1.凍干機是藥品冷凍干燥的重要工藝設備，確保藥品在無菌條件下完成冷凍干燥。藥用凍干機在控制要求與工作效率比一般凍干機要求高，而且自動控制越要求也高。藥用凍干機的控制系統總體要求如下：


 

① 根據制定好的凍干時序控制真空系統的真空泵、制冷系統的壓縮機、加熱系統的加熱電源或加熱介質的循環泵、液壓系統的泵和測量系統的各種儀表的電源等，使各系統完成協調運行。
 

② 在凍干機運行時，能顯示冷阱、藥品與隔板等溫度數據。
 

③ 根據凍干機的凍干工藝曲線實現數據輸入、顯示和輸出。
 

④ 利用變頻器有效的控制電機轉速，實現真空系統、制冷系統的優化控。
 

⑤ 對凍干設備出現的緊急事故報警，同時實現自動防護措施。
 

凍干機的控制系統是凍干機的指導中心。系統根據運行程序控制制冷系統、真空系統、加熱系統、制冷機、真空泵的啟停、加熱溫度、物料溫度、冷阱溫度、真空度等。通過控制系統的測量數據與凍干工藝參數，了實現對凍干機高性能控制，提高凍干產品的質量。

2 凍干機控制系統方案分析

一套完整的凍干控制系統主要由加熱系統、制冷系統、真空系統和儀表自動控制系統四大部分組成。凍干機這四大系統完全在計算機的控制和監控之下，除藥品的前處理不在監控范圍，其他凍干過程，都由控制系統完成操作。首先藥品在干燥箱內被冷卻凍結，溶劑（通常是水）被凍結成冰晶體，藥物散布在這一晶體結構中，在維持凍結狀態的條件下，用抽真空的方法降低制品周圍的壓力，當它低于該溫度下水的飽和蒸氣壓時，冰直接升華成為氣體。當冰全部升華后，需將制品的溫度逐步升高，以除去產品表面殘余的吸附水，這一過程需持續進行，直至凍干劑的水分含量減少到規定的指標要求。
 

凍干機控制系統應該具備以下功能：

⑴ 能有效地調節各設備的運行，按設定的程序運行。
 

⑵ 按制定的凍干時序，采集、顯示和輸出真空度、溫度等參數數據。
 

⑶ 根據凍干機的運行數據，調節冷凍干燥過程的運行。
 

⑷ 存取一段時間內的溫度、壓力等參數，可以隨時調出歷史曲線、數據報表等。
 

⑸ 對運行設備發生的故障進行報警與處理。
 

⑹ 保證設備安全運行，實現對產品質量和設備運行的保護，同時能實現自動和手動控制切換。
 

控制系統可以由一個固定于機組架上的電器柜和一個可移動的帶 PC 機及打印機的微機操作臺。在電器柜里裝有 12 寸觸摸屏，西門子 PLC，電路空氣開關，變壓器，交流接觸器，記錄儀，固態繼電器等控制元件。這套控制系統是專門為藥用凍干機系統而設計，它能進行全自動的冷凍干燥操作和控制，包括進艙、預凍，加熱，抽真空，壓塞，放氣，CIP和 SIP 等過程的實現[4]。計算機監控系統可以實時的顯示整個系統的運行狀態，設備上的任何一個閥，泵及指示燈都可以在計算機的系統流程圖上動態顯示。

3. 凍干機控制系統的方案設計 

大多數凍干設備廠采用 PLC 或單片機等來控制凍干機的運行，結合計算機技術和繼電器技術。利用 PID 控制算法、模糊控制算法等控制算法實現溫度、壓力參數的精確控制[27]。
 

由于控制方式的不同，控制效果和控制精度也會不同，但是上面提到的一些控制方法仍存在一定的局限性。
 

⑴ 集散控制操作比較復雜，操作界面也繁瑣，這些對操作員的熟練掌握程度要求很高；
 

⑵ 采用繼電器控制會復雜化控制系統結構，從而會增加故障出險率，同時不便于維修；
 

⑶ 常規的 PID 控制算法或模糊控制算法，很難對溫度、壓力等參數進行高精度控制。
 

若溫度、壓力等參數的控制精度不高，會嚴重影響整個凍干工藝、凍干產品的質量。本文針對藥用凍干機的系統要求來實現控制設計，采用“PLC 作下位機+PC（計算機）作上位機（力控監控組態軟件）”+模糊預測 PID 控制算法的方法，使整個系統進行優化控制。為了更好的優化凍干機系統，在真空系統與制冷系統中分別采用變頻器與 PLC 結合進行優化控制，通過變頻器控制真空機組、壓縮機、電機等的轉速。凍干機的溫度控制主要用 PLC 進行控制，同時引入模糊預測 PID 控制算法，確保干燥箱中的溫度穩定控制在設定范圍內。實驗運行情況表明，經過優化的控制系統，具有控制精度高、穩定強、實時性強等優點，在實際工程中也能實現。在上位機上采用力控（ForceControl6.1）組態軟件開發凍干機監控系統，讓整個控制系統更直觀化。