2022.03.11
진공 동결건조의 고정밀 압력 제어에 전기 니들 밸브 및 듀얼 채널 컨트롤러 적용
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자세한 세부 사항
진공 동결건조의 고정밀 압력 제어에 전기 니들 밸브 및 듀얼 채널 컨트롤러 적용
개요: 용량성 압력 게이지는 현재 진공 동결 건조 공정에 널리 사용되고 있으며, 이로 인해 압력 컨트롤러와 전기 흡기 조절 밸브가 용량성 압력 게이지와 일치하게 됩니다. 압력 제어의 정확성과 반복성에 영향을 미치는 이 두 가지 주요 링크는 특히 두드러집니다. 제어 정확도 문제를 해결하기 위해 이 기사에서는 최신 국내 2채널 24비트 고정밀 PID 압력 컨트롤러 및 스테퍼 모터 구동 전기 니들 밸브의 기능, 기술 지표 및 응용 프로그램을 소개합니다. 업스트림 제어 모드에서 전기 니들 밸브와 고정밀 컨트롤러를 사용하면 ±1% 이내의 정확한 압력 제어가 가능하다는 것이 실험을 통해 검증되었습니다. 이 컨트롤러는 동결 건조 공정 중에 피라니 진공 게이지를 모니터링하여 초기 동결 건조 공정의 종료 지점을 자동으로 조정하는 데에도 사용할 수 있습니다.
1. 질문
압력 제어는 진공 동결건조 공정에서 중요한 공정입니다. 제어 정확도는 특히 일부 민감한 제품의 동결 건조의 경우 제품 품질에 심각한 영향을 미칩니다. 따라서 반복성이 높고 신뢰할 수 있는 동결건조 공정을 달성하려면 건조실에서 압력을 정확하고 반복적으로 측정하고 제어해야 하며 이는 동결건조 하드웨어 장비의 성능을 검사하는 중요한 지표 중 하나입니다. 1차 건조 중 압력이나 진공도는 동시에 제품 승화 인터페이스의 온도에 직접적인 영향을 미치기 때문에 1차 건조 공정에서는 정확하고 안정적인 압력 제어가 매우 중요합니다. 그러나 실제 진공동결건조 공정에서는 정확한 압력제어 측면에서 다음과 같은 문제점이 여전히 남아있다.
(1) 압력 컨트롤러 불일치 문제: 동결 건조 공정과 장비에는 고정밀 용량성 압력 게이지가 장착되어 있지만 정확도는 전체 규모의 0.2% ~ 0.5%에 도달할 수 있지만 현재 대부분의 국지적 지원은 사용됩니다. 용량성 압력 측정용 PLC입니다. DC 전압 신호의 측정 및 제어에 대해 PLC의 A/D 및 D/A 변환 정확도는 명백히 불충분하며 이는 압력 측정 및 제어 정확도에 심각한 영향을 미칩니다. A/D 및 D/A 변환 정확도는 동결 건조 공정의 요구 사항을 충족하기 위해 최소 16비트에 도달해야 합니다.
(2) 흡기 조절 밸브의 불일치: 동결건조 시 진공 압력 조절의 경우 기본적으로 일정한 압력이 수 Pa 정도이므로 일반적으로 상류 흡기 조절 모드가 사용됩니다. 즉, 진공 펌프의 펌핑 속도가 일정할 때 전기 조절 밸브를 통해 흡기 유량을 증가시켜 압력을 낮추고 흡기 유량을 줄여 압력을 높입니다. 그러나 현재 중국에서는 히스테리시스가 큰 솔레노이드 밸브가 조정용으로 널리 사용되고 있으며 이는 압력 제어의 정확성과 반복성에 심각한 영향을 미칩니다. 현재 전 세계적으로 스테퍼 모터로 구동되는 저이력 전기 제어 밸브가 많이 사용되고 있습니다.
동결건조 공정에서 압력 제어와 관련된 위의 문제를 해결하기 위해 이 기사에서는 최신 국산화된 2채널 24비트 고정밀 PID 압력 컨트롤러 및 전기 니들 밸브의 기능, 기술 지표 및 응용을 소개합니다. 특정 애플리케이션을 평가하고 검증한 후, 업스트림 제어 모드에서 전기 니들 밸브와 고정밀 PID 압력 컨트롤러를 사용하면 ±1% 이내의 압력을 정확하게 제어할 수 있습니다. 2채널 PID 컨트롤러는 동결 건조 중에 피라니 게이지를 모니터링하고 기록하는 데에도 사용할 수 있습니다.
2. 국산화된 2채널 24비트 고정밀 PID 압력제어기
용량성 압력 게이지의 측정 정확도를 최대한 활용하려면 컨트롤러의 데이터 수집 및 제어에 최소 16비트 아날로그-디지털 및 디지털-아날로그 변환기가 필요합니다. 최근 몇 년 동안 KAOLU 그림 1과 같이 고정밀 24비트 범용 PID 컨트롤러 FC 시리즈를 개발했습니다. 이 PID 컨트롤러 시리즈는 외국 제품보다 훨씬 강력하지만 가격은 1/8에 불과합니다. 외국 제품의. 주요 성과 지표는 다음과 같습니다.
(1) 정밀도: 24비트 A/D, 16비트 D/A.
(2) 다중 채널: 독립적인 1채널 또는 2채널. 2채널로 듀얼 센서를 동시에 측정하고 제어할 수 있습니다.
(3) 다양한 출력 매개변수: 47가지 입력 신호(열전대, 열저항, DC 전압)를 동시에 테스트하고 다양한 매개변수를 표시 및 제어할 수 있습니다.
(4) 다기능: 정방향, 역방향, 정방향 및 역방향 양방향 제어.
(5) PID 프로그램 제어: 개선된 PID 알고리즘은 PV 차동 및 차동 사전 제어를 지원합니다. 20개의 PID 그룹을 저장할 수 있고 20개의 프로그램 곡선(각각 50개의 세그먼트)을 지원할 수 있습니다.
(6) 통신: 2선 RS485, 표준 MODBUS RTU 통신 프로토콜.
동결건조의 1차 동결건조 종료점 판단 시 FC-20 시리즈의 2채널 컨트롤러는 정전용량형 압력계와 피라니 압력계를 동시에 연결할 수 있습니다. 정전식 압력계는 진공압력 조절에 사용되며, 피라니 게이지는 동결건조 과정 중 수증기의 변화를 모니터링하는데 사용되며, 두 진공게이지의 차이가 사라지면 1차 동결건조 과정이 끝난 것으로 간주됩니다. . 전체 프로세스의 일반적인 변화 곡선은 그림 2에 나와 있습니다.
3. 국부화된 스테퍼 모터가 전기 니들 밸브를 구동합니다.
공기 흡입 밸브의 고정밀 조정을 달성하기 위해 스테퍼 모터를 사용하는 니들 밸브를 기반으로 유량이 다른 일련의 전기 니들 밸브를 개발했습니다. 자기 히스테리시스는 솔레노이드 밸브보다 훨씬 작습니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 가격은 외국 제품의 3분의 1에 불과하며, 자세한 기술 지표는 그림 4에 나와 있습니다.
불활성 가스 및 액체스테인리스강-1 ~ 7bar
(그림 4 KAOLU 의 FC 전동 니들 밸브 기술 지표)
4. 국산 PID 제어기 및 전자 니들밸브 평가시험 평가시험에서는 1 Torr 범위의 정전용량식 압력계를 사용하였으며, 전자 니들밸브를 흡기밸브로 사용하여 상류 모드에서의 제어 시험을 수행하였다. . 먼저 진공 펌프를 켜고 최대 속도로 펌핑한 다음 PID 컨트롤러의 PID 매개변수를 약 68Pa로 자체 조정합니다. 자체 튜닝이 완료된 후 12, 27, 40, 53, 67, 80, 93 및 107 Pa의 8개 설정값이 각각 제어됩니다. 전체 제어 과정에서 진공도의 변화는 그림 5에 나와 있습니다.
그림 5의 곡선의 제어 효과는 변동률로 표현되며 그림 6과 같이 다양한 진공 압력 하에서의 변동률이 얻어집니다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 전체 압력 범위에서 12Pa 제어가 적용된 경우에만 변동률이 1%보다 큰 것을 알 수 있습니다. 당연히 68Pa에서 셀프 튜닝하여 얻은 PID 파라미터를 12Pa 압력 제어에 적용하는 것은 적합하지 않습니다. 또한 별도의 PID 매개변수 자체 조정이 필요했습니다.
도입된 전자 니들 밸브는https://www.genndih.com/ko/proportional-flow-control-valve.htm
개요: 용량성 압력 게이지는 현재 진공 동결 건조 공정에 널리 사용되고 있으며, 이로 인해 압력 컨트롤러와 전기 흡기 조절 밸브가 용량성 압력 게이지와 일치하게 됩니다. 압력 제어의 정확성과 반복성에 영향을 미치는 이 두 가지 주요 링크는 특히 두드러집니다. 제어 정확도 문제를 해결하기 위해 이 기사에서는 최신 국내 2채널 24비트 고정밀 PID 압력 컨트롤러 및 스테퍼 모터 구동 전기 니들 밸브의 기능, 기술 지표 및 응용 프로그램을 소개합니다. 업스트림 제어 모드에서 전기 니들 밸브와 고정밀 컨트롤러를 사용하면 ±1% 이내의 정확한 압력 제어가 가능하다는 것이 실험을 통해 검증되었습니다. 이 컨트롤러는 동결 건조 공정 중에 피라니 진공 게이지를 모니터링하여 초기 동결 건조 공정의 종료 지점을 자동으로 조정하는 데에도 사용할 수 있습니다.
1. 질문
압력 제어는 진공 동결건조 공정에서 중요한 공정입니다. 제어 정확도는 특히 일부 민감한 제품의 동결 건조의 경우 제품 품질에 심각한 영향을 미칩니다. 따라서 반복성이 높고 신뢰할 수 있는 동결건조 공정을 달성하려면 건조실에서 압력을 정확하고 반복적으로 측정하고 제어해야 하며 이는 동결건조 하드웨어 장비의 성능을 검사하는 중요한 지표 중 하나입니다. 1차 건조 중 압력이나 진공도는 동시에 제품 승화 인터페이스의 온도에 직접적인 영향을 미치기 때문에 1차 건조 공정에서는 정확하고 안정적인 압력 제어가 매우 중요합니다. 그러나 실제 진공동결건조 공정에서는 정확한 압력제어 측면에서 다음과 같은 문제점이 여전히 남아있다.
(1) 압력 컨트롤러 불일치 문제: 동결 건조 공정과 장비에는 고정밀 용량성 압력 게이지가 장착되어 있지만 정확도는 전체 규모의 0.2% ~ 0.5%에 도달할 수 있지만 현재 대부분의 국지적 지원은 사용됩니다. 용량성 압력 측정용 PLC입니다. DC 전압 신호의 측정 및 제어에 대해 PLC의 A/D 및 D/A 변환 정확도는 명백히 불충분하며 이는 압력 측정 및 제어 정확도에 심각한 영향을 미칩니다. A/D 및 D/A 변환 정확도는 동결 건조 공정의 요구 사항을 충족하기 위해 최소 16비트에 도달해야 합니다.
(2) 흡기 조절 밸브의 불일치: 동결건조 시 진공 압력 조절의 경우 기본적으로 일정한 압력이 수 Pa 정도이므로 일반적으로 상류 흡기 조절 모드가 사용됩니다. 즉, 진공 펌프의 펌핑 속도가 일정할 때 전기 조절 밸브를 통해 흡기 유량을 증가시켜 압력을 낮추고 흡기 유량을 줄여 압력을 높입니다. 그러나 현재 중국에서는 히스테리시스가 큰 솔레노이드 밸브가 조정용으로 널리 사용되고 있으며 이는 압력 제어의 정확성과 반복성에 심각한 영향을 미칩니다. 현재 전 세계적으로 스테퍼 모터로 구동되는 저이력 전기 제어 밸브가 많이 사용되고 있습니다.
동결건조 공정에서 압력 제어와 관련된 위의 문제를 해결하기 위해 이 기사에서는 최신 국산화된 2채널 24비트 고정밀 PID 압력 컨트롤러 및 전기 니들 밸브의 기능, 기술 지표 및 응용을 소개합니다. 특정 애플리케이션을 평가하고 검증한 후, 업스트림 제어 모드에서 전기 니들 밸브와 고정밀 PID 압력 컨트롤러를 사용하면 ±1% 이내의 압력을 정확하게 제어할 수 있습니다. 2채널 PID 컨트롤러는 동결 건조 중에 피라니 게이지를 모니터링하고 기록하는 데에도 사용할 수 있습니다.
2. 국산화된 2채널 24비트 고정밀 PID 압력제어기
용량성 압력 게이지의 측정 정확도를 최대한 활용하려면 컨트롤러의 데이터 수집 및 제어에 최소 16비트 아날로그-디지털 및 디지털-아날로그 변환기가 필요합니다. 최근 몇 년 동안 KAOLU 그림 1과 같이 고정밀 24비트 범용 PID 컨트롤러 FC 시리즈를 개발했습니다. 이 PID 컨트롤러 시리즈는 외국 제품보다 훨씬 강력하지만 가격은 1/8에 불과합니다. 외국 제품의. 주요 성과 지표는 다음과 같습니다.
(1) 정밀도: 24비트 A/D, 16비트 D/A.
(2) 다중 채널: 독립적인 1채널 또는 2채널. 2채널로 듀얼 센서를 동시에 측정하고 제어할 수 있습니다.
(3) 다양한 출력 매개변수: 47가지 입력 신호(열전대, 열저항, DC 전압)를 동시에 테스트하고 다양한 매개변수를 표시 및 제어할 수 있습니다.
(4) 다기능: 정방향, 역방향, 정방향 및 역방향 양방향 제어.
(5) PID 프로그램 제어: 개선된 PID 알고리즘은 PV 차동 및 차동 사전 제어를 지원합니다. 20개의 PID 그룹을 저장할 수 있고 20개의 프로그램 곡선(각각 50개의 세그먼트)을 지원할 수 있습니다.
(6) 통신: 2선 RS485, 표준 MODBUS RTU 통신 프로토콜.
동결건조의 1차 동결건조 종료점 판단 시 FC-20 시리즈의 2채널 컨트롤러는 정전용량형 압력계와 피라니 압력계를 동시에 연결할 수 있습니다. 정전식 압력계는 진공압력 조절에 사용되며, 피라니 게이지는 동결건조 과정 중 수증기의 변화를 모니터링하는데 사용되며, 두 진공게이지의 차이가 사라지면 1차 동결건조 과정이 끝난 것으로 간주됩니다. . 전체 프로세스의 일반적인 변화 곡선은 그림 2에 나와 있습니다.
3. 국부화된 스테퍼 모터가 전기 니들 밸브를 구동합니다.
공기 흡입 밸브의 고정밀 조정을 달성하기 위해 스테퍼 모터를 사용하는 니들 밸브를 기반으로 유량이 다른 일련의 전기 니들 밸브를 개발했습니다. 자기 히스테리시스는 솔레노이드 밸브보다 훨씬 작습니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 가격은 외국 제품의 3분의 1에 불과하며, 자세한 기술 지표는 그림 4에 나와 있습니다.
불활성 가스 및 액체스테인리스강-1 ~ 7bar
| 모델 | FC-20 | FC-120 | FC-300 | FC-1000 |
| 밸브 종류 | 니들 밸브 | |||
| 스풀 드리프트 직경 | 0.9mm | 2.25mm | 2.75mm | 4.10mm |
| 액추에이터 | 바이폴라 스테퍼 모터 제어 | |||
| 응답 시간 | 0.8초(열림에서 닫힘) | |||
| 표준 크기 | G1/8” | G3/8” | ||
| 체액 | 불활성 가스 및 액체 | |||
| 연락처 자료 | 스테인레스 스틸 | |||
| 압력 범위 | -1 ~ 7bar | -1 ~ 5bar | ||
| 최대 흐름 | 50L/분 @7bar | 240L/분 @7bar | 290L/분 @7bar | 600L/분 @7bar |
| 선형성 | ±2% | ±0.1~1% | ±0.2~5% | ±11% |
| 반복성 (풀 스케일) |
±0.1% | |||
| 흐름 분해능(단계 길이) | 0.1L/분 | 0.1 ~ 0.2L/분 | 0.2 ~ 0.75L/분 | 1L/분 |
| 이동 분해능(단계 길이) | 12.7um | 25.4um | ||
| 작동 온도 범위 | 0 ~ 84℃ | |||
| 밀봉하다 | 표준 FKM 또는 기타 씰 선택 | |||
| 제어 신호 | DC: 0~10V(또는 4~20mA) | |||
| 전원공급장치 | DC: 24V(12W) | |||
4. 국산 PID 제어기 및 전자 니들밸브 평가시험 평가시험에서는 1 Torr 범위의 정전용량식 압력계를 사용하였으며, 전자 니들밸브를 흡기밸브로 사용하여 상류 모드에서의 제어 시험을 수행하였다. . 먼저 진공 펌프를 켜고 최대 속도로 펌핑한 다음 PID 컨트롤러의 PID 매개변수를 약 68Pa로 자체 조정합니다. 자체 튜닝이 완료된 후 12, 27, 40, 53, 67, 80, 93 및 107 Pa의 8개 설정값이 각각 제어됩니다. 전체 제어 과정에서 진공도의 변화는 그림 5에 나와 있습니다.
그림 5의 곡선의 제어 효과는 변동률로 표현되며 그림 6과 같이 다양한 진공 압력 하에서의 변동률이 얻어집니다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 전체 압력 범위에서 12Pa 제어가 적용된 경우에만 변동률이 1%보다 큰 것을 알 수 있습니다. 당연히 68Pa에서 셀프 튜닝하여 얻은 PID 파라미터를 12Pa 압력 제어에 적용하는 것은 적합하지 않습니다. 또한 별도의 PID 매개변수 자체 조정이 필요했습니다.
도입된 전자 니들 밸브는https://www.genndih.com/ko/proportional-flow-control-valve.htm