热空气的作用下黏合剂中的液体蒸发后由风机带出机外, 物料表面形成一层致密的薄膜。

1.2 流化床制丸包衣喷雾种类

在流化床制粒或制微丸及包衣过程中, 应根据物料的性能和计划中产品质量来选择喷雾方法。目前方法有3种, 即顶端式喷雾、底端式喷雾和切线式喷雾。由于不同的喷雾工艺使用不同的流化床, 物料的流化状态不一, 故得到的产品也完全不同。

1.2.1 顶部喷射法

经过过滤、加热的气流穿过原料容器的底部筛网, 因气流产生的浮力高于粒子受到的重力, 从而使底部的原料形成涡流移动 (流化床) , 粒子从原料容器的底部上升。雾化液体通过垂直向下的喷嘴口喷入流化床, 在原料容器中形成结合区。粒化、包衣后粒子继续上升进入释放区。在被空气吹起的阶段, 每个粒子的表面完全展现在空气流中, 因此可得到最佳的使用喷射介质的喷射和干燥结果。由于圆锥形的原料容器越往顶部直径越大, 因此粒子速度下降, 粒子会落回到容器的边缘区。

在粒子的包衣过程中, 产品被分散或呈悬浮状。因此用有机溶液包衣时有个缺点:即有机溶液的沸点低, 在为产品包衣前小液滴可能已经蒸发 (留下先前被溶解的处于悬浮状的固体) , 从而影响包衣质量。

顶部喷射粒化的目的是用十分精细的粉末生产无粉尘、可流动的粒子。粒化是指对十分精细的颗粒产品 (通常为粉末形式) 进行包衣, 在使用喷射介质包衣时, 一些粉末粒子会黏附在一起形成粒子。黏结在粒化过程中, 是以受控制的方式完成的, 在包衣过程中应该尽量避免黏结的发生, 以免影响产品的质量。

大多数在流化中凝聚的产品都用本法, 生产的颗粒以多孔性表面和间隙性空洞为特点, 堆密度较小, 是增加难溶性药物溶出度的有效方法, 因为颗粒或微丸易吸收液体, 崩解较快, 如中药浸出液的干燥和制粒。

1.2.2 底部喷射法

底部喷射法是把喷嘴设置在气流分布板中心处的导流筒内, 流化颗粒、微丸或片剂在导流筒内接受黏合剂或包衣溶液。经过过滤、加热的气流穿过原料容器中流化筒底部的筛网, 因气流产生的浮力高于粒子受到的重力使流化筒底部的粒子或微丸沿流化筒向上移动。包衣雾化液体通过流化筒底部垂直向上的喷嘴口喷入被包衣物料, 包衣后粒子冲出流化筒进入释放区。粒子或微丸在被空气吹起过程中雾化后的包衣液体与被包衣物料同向运动, 延长结合时间。因此可得到最佳的包衣和干燥结果。

由于气流只通过流化筒底部进入, 因此粒子或微丸一旦冲出流化筒速度下降, 就会落回到流化筒的外边缘区。在粒子或微丸的包衣过程中, 产品是被液态并雾化的包衣物包衣的, 由于结合区离喷口近, 结合时间也较长, 因此不会出现喷射干燥问题, 从而使黏结发生的几率降到最低。

该法是目前最常用的微丸包衣方式, 优点是包衣效率高, 微丸不易黏连。

1.2.3 切线喷射法

经过过滤、加热的气流通过原料容器底部与旋转盘之间的间隙进入流化筒, 因气流产生的浮力高于粒子所受到的重力, 底部的粒子沿容器壁向上移动直至释放区, 同时转盘转动产生的离心力使粒子呈放射状向原料容器壁方向运动。在综合作用下粒子在原料容器内呈螺旋滚动流化状态。雾化、包衣液体通过喷嘴口从切线位置沿粒子的运动方向喷入流化床。在综合作用下的流化中, 每个粒子都在做高速圆周运动, 因此可得到最佳圆度成品。

由于转盘旋转产生的离心力而获得高强度的混合作用, 与流化床的干燥效率相结合, 从而生产出堆密度较高、但仍有少量间隙和空洞的产品, 颗粒硬度较大, 不易破碎, 且接近球形, 是制备微丸的常用方法。

该法包衣后的产品表面比底部喷射工艺产品表面光滑圆整, 但产量相对要低。

以上3种喷雾方法均可供流化床进行颗粒、微丸制备及其包衣。流化床制粒包衣工艺过程的核心是液体的喷雾系统, 在几乎所有流化床设备中, 喷嘴的作用是双重的, 即制粒和包衣。液体在低压下通过一个孔口喷出并由气流将之雾化, 这种喷嘴能产生较小的液滴, 对于颗粒或微丸的包衣来说, 是一个优点, 但随之带来的是蒸发面增加, 小液滴在向前运动的过程中迅速转变成固态浓缩物, 其黏滞度也随之增大, 如果喷雾速度、溶液浓度和流化温度配合不当, 则有些小液滴在与颗粒或微丸表面接触时, 不能均匀地铺展, 形成不太完整的薄膜或使颗粒、微丸成形不均匀, 甚至形成黏合剂或包衣材料自身干燥成颗粒或微丸, 导致产品质量不稳定或不合格。如果雾化溶液的溶剂蒸发热低, 这个问题就会变得更为严重。

1.3 流化床制丸包衣优点

流化床制丸包衣优点:干燥速度十分迅速;适合较小的丸剂、颗粒的包衣;衣膜厚度均匀, 表面光滑美观;整个操作密闭性, 无粉尘飞扬和喷洒液飞溅, 适用于洁净生产区;干燥过程中雾滴的温度不高, 产品质量好;过程简单、控制方便及适用连续规模生产;优质高效、洁净、节能。

2 流化床制丸包衣机的使用

2.1 空载运行

2.1.1 准备工作

设备通电前应保证:所有出口孔、检修门和罩都要关闭;底部部件下的排水管已安装上放水塞;喷嘴及供液系统必须清洁;喷射泵的液体软管必须安装到喷嘴上;产品留置过滤器;产品容器及温度传感器必须安装好。

2.1.2 启动控制系统

选择好控制界面;点击“容器”, 控制顶圈顶升, 对物料形成封闭空间;启动高压离心风机;启动电加热, 进入进风温度界面对进风温度参数设定。启动程序点击“干燥”;控制器调节:启动后, 分别调节温度、湿度、气流量、转盘转速 (针对切线喷射工艺) 、抖袋时间及抖袋间隔时间控制器。

2.1.3 运行终止

机器空载运行过程中温度、湿度等控制器可在规定范围内自由调节, 并可以自动完成控制。经2 h以上运行机器各部分运转正常, 无异常变化, 先终止加热, 待温度降低后再关闭程序和风机。

2.2 设备运行

2.2.1 准备工作

(1) 打开压缩空气供应源, 接通主开关, 松开“急停按钮”, 开启“钥匙开关”接通控制系统, 从主菜单可以进入各控制界面。

(2) 留置过滤器:设置参数, 产品留置过滤器会以预设的间隔周期抖动。由于采用双风道式引风, 抖袋进行时, 虽然单侧风门蝶阀同步关闭, 但产品仍然处于流化状态中。

(3) 空气流量控制:机器运行后, 高压离心通风机开始工作, 排气蝶阀活页开启。气流量由高压离心通风机的引风量控制。有两种方法控制气流:引风量控制, 通过调整带动高压离心通风机的电机频率, 控制风机叶轮的转速, 从而控制进入风机的风量, 达到控制机器运行过程中气流量的目的;进气调节蝶阀活页控制, 在0～90°范围内手动旋转进气活页位置来达到增加或减小气流量的目的。

2.2.2 试运行

(1) 加料。拉出原料容器, 将粉末或待包衣的颗粒、微丸直接倒入, 切线喷射用原料容器加料时, 还要将转盘降到最低处, 使转盘周围的间隙最小。

(2) 预热。启动“程序”进行预热操作, 同时风扇开始工作, 风机启动后要根据物料沸腾情况适当调整空气流量, 切线喷射工艺中还要配合调整转盘高度, 以物料在喷雾室和容器之间沸腾为宜。底部喷射工艺中, 以导流筒内物料能够冲出导流筒、导流筒外物料可以流动为宜。另外, 在预热过程中要监测产品温度, 产品温度是所有采样温度中最重要的, 要根据情况调整进风温度设定值, 保证产品温度的稳定。达到设定值后立即启动下一阶段程序。

(3) 粒化、制丸。预热后, 点击“喷雾”, 压缩空气从喷嘴喷出, 接着点击“运行”, 喷射泵电机开启, 提供喷射液, 每次液体的量及喷射时间基本取决于基本材料、喷射液体种类和操作空气温度。

(4) 包敷 (针对切线喷射) 。包敷是针对需要将有效成分包裹到空白丸芯上, 或是将小的丸芯包裹成较大的微丸。包敷时丸芯的表面湿度一定要大, 要先喷黏合剂后喷粉末。为了提高成品合格率, 可以将丸芯先进行筛选再包敷。

(5) 干燥。在完成粒化、制丸过程后, 干燥阶段开始。点击运行按钮, 喷射泵电机停止, 接着点击干燥按钮, 压缩空气停止, 开始按程序执行抖袋。干燥时需要的温度一般都会高于粒化、制丸时的温度, 应即时调整温度。达到预定干燥温度后恒温一定时间 (恒温时间长短取决于产品水分测试结果是否符合要求) , 干燥过程即可停止。

(6) 冷却。在完成干燥过程后, 冷却阶段开始。点击加热按钮, 电加热关闭, 达到产品预定温度后, 冷却过程停止。之后, 进行下一阶段的操作。

(7) 停止。在冷却过程结束后, 点击程序启/停按钮, 程序停止 (干燥自动停止) , 接着点击引风机按钮, 风机关闭。

2.2.3 卸料

点击程序启/停按钮, 启动程序;点击抖袋检查按钮, 使留置过滤器持续双抖动;再次点击抖袋检查, 留置过滤器抖动停止;再次点击程序启/停按钮, 程序停止 (抖袋自动停止) ;点击容器按钮, 使容器降低, 取下产品温度传感器, 将容器从机器中除去并卸料。

为了使过滤袋中尽可能少留产品残余物, 最好在降低产品容器之前再次抖动留置过滤器。

2.3 设备清洗

2.3.1 前提条件

清洗前应保证:产品容器必须是空的;电源必须已切断;所有部件, 包括装入单元内的 (如温度传感器) , 必须全部除去, 所有暴露的电器部件都已采取防水措施;放水阀已打开。

2.3.2 机器和过滤器清洁

先用纯水对过滤器、管道及容器内侧等接触物料部分进行仔细清洗2～3遍;接着用清洁剂对以上部位进行均匀喷涂;最后用纯水彻底清洗2～3遍, 确保清洁剂无残留为止。温度传感器及密封圈等部件应该单独按规定进行彻底清洗。

2.3.3 吹干

机器和过滤器清洁后都需要吹干, 具体步骤:装上留置过滤器;装上密封条;推入容器;插入温度传感器, 装上放水塞;接通电源;开启预热程序进行加热直至完全干燥为止。

3 流化床制丸包衣机的维护保养

3.1 鼓风设备

(1) 工作轮维护。经常检查工作轮, 为防止工作轮失去平衡, 要及时彻底清除所有的沉积物 (产品附属物) 。

(2) 风扇维护:检查风扇是否平稳转动, 查看风扇罩和排出管有无可能的冷凝物 (一般每月需要检查1次) 。打开空气鼓风设备进孔, 清洁工作轮。紧固风扇电机支架上的螺丝螺栓 (一般每年需要保养1次) ;如果风扇发生不同寻常的严重震动, 就应该打开检修门检查是否有产品沉积物干扰了工作轮的平衡。如有必要则清洁工作轮。如果平衡错误依然存在, 再次平衡。

3.2 压缩空气过滤器

经常打开排放螺丝, 排放液体以防止堆积的液体达到挡板位。当压力持续下降时, 应对过滤器清洁和更换。

3.3 导管

经常清洁压缩空气和空气减压导管, 以避免灰尘堆积, 同时注意清除金属颗粒。

3.4 压力计

要不时清理并给压力计的压力管道充气, 然后重新调整0基准。

3.5 密封垫

要经常检查密封垫的密封性是否符合要求, 硅胶是否有缺损。如果出现漏气, 必须更换 (一般每年需要换1次) 。

3.6○形环

检查所有○形环 (观察孔、喷射器接头等) 是否有孔、弹性是否符合要求, 如有必要则立即更换 (一般每半年需要换1次) 。

3.7 喷射器

每天都要清洁或根据需要随时清洁, 根据喷洒液体的性质对喷射器进行不同方式的清洁。

3.8 产品留置过滤器和容器网状筛

只要更换产品和每班次完成, 都要对其进行清洁。产品留置过滤器清洗时必须从挂架上解下放入清洗机内用洗涤粉清洗, 洗涤温度最高不超过40℃, 干燥温度最高不超过60℃。

4 结语

目前, 流化床制丸包衣技术应用前景广阔, 但其过程复杂、影响因素众多, 在实际应用中, 应综合考虑诸因素, 如黏合剂的雾化效果、物料的性质等, 以制得比较理想的产品。

参考文献

[1]刘怡, 冯怡.流化床制粒影响因素的探讨[J].中国医药工业杂志, 2004 (9)

[2]陈辉芳, 梁志勇, 傅泳梅.流化床制粒的特点及其操作控制中的几点体会[J].广东药学, 2000 (3)

[3]郏京武, 黄恺, 吴兆林.从安装调试看影响流化床制粒的因素[J].上海理工大学学报, 2006 (2)

[4]黄坤, 张陈炎, 袁彦洁, 等.流化床制粒法制备中药纯浸膏包衣微丸的工艺研究[J].中国药业, 2005 (7)

[5]赵宏伟.常用包衣机性能比较[J].今日科苑, 2007 (16)

[6]何忠伟.高效包衣机及其工艺操作[J].黑龙江科技信息, 2007 (13)

高效包衣机 篇4

关键词：种子包衣机,AT90CAN128,RS-485,变频器,自动控制

0 引言

种子包衣是以精选种子为载体种子,以包衣设备为手段,将含有杀虫剂、杀菌剂、微肥和植物生长调节剂等有效成分的种衣剂按一定比例均匀有效地包敷到种子表面的一项种子加工新技术[1]。

种子包衣机就是将种子与药液、药粉充分混合搅拌,使种子表面均匀覆上一层药膜,以提高种子的防病与存活能力。国内种子包衣设备大多吸纳美国、意大利和德国等早期技术进行研制的,与国外先进水平存有较大差距。采用杠杆翻斗原理控制种药混配的包衣机,其在结构设计、种药供给方式和计量精度控制等方面均存在较大不足,最好的包衣合格率也低于92%。20世纪90年代初,少数厂家采用定量泵供药、对开门等方式给种子包衣作业,虽在结构原理上有所改善,但可调控性差,精度低,包衣质量仍不理想[2]。国内包衣设备的电控系统简单粗放,无法对种药计量进行精确控制,也不能使各部件协调有序工作,严重制约着种子包衣质量的提高,难以满足现代农业生产对种子包衣质量高标准的要求[3,4,5]。针对这种情况,对种子包衣设备的控制系统提出了一种新的设计方法,即以功能强大的AVR单片机为控制核心,以液晶显示器和键盘为人机交流窗口,并结合RS-485通信及相应软件、变频装置、液流监测器、料位传感器、堵料传感器及相应的执行元器件对包衣全程作业进行自动控制。利用单片机控制系统, 大大提高和扩展了包衣机工作参数调整的精度和范围, 包衣质量明显提高。

该控制方案拟以甘肃酒泉奥凯种子公司生产的5BY-5.0V种子包衣机为基础,对原有电路系统进一步改造,改变过去配电箱的简单模式,以AT90CAN128单片机为控制核心,对整个包衣过程进行智能化控制,提高包衣质量和精度。实现对种子与药剂的同步供给和精确控制、各部分有序组合与协调作业、作业质量及安全的保护、参数的优化匹配与在线修改等功能。控制加工时的连续精确喂料,并监测暂存仓物料状态。

1 控制电路设计

影响种子包衣机的包衣质量因素主要包括控制加工中种子与种衣剂的连续供给以及供种量与供药量比例的精确控制[6,7]。在本控制系统中,种子定量供给采用变频器控制叶斗喂料器,从而进行变频无级调速。种衣剂供给由变频器控制计量泵从贮药桶精确取液,由液体监测器监测工作中药液的有无,通过各部件的传感器对加工过程中种子和药液状况进行随时监测,从而达到实时过程控制。种子供给装置由喂料器、变频器和料位传感器等组成,种衣剂供给由变频器控制计量泵从贮药桶精确取液,由液体检测器监测工作中药液的有无。包衣机整个控制系统的电路包括传感信号检测电路、RS-485通信电路、电机控制电路和键盘显示电路等。因此,本系统采用Atmel公司的AT90CAN128单片机作为微控制器。

AT90CAN128是带128k字节Flash的在线可编程8位微控制器,适用于多数严格的工业控制应用。AT90CAN128的数据吞吐率高达1Mips/MHz,有53个可编程I/O,是AVR系列功能最强的单片机,更重要的是AVR单片机具有增强性的两个高速同/异步串口USART[8,9]。

本控制系统主要对4路传感信号进行检测,分别是高料位传感器信号、低料位传感器信号、堵料位传感器信号和药液位传感器信号。其中,高低料位传感器选用三线NPN输出电容接近开关,堵料传感器为阻旋物位开关,液流监测器用压力开关。显示部分选用可与 CPU直接并行或串行连接的12864 液晶显示模块,该模块可显示汉字及图形。系统输入部分选用4*4键盘,输出部分除了通过异步串口USART,RS-485和变频器进行通信外,还对甩盘、清洗和搅龙电机进行控制。系统总体结构图如图1所示。

本系统最关键的是单片机和变频器之间的通信。随着近代工业的不断发展,交流调速取代直流调速已经成为一种趋势。在此采用西门子公司生产的MacroMaster系列变频器。该变频器遵循USS通信协议,接收来自主机的控制信息,然后反馈信息给主机作为接收信息的应答。变频器的物理基本接口是标准的RS-485接口。RS-485标准以半双工形式传输数据,RS-485驱动器USS总线上最多可带32个接收器,USS总线上的每台通用变频器都有1个从站号,各站点由唯一的标识码识别,主站依靠它来识别每一台通用变频器[10,11]。通过RS-485串行通信端口,实现控制器与变频器之间的通信,对变频器进行完全控制,包括启停、频率设定和参数设置等。RS-485采用差动输入方式,能够更好地抑止干扰,提高系统的可靠性。该系统具有灵活方便、成本低和应用范围广等特点。本系统中,通信接口采用MAXIM公司的MAX485接口芯片,其硬件接口连线如图2所示。图中,120Ω电阻为匹配电阻,可消除反射、吸收噪声,接在总线的两端,在短距离传输时可不用。高速光耦6N137主要用于电气隔离,防止干扰,提高通信的速率和质量。

2 软件设计

控制系统的软件主要包括通信程序和系统监控程序两部分。本控制系统采用RS-485现场总线及USS通信协议实现控制器和变频器之间的通信,西门子系列变频器都支持这个通用协议。

2.1 USS协议简介

USS协议是SIEMENS为其自动化设备设计的,用于实现主从结构的工业控制网的通信协议。它通过主从结构和串行通信的方式,实现对设备的访问和控制。与Profibus及其它协议相比,USS协议无需购置通讯附件,是一种低成本、高性能的工业网络组态连接方案。

USS通信协议的报文结构如图3所示。报文以起始标志STX开始,值为ASCII码02HEX。接下来是长度信息(LGE),由一个字节组成,报文的最大长度为256字节,长度不包括整个报文的前两个字节(即不包括STX和LGE)[12,13,14]。紧接着是地址字节(ADR),由一个字节组成,包括子站地址和报文形式。其后是净数据,长度由n(大于0的整数)个字节组成。电报由块校验标志(BCC)终止,BCC为报文所有字节的异或和。净数据块由参数数据区(PKW)和过程数据区(PZD)组成。前者用于改变变频器的参数,读取参数注释以及相关电文;后者用于快速刷新变频器的过程数据(如启动停止、速度给定和力矩给定等),包含自动化系统所需的信号:主站给子站的控制字及给定值;子站给主站的状态字及实际值。

2.2 通信程序

单片机与变频器通信时,单片机始终处于主动地位。首先,由单片机从串口USART发送报文给变频器,变频器接收报文,并发送反馈报文,但不能主动向单片机发送报文。软件实现两个功能,即设置变频器的运行参数和读取变频器的运行状态参数。其功能模块有通信初始化、变频器故障复位、变频器关断、减速停车、立即停车、按设定频率和方向运行等。

程序主要由发送报文和接收报文组成,报文初始化后,每个功能模块只能改变相应的报文参数,调用发送报文子程序SendMessage()实现相应功能。读取变频器参数时,先发送参数查询程序,等待10ms后查询接收变频器发送来的报文。根据上述过程,即可用单片机C语言编写单片机与变频器通信程序,部分程序如下:

2.3 系统监控程序

监控软件程序流程图如图4所示,主要实现包衣设备各工作部件根据作业中发生的不同状况而有机组合、按序启闭和协调工作。

首先,由人机交流软件输入包衣设备的参数(喂料器额定容积、转速和计量泵额定流量)、生产参数(生产率、种子容重和种药混比)等,由软件自动进行有关计算,并向相应存储单元发送数据;然后,通过改变控制变频器工作频率的方式,实现对喂料量和供药量的调节,解决种子与种衣剂连续供给与精确控制问题。软件还针对故障(如无种、无液或堵料等)采取报警或最终中止全部工作等方式处理,保障人身及设备安全与作业效果,并针对料位、堵料和液流监测等传感器编制了相应的软件模块。

3 创新点

本控制系统以通用单片机技术为平台,以控制软件为手段,实现了对种子与药剂的同步供给和精确控制、各部件有序组合与协调作业、作业质量及安全的保护等功能。从根本上解决了传统包衣机电气控制系统粗放简单、工作协调性差、包衣质量不高的问题,达到了精确包衣和有效提高包衣质量的目的。另外,利用C语言编程,实现了基于RS-485和USS通信协议的单片机与西门子公司生产的MacroMaster系列变频器之间的通信,可对变频器进行远程控制,并能实时检测变频器的运行状况,实现了对电机的启动与停止的监测和控制。