2022.03.11
Application d'une vanne à pointeau électrique et d'un contrôleur à double canal dans le contrôle de pression de haute précision de la lyophilisation sous vide
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Application d'une vanne à pointeau électrique et d'un contrôleur à double canal dans le contrôle de pression de haute précision de la lyophilisation sous vide
Résumé : Les manomètres capacitifs sont actuellement largement utilisés dans le processus de lyophilisation sous vide, ce qui rend le contrôleur de pression et la vanne de régulation d'admission d'air électrique adaptés aux manomètres capacitifs. Ces deux liens principaux affectant la précision et la répétabilité du contrôle de la pression sont particulièrement importants. Afin de résoudre le problème de la précision du contrôle, cet article présente les fonctions, les indicateurs techniques et les applications du dernier contrôleur de pression PID domestique à 2 canaux 24 bits de haute précision et de la vanne à pointeau électrique entraînée par un moteur pas à pas. Il a été vérifié par des expériences que l'utilisation d'une vanne à pointeau électrique et d'un contrôleur de haute précision dans le mode de contrôle en amont peut contrôler avec précision la pression à ± 1 %. Ce contrôleur peut également être utilisé pour surveiller la jauge à vide Pirani pendant le processus de lyophilisation afin de régler automatiquement le point final du processus de lyophilisation initial.
1.Questions
Le contrôle de la pression est un processus important dans le processus de lyophilisation sous vide. Sa précision de contrôle affecte gravement la qualité du produit, en particulier pour la lyophilisation de certains produits sensibles. Par conséquent, afin d'obtenir un processus de lyophilisation fiable avec une répétabilité élevée, la pression doit être mesurée et contrôlée avec précision et à plusieurs reprises dans la salle de séchage, ce qui est l'un des indicateurs importants pour examiner la capacité du matériel de lyophilisation. En raison de la pression ou du degré de vide pendant le séchage primaire, qui affecte directement la température de l'interface de sublimation du produit, un contrôle précis et stable de la pression est très important pour le processus de séchage primaire. Cependant, dans le processus réel de lyophilisation sous vide, les problèmes suivants subsistent en termes de contrôle précis de la pression :
(1) Le problème des contrôleurs de pression incompatibles : bien que le processus et l'équipement de lyophilisation soient équipés de manomètres capacitifs de haute précision, la précision peut atteindre 0,2 % à 0,5 % de la pleine échelle, mais à l'heure actuelle, la plupart des utilisations de support localisées PLC pour mesure de pression capacitive. Pour la mesure et le contrôle du signal de tension continue, la précision de conversion A/D et D/A du PLC est évidemment insuffisante, ce qui affecte sérieusement la précision de mesure et de contrôle de pression. La précision des conversions A/D et D/A doit atteindre au moins 16 bits pour répondre aux besoins du processus de lyophilisation.
(2) L'inadéquation de la soupape de commande d'admission d'air : pour le contrôle de la pression sous vide lors de la lyophilisation, la pression constante est essentiellement de l'ordre de quelques Pa, donc le mode de contrôle de l'admission d'air en amont est généralement utilisé. Autrement dit, lorsque les vitesses de pompage de la pompe à vide sont constantes, il faut augmenter le débit d'admission d'air à travers la vanne de régulation électrique pour réduire la pression et réduire le débit d'admission d'air pour augmenter la pression. Cependant, à l'heure actuelle, les électrovannes à hystérésis importante sont encore largement utilisées en Chine pour le réglage, ce qui affecte sérieusement la précision et la répétabilité du contrôle de pression. À l'heure actuelle, de nombreuses vannes de commande électriques à faible hystérésis entraînées par des moteurs pas à pas ont été utilisées dans le monde.
Afin de résoudre les problèmes ci-dessus de contrôle de la pression dans le processus de lyophilisation, cet article présentera les fonctions, les indicateurs techniques et les applications du dernier contrôleur de pression PID localisé à 2 canaux 24 bits de haute précision et de la vanne à pointeau électrique. Après évaluation et vérification d'applications spécifiques, l'utilisation d'une vanne à pointeau électrique et d'un contrôleur de pression PID de haute précision en mode de contrôle en amont peut contrôler avec précision la pression à ± 1 %. Le contrôleur PID à 2 canaux peut également être utilisé pour la surveillance et l'enregistrement de la jauge Pirani pendant la lyophilisation.
2. Contrôleur de pression PID haute précision localisé à 2 canaux 24 bits
Afin de tirer pleinement parti de la précision de mesure du manomètre capacitif, l'acquisition de données et le contrôle du contrôleur nécessitent au moins des convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique de 16 bits. Ces dernières années, KAOLU a développé la série FC de contrôleurs PID polyvalents 24 bits de haute précision, comme le montre la figure 1. Cette série de contrôleurs PID est bien plus puissante que les produits étrangers, mais son prix n'est que d'un huitième. de produits étrangers. Ses principaux indicateurs de performance sont les suivants :
(1) Précision : A/D 24 bits, D/A 16 bits.
(2) Multicanal : 1 canal indépendant ou 2 canaux. 2 canaux peuvent atteindre la mesure et le contrôle simultanés de deux capteurs.
(3) Une variété de paramètres de sortie : 47 types de signaux d'entrée (thermocouple, résistance thermique, tension CC) peuvent atteindre simultanément des tests, un affichage et un contrôle de différents paramètres.
(4) Multifonction : commande bidirectionnelle avant, arrière, avant et arrière.
(5) Contrôle du programme PID : L'algorithme PID amélioré prend en charge le contrôle différentiel PV et l'avance différentielle. Il peut stocker 20 groupes de PID et prendre en charge 20 courbes de programme (50 segments chacune).
(6) Communication : RS485 à deux fils, protocole de communication MODBUS RTU standard.
En fonction du point final principal de la lyophilisation, le contrôleur à 2 canaux de la série FC-20 peut être connecté à un manomètre capacitif et à un manomètre Pirani en même temps. Le manomètre capacitif est utilisé pour le contrôle de la pression du vide, et le manomètre Pirani est utilisé pour surveiller le changement de vapeur d'eau pendant le processus de lyophilisation. Lorsque la différence entre deux manomètres disparaît, le processus de lyophilisation primaire est considéré comme terminé. . La courbe de changement typique de l'ensemble du processus est présentée à la figure 2.
3. Un moteur pas à pas localisé entraîne une vanne à pointeau électrique
Afin d'obtenir un réglage de haute précision de la soupape d'admission d'air, nous avons développé une série de soupapes à pointeau électriques avec différents débits basées sur une soupape à pointeau utilisant des moteurs pas à pas. L'hystérésis magnétique est beaucoup plus petite que celle de l'électrovanne. Comme le montre la figure 3, le prix ne représente qu'un tiers des produits étrangers et les indicateurs techniques détaillés sont présentés à la figure 4.
Gaz inertes et liquidesAcier inoxydable-1 ~ 7bar
(Figure 4 Indicateurs techniques de la vanne à pointeau électrique FC de KAOLU )
4. Test d'évaluation du contrôleur PID domestique et de la vanne à pointeau électronique Dans le test d'évaluation, un manomètre capacitif d'une plage de 1 Torr a été utilisé et la vanne à pointeau électronique a été utilisée comme vanne d'admission pour effectuer le test de contrôle en mode amont. . Allumez d'abord la pompe à vide et faites-la pomper à pleine vitesse, puis ajustez automatiquement les paramètres PID du contrôleur PID à environ 68 Pa. Une fois l'autoréglage terminé, 8 points de consigne de 12, 27, 40, 53, 67, 80, 93 et 107 Pa sont contrôlés respectivement. Le changement du degré de vide pendant tout le processus de contrôle est illustré à la figure 5.
L'effet de contrôle de la courbe de la figure 5 est exprimé en termes de taux de fluctuation, et le taux de fluctuation sous différentes pressions de vide, comme le montre la figure 6, est obtenu. Il ressort de la figure 6 que le taux de fluctuation est supérieur à 1 % uniquement lorsque le contrôle de 12 Pa s'effectue dans toute la plage de pression. Évidemment, il n'est pas approprié d'appliquer les paramètres PID obtenus par auto-réglage avec un contrôle de pression de 68 Pa à 12 Pa. Cela nécessitait également un auto-réglage séparé des paramètres PID.
La vanne à pointeau électronique introduite est introduite danshttps://www.genndih.com/fr/valve-de-contrôle-de-débit-proportionnel.htm
Résumé : Les manomètres capacitifs sont actuellement largement utilisés dans le processus de lyophilisation sous vide, ce qui rend le contrôleur de pression et la vanne de régulation d'admission d'air électrique adaptés aux manomètres capacitifs. Ces deux liens principaux affectant la précision et la répétabilité du contrôle de la pression sont particulièrement importants. Afin de résoudre le problème de la précision du contrôle, cet article présente les fonctions, les indicateurs techniques et les applications du dernier contrôleur de pression PID domestique à 2 canaux 24 bits de haute précision et de la vanne à pointeau électrique entraînée par un moteur pas à pas. Il a été vérifié par des expériences que l'utilisation d'une vanne à pointeau électrique et d'un contrôleur de haute précision dans le mode de contrôle en amont peut contrôler avec précision la pression à ± 1 %. Ce contrôleur peut également être utilisé pour surveiller la jauge à vide Pirani pendant le processus de lyophilisation afin de régler automatiquement le point final du processus de lyophilisation initial.
1.Questions
Le contrôle de la pression est un processus important dans le processus de lyophilisation sous vide. Sa précision de contrôle affecte gravement la qualité du produit, en particulier pour la lyophilisation de certains produits sensibles. Par conséquent, afin d'obtenir un processus de lyophilisation fiable avec une répétabilité élevée, la pression doit être mesurée et contrôlée avec précision et à plusieurs reprises dans la salle de séchage, ce qui est l'un des indicateurs importants pour examiner la capacité du matériel de lyophilisation. En raison de la pression ou du degré de vide pendant le séchage primaire, qui affecte directement la température de l'interface de sublimation du produit, un contrôle précis et stable de la pression est très important pour le processus de séchage primaire. Cependant, dans le processus réel de lyophilisation sous vide, les problèmes suivants subsistent en termes de contrôle précis de la pression :
(1) Le problème des contrôleurs de pression incompatibles : bien que le processus et l'équipement de lyophilisation soient équipés de manomètres capacitifs de haute précision, la précision peut atteindre 0,2 % à 0,5 % de la pleine échelle, mais à l'heure actuelle, la plupart des utilisations de support localisées PLC pour mesure de pression capacitive. Pour la mesure et le contrôle du signal de tension continue, la précision de conversion A/D et D/A du PLC est évidemment insuffisante, ce qui affecte sérieusement la précision de mesure et de contrôle de pression. La précision des conversions A/D et D/A doit atteindre au moins 16 bits pour répondre aux besoins du processus de lyophilisation.
(2) L'inadéquation de la soupape de commande d'admission d'air : pour le contrôle de la pression sous vide lors de la lyophilisation, la pression constante est essentiellement de l'ordre de quelques Pa, donc le mode de contrôle de l'admission d'air en amont est généralement utilisé. Autrement dit, lorsque les vitesses de pompage de la pompe à vide sont constantes, il faut augmenter le débit d'admission d'air à travers la vanne de régulation électrique pour réduire la pression et réduire le débit d'admission d'air pour augmenter la pression. Cependant, à l'heure actuelle, les électrovannes à hystérésis importante sont encore largement utilisées en Chine pour le réglage, ce qui affecte sérieusement la précision et la répétabilité du contrôle de pression. À l'heure actuelle, de nombreuses vannes de commande électriques à faible hystérésis entraînées par des moteurs pas à pas ont été utilisées dans le monde.
Afin de résoudre les problèmes ci-dessus de contrôle de la pression dans le processus de lyophilisation, cet article présentera les fonctions, les indicateurs techniques et les applications du dernier contrôleur de pression PID localisé à 2 canaux 24 bits de haute précision et de la vanne à pointeau électrique. Après évaluation et vérification d'applications spécifiques, l'utilisation d'une vanne à pointeau électrique et d'un contrôleur de pression PID de haute précision en mode de contrôle en amont peut contrôler avec précision la pression à ± 1 %. Le contrôleur PID à 2 canaux peut également être utilisé pour la surveillance et l'enregistrement de la jauge Pirani pendant la lyophilisation.
2. Contrôleur de pression PID haute précision localisé à 2 canaux 24 bits
Afin de tirer pleinement parti de la précision de mesure du manomètre capacitif, l'acquisition de données et le contrôle du contrôleur nécessitent au moins des convertisseurs analogique-numérique et numérique-analogique de 16 bits. Ces dernières années, KAOLU a développé la série FC de contrôleurs PID polyvalents 24 bits de haute précision, comme le montre la figure 1. Cette série de contrôleurs PID est bien plus puissante que les produits étrangers, mais son prix n'est que d'un huitième. de produits étrangers. Ses principaux indicateurs de performance sont les suivants :
(1) Précision : A/D 24 bits, D/A 16 bits.
(2) Multicanal : 1 canal indépendant ou 2 canaux. 2 canaux peuvent atteindre la mesure et le contrôle simultanés de deux capteurs.
(3) Une variété de paramètres de sortie : 47 types de signaux d'entrée (thermocouple, résistance thermique, tension CC) peuvent atteindre simultanément des tests, un affichage et un contrôle de différents paramètres.
(4) Multifonction : commande bidirectionnelle avant, arrière, avant et arrière.
(5) Contrôle du programme PID : L'algorithme PID amélioré prend en charge le contrôle différentiel PV et l'avance différentielle. Il peut stocker 20 groupes de PID et prendre en charge 20 courbes de programme (50 segments chacune).
(6) Communication : RS485 à deux fils, protocole de communication MODBUS RTU standard.
En fonction du point final principal de la lyophilisation, le contrôleur à 2 canaux de la série FC-20 peut être connecté à un manomètre capacitif et à un manomètre Pirani en même temps. Le manomètre capacitif est utilisé pour le contrôle de la pression du vide, et le manomètre Pirani est utilisé pour surveiller le changement de vapeur d'eau pendant le processus de lyophilisation. Lorsque la différence entre deux manomètres disparaît, le processus de lyophilisation primaire est considéré comme terminé. . La courbe de changement typique de l'ensemble du processus est présentée à la figure 2.
3. Un moteur pas à pas localisé entraîne une vanne à pointeau électrique
Afin d'obtenir un réglage de haute précision de la soupape d'admission d'air, nous avons développé une série de soupapes à pointeau électriques avec différents débits basées sur une soupape à pointeau utilisant des moteurs pas à pas. L'hystérésis magnétique est beaucoup plus petite que celle de l'électrovanne. Comme le montre la figure 3, le prix ne représente qu'un tiers des produits étrangers et les indicateurs techniques détaillés sont présentés à la figure 4.
Gaz inertes et liquidesAcier inoxydable-1 ~ 7bar
| Modèle | FC-20 | FC-120 | FC-300 | FC-1000 |
| Type de vanne | Soupape à pointeau | |||
| Diamètre de dérive de la bobine | 0,9 mm | 2,25 mm | 2,75 mm | 4,10 mm |
| Actionneur | Commande de moteur pas à pas bipolaire | |||
| Temps de réponse | 0,8 seconde (ouvrir pour fermer) | |||
| Taille standard | G1/8" | G3/8" | ||
| Fluide | Gaz et liquide inertes | |||
| Matériaux de contact | Acier inoxydable | |||
| Plage de pression | -1 ~ 7 bars | -1 ~ 5 bars | ||
| Débit maximal | 50L/min à 7 bars | 240 L/min à 7 bars | 290 L/min à 7 bars | 600L/min à 7 bars |
| Linéarité | ±2% | ±0,1 ~ 1 % | ±0,2 ~ 5 % | ±11% |
| Répétabilité (Grandeur nature) |
±0,1% | |||
| Résolution du débit (longueur du pas) | 0,1 L/min | 0,1 ~ 0,2 L/min | 0,2 ~ 0,75 L/min | 1L/min |
| Résolution de décalage (longueur de pas) | 12,7um | 25,4um | ||
| Plage de température de fonctionnement | 0 ~ 84ºC | |||
| Joint | FKM standard ou autres choix de joints | |||
| Signal de contrôle | CC : 0 ~ 10 V (ou 4 ~ 20 mA) | |||
| Source de courant | C.C : 24 V (12 W) | |||
4. Test d'évaluation du contrôleur PID domestique et de la vanne à pointeau électronique Dans le test d'évaluation, un manomètre capacitif d'une plage de 1 Torr a été utilisé et la vanne à pointeau électronique a été utilisée comme vanne d'admission pour effectuer le test de contrôle en mode amont. . Allumez d'abord la pompe à vide et faites-la pomper à pleine vitesse, puis ajustez automatiquement les paramètres PID du contrôleur PID à environ 68 Pa. Une fois l'autoréglage terminé, 8 points de consigne de 12, 27, 40, 53, 67, 80, 93 et 107 Pa sont contrôlés respectivement. Le changement du degré de vide pendant tout le processus de contrôle est illustré à la figure 5.
L'effet de contrôle de la courbe de la figure 5 est exprimé en termes de taux de fluctuation, et le taux de fluctuation sous différentes pressions de vide, comme le montre la figure 6, est obtenu. Il ressort de la figure 6 que le taux de fluctuation est supérieur à 1 % uniquement lorsque le contrôle de 12 Pa s'effectue dans toute la plage de pression. Évidemment, il n'est pas approprié d'appliquer les paramètres PID obtenus par auto-réglage avec un contrôle de pression de 68 Pa à 12 Pa. Cela nécessitait également un auto-réglage séparé des paramètres PID.
La vanne à pointeau électronique introduite est introduite danshttps://www.genndih.com/fr/valve-de-contrôle-de-débit-proportionnel.htm