2022.03.11
Применение электрического игольчатого клапана и двухканального контроллера для высокоточного регулирования давления при вакуумной сублимационной сушке
доля
БОЛЕЕ ДЕТАЛЬНО
Применение электрического игольчатого клапана и двухканального контроллера для высокоточного регулирования давления при вакуумной сублимационной сушке
Аннотация: В настоящее время емкостные манометры широко используются в процессе вакуумной сублимационной сушки, что делает контроллер давления и электрический регулирующий клапан воздухозаборника соответствующими емкостным манометрам. Эти два основных звена, влияющие на точность и повторяемость регулирования давления, особенно заметны. Для решения проблемы точности управления в этой статье представлены функции, технические показатели и применение новейшего отечественного 2-канального 24-битного высокоточного ПИД-регулятора давления и электрического игольчатого клапана с шаговым двигателем. Экспериментами было подтверждено, что использование электрического игольчатого клапана и высокоточного контроллера в режиме управления выше по потоку позволяет точно контролировать давление в пределах ± 1%. Этот контроллер также можно использовать для контроля вакуумметра Пирани во время процесса сублимационной сушки для автоматической настройки на конечную точку начального процесса сублимационной сушки.
1. Вопросы
Контроль давления является важным процессом в процессе вакуумной сублимационной сушки. Точность управления серьезно влияет на качество продукции, особенно при сублимационной сушке некоторых чувствительных продуктов. Следовательно, чтобы добиться надежного процесса сублимационной сушки с высокой повторяемостью, давление необходимо точно и неоднократно измерять и контролировать в сушильной камере, что является одним из важных показателей для проверки возможностей оборудования для сублимационной сушки. Поскольку степень давления или вакуума во время первичной сушки напрямую влияет на температуру поверхности раздела сублимации продукта, в то же время точный и стабильный контроль давления очень важен для процесса первичной сушки. Однако в реальном процессе вакуумной сублимационной сушки по-прежнему существуют следующие проблемы с точки зрения точного контроля давления:
(1) Проблема несоответствия регуляторов давления: хотя процесс сублимационной сушки и оборудование оснащены высокоточными емкостными манометрами, точность может достигать 0,2–0,5% от полной шкалы, но в настоящее время большинство локализованных вспомогательных устройств используют ПЛК для емкостного измерения давления. Для измерения и управления сигналом напряжения постоянного тока точность аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования ПЛК явно недостаточна, что серьезно влияет на точность измерения и управления давлением. Точность аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования должна достигать не менее 16 бит, чтобы удовлетворить потребности процесса сублимационной сушки.
(2) Несоответствие регулирующего клапана воздухозаборника: для управления вакуумным давлением при лиофилизации постоянное давление обычно составляет порядка нескольких Па, поэтому обычно используется режим управления входным воздухозаборником. То есть, когда скорость откачки вакуумного насоса постоянна, увеличивается поток всасываемого воздуха через электрический регулирующий клапан, чтобы снизить давление, и уменьшает поток всасываемого воздуха, чтобы увеличить давление. Однако в настоящее время в Китае для регулировки по-прежнему широко используются электромагнитные клапаны с большим гистерезисом, что серьезно влияет на точность и повторяемость регулирования давления. В настоящее время в мире используется множество электрических регулирующих клапанов с низким гистерезисом, приводимых в движение шаговыми двигателями.
Чтобы решить вышеуказанные проблемы контроля давления в процессе сублимационной сушки, в этой статье будут представлены функции, технические показатели и применение новейшего локализованного 2-канального 24-битного высокоточного ПИД-регулятора давления и электрического игольчатого клапана. После оценки и проверки конкретных применений использование электрического игольчатого клапана и высокоточного ПИД-регулятора давления в режиме управления на входе позволяет точно контролировать давление в пределах ± 1%. Двухканальный ПИД-регулятор также можно использовать как для мониторинга, так и для регистрации показаний датчика Пирани во время сушки вымораживанием.
2. Локализованный 2-канальный 24-битный высокоточный ПИД-регулятор давления.
Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами точности измерений емкостного манометра, для сбора данных и управления контроллером требуются как минимум 16-битные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. В последние годы KAOLU разработала серию высокоточных 24-битных ПИД-регуляторов общего назначения FC, как показано на рисунке 1. Эта серия ПИД-регуляторов намного мощнее, чем зарубежные продукты, но цена составляет всего одну восьмую. зарубежной продукции. Его основные показатели эффективности следующие:
(1) Точность: 24-битный АЦП, 16-битный ЦАП.
(2) Многоканальный: независимый 1-канальный или 2-канальный. 2 канала могут обеспечить одновременное измерение и управление двумя датчиками.
(3) Разнообразие выходных параметров: 47 видов входных сигналов (термопара, термосопротивление, напряжение постоянного тока) позволяют одновременно тестировать, отображать и контролировать различные параметры.
(4) Многофункциональность: двустороннее управление вперед, назад, вперед и назад.
(5) Программное ПИД-управление: улучшенный ПИД-алгоритм поддерживает дифференциальное управление PV и дифференциальное опережающее управление. Он может хранить 20 групп PID и поддерживать 20 программных кривых (по 50 сегментов каждая).
(6) Связь: двухпроводной RS485, стандартный протокол связи MODBUS RTU.
В зависимости от первичной конечной точки сублимационной сушки двухканальный контроллер серии FC-20 можно одновременно подключить к емкостному манометру и манометру Пирани. Емкостный манометр используется для контроля вакуумного давления, а манометр Пирани используется для контроля изменения водяного пара во время процесса сублимационной сушки. Когда разница между двумя вакуумметрами исчезает, первичный процесс сублимационной сушки считается завершенным. . Типичная кривая изменения всего процесса показана на рисунке 2.
3. Локализованный шаговый двигатель приводит в действие электрический игольчатый клапан.
Для достижения высокоточной регулировки впускного клапана мы разработали серию электрических игольчатых клапанов с разной скоростью потока на основе игольчатого клапана с использованием шаговых двигателей. Магнитный гистерезис намного меньше, чем у электромагнитного клапана. Как показано на рисунке 3, цена составляет лишь одну треть от стоимости зарубежной продукции, а подробные технические показатели показаны на рисунке 4.
Инертный газ и жидкость, нержавеющая сталь - 1 ~ 7 бар.
(Рисунок 4. Технические показатели электрического игольчатого клапана FC KAOLU )
4. Оценочное испытание бытового ПИД-регулятора и электронного игольчатого клапана. В оценочном тесте использовался емкостной манометр с диапазоном 1 Торр, а электронный игольчатый клапан использовался в качестве впускного клапана для проведения контрольного теста в восходящем режиме. . Сначала включите вакуумный насос и заставьте его качать на полной скорости, а затем самостоятельно настройте ПИД-параметры ПИД-регулятора примерно на 68Па. После завершения самонастройки контролируются 8 заданных значений 12, 27, 40, 53, 67, 80, 93 и 107 Па соответственно. Изменение степени вакуума в течение всего процесса управления показано на рисунке 5.
Управляющий эффект кривой на рисунке 5 выражается через скорость колебаний, и получается скорость колебаний при различных давлениях вакуума, как показано на рисунке 6. Из рисунка 6 видно, что скорость колебаний превышает 1% только при регулировании 12 Па во всем диапазоне давлений. Очевидно, что применять параметры ПИД, полученные путем самонастройки при регулировании давления от 68 Па до 12 Па, нецелесообразно. Также требовалась отдельная самонастройка параметра ПИД.
Представленный электронный игольчатый клапан представлен вhttps://www.genndih.com/ru/proportional-flow-control-valve.htm
Аннотация: В настоящее время емкостные манометры широко используются в процессе вакуумной сублимационной сушки, что делает контроллер давления и электрический регулирующий клапан воздухозаборника соответствующими емкостным манометрам. Эти два основных звена, влияющие на точность и повторяемость регулирования давления, особенно заметны. Для решения проблемы точности управления в этой статье представлены функции, технические показатели и применение новейшего отечественного 2-канального 24-битного высокоточного ПИД-регулятора давления и электрического игольчатого клапана с шаговым двигателем. Экспериментами было подтверждено, что использование электрического игольчатого клапана и высокоточного контроллера в режиме управления выше по потоку позволяет точно контролировать давление в пределах ± 1%. Этот контроллер также можно использовать для контроля вакуумметра Пирани во время процесса сублимационной сушки для автоматической настройки на конечную точку начального процесса сублимационной сушки.
1. Вопросы
Контроль давления является важным процессом в процессе вакуумной сублимационной сушки. Точность управления серьезно влияет на качество продукции, особенно при сублимационной сушке некоторых чувствительных продуктов. Следовательно, чтобы добиться надежного процесса сублимационной сушки с высокой повторяемостью, давление необходимо точно и неоднократно измерять и контролировать в сушильной камере, что является одним из важных показателей для проверки возможностей оборудования для сублимационной сушки. Поскольку степень давления или вакуума во время первичной сушки напрямую влияет на температуру поверхности раздела сублимации продукта, в то же время точный и стабильный контроль давления очень важен для процесса первичной сушки. Однако в реальном процессе вакуумной сублимационной сушки по-прежнему существуют следующие проблемы с точки зрения точного контроля давления:
(1) Проблема несоответствия регуляторов давления: хотя процесс сублимационной сушки и оборудование оснащены высокоточными емкостными манометрами, точность может достигать 0,2–0,5% от полной шкалы, но в настоящее время большинство локализованных вспомогательных устройств используют ПЛК для емкостного измерения давления. Для измерения и управления сигналом напряжения постоянного тока точность аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования ПЛК явно недостаточна, что серьезно влияет на точность измерения и управления давлением. Точность аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования должна достигать не менее 16 бит, чтобы удовлетворить потребности процесса сублимационной сушки.
(2) Несоответствие регулирующего клапана воздухозаборника: для управления вакуумным давлением при лиофилизации постоянное давление обычно составляет порядка нескольких Па, поэтому обычно используется режим управления входным воздухозаборником. То есть, когда скорость откачки вакуумного насоса постоянна, увеличивается поток всасываемого воздуха через электрический регулирующий клапан, чтобы снизить давление, и уменьшает поток всасываемого воздуха, чтобы увеличить давление. Однако в настоящее время в Китае для регулировки по-прежнему широко используются электромагнитные клапаны с большим гистерезисом, что серьезно влияет на точность и повторяемость регулирования давления. В настоящее время в мире используется множество электрических регулирующих клапанов с низким гистерезисом, приводимых в движение шаговыми двигателями.
Чтобы решить вышеуказанные проблемы контроля давления в процессе сублимационной сушки, в этой статье будут представлены функции, технические показатели и применение новейшего локализованного 2-канального 24-битного высокоточного ПИД-регулятора давления и электрического игольчатого клапана. После оценки и проверки конкретных применений использование электрического игольчатого клапана и высокоточного ПИД-регулятора давления в режиме управления на входе позволяет точно контролировать давление в пределах ± 1%. Двухканальный ПИД-регулятор также можно использовать как для мониторинга, так и для регистрации показаний датчика Пирани во время сушки вымораживанием.
2. Локализованный 2-канальный 24-битный высокоточный ПИД-регулятор давления.
Чтобы в полной мере воспользоваться преимуществами точности измерений емкостного манометра, для сбора данных и управления контроллером требуются как минимум 16-битные аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи. В последние годы KAOLU разработала серию высокоточных 24-битных ПИД-регуляторов общего назначения FC, как показано на рисунке 1. Эта серия ПИД-регуляторов намного мощнее, чем зарубежные продукты, но цена составляет всего одну восьмую. зарубежной продукции. Его основные показатели эффективности следующие:
(1) Точность: 24-битный АЦП, 16-битный ЦАП.
(2) Многоканальный: независимый 1-канальный или 2-канальный. 2 канала могут обеспечить одновременное измерение и управление двумя датчиками.
(3) Разнообразие выходных параметров: 47 видов входных сигналов (термопара, термосопротивление, напряжение постоянного тока) позволяют одновременно тестировать, отображать и контролировать различные параметры.
(4) Многофункциональность: двустороннее управление вперед, назад, вперед и назад.
(5) Программное ПИД-управление: улучшенный ПИД-алгоритм поддерживает дифференциальное управление PV и дифференциальное опережающее управление. Он может хранить 20 групп PID и поддерживать 20 программных кривых (по 50 сегментов каждая).
(6) Связь: двухпроводной RS485, стандартный протокол связи MODBUS RTU.
В зависимости от первичной конечной точки сублимационной сушки двухканальный контроллер серии FC-20 можно одновременно подключить к емкостному манометру и манометру Пирани. Емкостный манометр используется для контроля вакуумного давления, а манометр Пирани используется для контроля изменения водяного пара во время процесса сублимационной сушки. Когда разница между двумя вакуумметрами исчезает, первичный процесс сублимационной сушки считается завершенным. . Типичная кривая изменения всего процесса показана на рисунке 2.
3. Локализованный шаговый двигатель приводит в действие электрический игольчатый клапан.
Для достижения высокоточной регулировки впускного клапана мы разработали серию электрических игольчатых клапанов с разной скоростью потока на основе игольчатого клапана с использованием шаговых двигателей. Магнитный гистерезис намного меньше, чем у электромагнитного клапана. Как показано на рисунке 3, цена составляет лишь одну треть от стоимости зарубежной продукции, а подробные технические показатели показаны на рисунке 4.
Инертный газ и жидкость, нержавеющая сталь - 1 ~ 7 бар.
| Модель | ФК-20 | ФК-120 | ФК-300 | ФК-1000 |
| Тип клапана | Игольчатый вентиль | |||
| Диаметр дрейфа золотника | 0,9 мм | 2,25 мм | 2,75 мм | 4,10 мм |
| Привод | Управление биполярным шаговым двигателем | |||
| Время отклика | 0,8 секунды (открытие-закрытие) | |||
| Стандартный размер | G1/8” | G3/8” | ||
| Жидкость | Инертный газ и жидкость | |||
| Контактные материалы | Нержавеющая сталь | |||
| Диапазон давления | -1 ~ 7бар | -1 ~ 5 бар | ||
| Максимальный поток | 50 л/мин при 7 бар | 240 л/мин при 7 бар | 290 л/мин при 7 бар | 600 л/мин при 7 бар |
| Линейность | ±2% | ±0,1 ~ 1% | ±0,2 ~ 5% | ±11% |
| Повторяемость (Полный масштаб) |
±0,1% | |||
| Разрешение расхода (длина шага) | 0,1 л/мин | 0,1 ~ 0,2 л/мин | 0,2 ~ 0,75 л/мин | 1л/мин |
| Разрешение сдвига (длина шага) | 12,7 мкм | 25,4 мкм | ||
| Диапазон рабочих температур | 0 ~ 84°С | |||
| Тюлень | Стандартный FKM или другие уплотнения на выбор | |||
| Управляющий сигнал | Постоянный ток: 0 ~ 10 В (или 4 ~ 20 мА) | |||
| Источник питания | постоянный ток: 24 В (12 Вт) | |||
4. Оценочное испытание бытового ПИД-регулятора и электронного игольчатого клапана. В оценочном тесте использовался емкостной манометр с диапазоном 1 Торр, а электронный игольчатый клапан использовался в качестве впускного клапана для проведения контрольного теста в восходящем режиме. . Сначала включите вакуумный насос и заставьте его качать на полной скорости, а затем самостоятельно настройте ПИД-параметры ПИД-регулятора примерно на 68Па. После завершения самонастройки контролируются 8 заданных значений 12, 27, 40, 53, 67, 80, 93 и 107 Па соответственно. Изменение степени вакуума в течение всего процесса управления показано на рисунке 5.
Управляющий эффект кривой на рисунке 5 выражается через скорость колебаний, и получается скорость колебаний при различных давлениях вакуума, как показано на рисунке 6. Из рисунка 6 видно, что скорость колебаний превышает 1% только при регулировании 12 Па во всем диапазоне давлений. Очевидно, что применять параметры ПИД, полученные путем самонастройки при регулировании давления от 68 Па до 12 Па, нецелесообразно. Также требовалась отдельная самонастройка параметра ПИД.
Представленный электронный игольчатый клапан представлен вhttps://www.genndih.com/ru/proportional-flow-control-valve.htm