一种灌装压力控制方法和设备与流程

本发明属于灌装自动控制领域，具体涉及一种灌装压力控制方法和设备。

背景技术：

无菌灌装技术是近几年来产生的一种新的生产工艺，随之产生了无菌冷灌装生产线。吹灌封技术为一种无菌封装技术，该设备通常一次可生产数十支(20～60)产品，由于灌装头数较多，并为了实现现场清洗(cip)和现场消毒(sip)，通常采用的是时间压力法灌装，即在一定的灌装压力下，通过控制灌装阀的开启时间来控制装量。

灌装压力的来源通常是采用压缩空气往药液缓冲罐内加压来实现，现有的吹灌封设备通常是直接采用压缩空气减压阀来调节缓冲罐内充气的压力从而控制灌装压力，如现有技术cn201620333432.9就揭露了一种灌装设备，具体涉及一种用于吹灌封一体机的高精度灌装系统，包括药液缓冲罐和液位计，所述液位计对应药液缓冲罐设置，用于测量药液缓冲罐内药液液位，所述药液缓冲罐顶部分别设置进药管、进气管和排空管，所述进药管上设置进药阀，所述进气管上设置进气阀和减压阀，所述排空管上设置排空阀，所述药液缓冲罐底部通过灌装管连接至灌装电磁阀组，其压力控制方法为：灌装——补液(同时排空阀排气)——加压(进气阀补气)——灌装。

然而，这种方式的压力控制会受到压缩空气气源压力波动和缓冲罐内药液液位高度的影响，且由于加压补气时减压阀自带的压力表对压力衡量不准确，因此灌装压力的精度不高，通常只能达到±2.5％(装量10ml以下)，而这个灌装压力的精度无法满足一些特殊产品的灌装需求。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种灌装压力控制方法及其设备，其压力控制方法可以通过一次补液即可实现多次的灌装，其不会受到压缩空气气源压力波动和缓冲罐内药液液位高度的影响，其灌装速度快，且通过加压减压的微调控制，使得本发明的灌装压力控制方法和设备能够突破现有灌装压力控制的瓶颈，采用新的控制方法能够将灌装精度提高到±1％以内。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供了一种灌装压力控制方法，缓冲罐的顶部设进气阀和排气阀，其中所述进气阀连接的进气管路上配置有前置缓冲的恒压设备，所述排气阀一端连接缓冲罐，另一端连接节流阀以进行排气，罐底设灌装液体出口，出口尽头设置若干个灌装阀，所述灌装阀与缓冲罐的出口之间设置压力变送器，缓冲罐下部的一侧设液体入口，入口处设进液阀，其特征在于，所述压力控制方法包括如下步骤s1～s5：

s1、前期准备阶段：所述恒压设备的设定的压力值高于灌装起点时缓冲罐内的气体压力值，预设进气阀、排气阀、灌装阀和进液阀都处于关闭状态；

s2、加压阶段：打开进气阀，待缓冲罐内的气体压力稳定后关闭进气阀；

s3、减压阶段：打开排气阀，直至当压力变送器检测到管内的压力值与灌装设定压力值一致时关闭排气阀；

s4、灌装阶段：通过灌装控制器控制所述灌装阀开启一定时间，将灌装液体定量注入到其下方的容器中，并随后判断缓冲罐的液位是否到达预设的下限值，若否，则调到步骤s2进行加压补气，若是，则执行步骤s5进行补液；

s5、补液阶段：若判断缓冲罐的液位到达预设的下限值时，进气阀和液体入口处的所述进液阀开启，液体被注入到缓冲罐中，当液体液位达到预设的上限值时液体入口的所述进液阀和进气阀关闭，以停止进液，并转而执行步骤s3。

进一步的，所述缓冲罐内的灌装液体具体为药液。

进一步的，步骤s2中所述缓冲罐内的气体压力稳定后关闭进气阀的进气阀稳定开启时间为1～2s。

进一步的，所述节流阀在s1步骤中调节到适当的开度，以满足能在步骤s3时在1～2s内将罐内压力稳定在灌装设定压力值。

进一步的，通过称量装置监测缓冲罐内的液位，将缓冲罐置于称量装置上，以判断其液位是否到达所述预设的下限值和上限值。

进一步的，通过液位计监测缓冲罐内的液位，以判断其液位是否到达所述预设的下限值和上限值。

进一步的，所述恒压设备具体类型为减压阀或者恒压罐。

进一步的，所述灌装阀的数量为20～60个。

进一步的，步骤s1中的所述恒压设备的设定的压力值比所述灌装起点时缓冲罐内的气体压力值大0.01～0.05bar。

进一步的，所述灌装控制器为plc或者单片机。

此外，本发明还提供一种灌装压力控制设备，其控制设备包括：至少一个处理器，以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行上述任意一种所述的压力控制方法。

(三)有益效果

由上述技术方案可知，相对于现有技术，本发明具备如下有益效果：

1)本申请采用新的加压再减压(微调，即加压时减压阀压力略高于灌装设定压力值)的二段压力控制方法，且充分考虑到了液体的自重压力，且其灌装的压力精度能够通过比减压阀上的压力表检测精度更高的压力变送器来保证，故本申请的压力控制更精准，压力控制精度可达±0.001bar；

2)本申请的灌装控制方法不同于现有技术：本申请为每次灌装前进行“加压——减压”操作，而现有技术为每次灌装前需要进行“补液的同时减压—加压”操作，故本申请的这种压力控制方式避免了压缩空气气源压力波动所导致的减压阀后端压力变化对灌装压力的影响，且灌装压力检测点位于灌装阀上游附近的位置，已包含药液自重所产生的压力，故不会受到压缩空气气源压力波动和缓冲罐内药液液位高度的影响，且缓冲罐补气压力略高于灌装压力，排气过程通过节流阀将排气速度调得很慢，因此可在较短时间内把灌装压力控制到设定值，灌装前所需的准备时间更短，灌装速度快，且所耗费的气源更少；

3)本申请的补液控制不同：本申请在补液的同时开启进气阀，可以通过减压阀的溢流口排出多余气体并且实现快速补液补气，因此本申请的补液方法补液完成后的压力与减压阀的设定压力相同，而现有技术补液时由于通过开启排空阀平衡压力，故每次补液后都需要再次加压才能保证压力，其现有技术的压力灌装是每灌一次就要补一次液才能够灌装，而本申请的压力灌装可以通过一次补液即可实现多次的灌装，直至缓冲罐内的液位达到预设的下限值时才需要再次进行补液，故本申请的操作更为简便。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明的灌装压力控制方法的流程图；

图2为本发明的灌装压力控制系统原理图；

图3为本发明的灌装压力控制系统加压阶段介质流向图；

图4为本发明的灌装压力控制系统减压阶段介质流向图；

图5为本发明的灌装压力控制系统灌装阶段介质流向图；

图6为本发明的灌装压力控制系统补液阶段介质流向图。

附图标记说明：bt1、药液缓冲罐；ws1、电子称；v01、进液阀；v02、进气阀；v03、排气阀；v04、节流阀；v05～v10、灌装阀；pr1、减压阀；pg1、压力表；pg2、压力变送器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1的灌装压力控制方法的流程图所示，本发明实施例一公开了一种灌装压力控制方法，缓冲罐的顶部设进气阀和排气阀，其中所述进气阀v01连接的进气管路上配置有前置缓冲的恒压设备，所述排气阀一端连接缓冲罐，另一端连接节流阀以进行排气，罐底设灌装液体出口，出口尽头设置若干个灌装阀，所述灌装阀与缓冲罐的出口之间设置压力变送器，缓冲罐下部的一侧设液体入口，入口处设进液阀，其特征在于，所述压力控制方法包括如下步骤s1～s5：

s1、前期准备阶段：所述恒压设备的设定的压力值高于灌装设定压力值，预设进气阀、排气阀、灌装阀和进液阀都处于关闭状态；

s2、加压阶段：打开进气阀，待缓冲罐内的气体压力稳定后关闭进气阀；

s3、减压阶段：打开排气阀，直至当压力变送器检测到管内的压力值与灌装设定压力值一致时关闭排气阀；

s4、灌装阶段：通过灌装控制器控制所述灌装阀开启一定时间，将灌装液体定量注入到其下方的容器中，并判断缓冲罐的液位是否到达预设的下限值，若否，则跳到步骤s2进行加压补气，若是，则执行步骤s5进行补液；

s5、补液阶段：若判断缓冲罐的液位到达预设的下限值时，进气阀和液体入口处的所述进液阀开启，液体被注入到缓冲罐中，当液体液位达到预设的上限值时液体入口的所述进液阀和进气阀关闭，以停止进液，并转而执行步骤s3。

实施例二：

如图2-6所示，本发明结合前期准备阶段、加压阶段、减压阶段、灌装阶段、补液阶段时各个设备的状态对上述流程图中的灌装压力控制方法进行了进一步说明。

如图2所示，本申请的方法是在图2的灌装压力控制系统中实现的，该灌装压力控制系统包括了缓冲罐bt1、进液阀v01、进气阀v02、排气阀v03、节流阀v04、若干个灌装阀v05～v10、减压阀pr1、压力表pg1、压力变送器pg2、电子秤ws1、容器，其中药液缓冲罐bt1放置于一电子称ws1上，通过称重可以监测药液缓冲罐bt1内的液体液位，缓冲罐bt1的顶部设进气阀v02和排气阀v03，其中所述进气阀v02连接的进气管路上配置有减压阀pr1，压缩空气通过减压阀pr1后进入到进气阀v02，减压阀pr1上配备有其自带的压力表pg1，pg1用于测量减压阀pr1下游端压力，所述排气阀v03一端连接缓冲罐bt1，排气阀v03另一端连接节流阀v04以进行排气，节流阀v04接在v03后端，罐底设灌装液体出口，出口尽头设置若干个灌装阀v05～v10，所述灌装阀v05～v10(灌装阀的数量通常为20～60个)与缓冲罐bt1的出口之间设置压力变送器pg2，具体可靠近灌装阀的上游位置附近装设压力变送器pg2，缓冲罐bt1的左下部一侧设液体入口，入口处设进液阀v01，此外，如图2所示，其液体具体可以是药液，容器可以是药瓶，减压阀pr1具体可为溢流型减压阀。

基于图2的灌装控制系统的原理图，本发明采用往缓冲罐bt1内先补气再排气的方式来保证每次灌装起点的压力一致，排气回路采用闭环控制。每次补气压力略高于设定的灌装压力，然后通过对排气回路的精确控制，可在较短时间内把压力稳定在设定压力，因此可以精准地的控制灌装压力，从而提高灌装精度，所述压力控制方法包括如下步骤s1～s5，具体的介质流向图可参见图3～6，其图3～6分别对应步骤s2-s5：

s1、前期准备阶段：减压阀pr1和节流阀v04始终开启，减压阀pr1的设定的压力值高于灌装起点(即在灌装阶段的开始进行灌装操作前，此时压力变送器pg2的压力示数等于灌装设定压力值，满足打开灌装阀进行灌装的条件)时缓冲罐内的气体压力值0.01～0.05bar，节流阀v04调节到适当的开度，以满足在1～2s内能稳定住灌装压力，预设进气阀、排气阀、灌装阀和进液阀都处于关闭状态；

s2、加压阶段：参见图3的加压补气操作的介质流向图可知，当上一次的灌装阶段完成后，即灌装阀v05～v10全部关闭后，立即全开进气阀v02，待1～2s稳定后关闭，此时液体缓冲罐bt1内的气体压力与所述减压阀pr1设定的压力值相同；

s3、减压阶段：参见图4的减压排气操作的介质流向图可知，当进液阀v01和进气阀v02处于关闭状态时，且处于灌装的停歇时间内，所述压力变送器pg2检测到的压力值高于灌装起点时的压力变送器pg2所需要显示的压力值(后称为灌装设定压力值，该灌装起点时的压力变送器pg2所需要显示的压力值是根据灌装工艺需求所设定的一个定值，在灌装起点时，该灌装设定压力值等于步骤s1中所述的缓冲罐内的气体压力值与基于药液自重所产生的压力值的总和)，则全开排气阀v03，将缓冲罐bt1内多余的空气通过排气阀v03和节流阀v04缓慢排出，此时所述压力变送器pg2所检测到的压力逐渐下降，当压力变送器pg2检测到的压力值与灌装设定压力值一致时关闭排气阀v03；

s4、灌装阶段：参见图5的灌装操作的介质流向图可知，当所述进气阀v02和排气阀v03都处于关闭状态后，通过plc控制器或者单片机控制所述灌装阀v05～v10开启一定时间，将灌装液体定量注入到其下方的容器中(此时在灌装过程中，灌装压力会逐渐下降)，随后在灌装阀关闭状态下，判断通过电子称ws1判断缓冲罐的液位是否到达预设的下限值，若否，则跳到步骤s2继续进行加压补气，若是，则执行步骤s5进行进液加压；

s5、补液阶段：参见图6的补液操作的介质流向图可知，在灌装阀关闭状态下，若电子称ws1检测液位到达预设的下限值时，液体入口处的所述进液阀v01开启，同时进气阀v02开启，液体被注入到缓冲罐bt1中，并同时进行补气加压，此时液体的加入会导致缓冲罐内的压力升高，若有多余的气体，则会反向经过所述进气阀v02然后通过所述减压阀pr1的溢流口排出，当缓冲罐bt1中液体的液位达到预设的上限值时，液体入口的所述进液阀v01和进气阀v02关闭，以停止进液，此时缓冲罐bt1内的气体压力与减压阀设定的压力值一致。

此外，本申请除了通过电子秤ws1判断液位，也可以通过液位计来判断液位，液位计可以是现有的各种液位计，如压力式、磁浮式、超声波液位计等，且作为恒压设备存在的减压阀也可以替换为恒压罐之类的减压恒压设备。

值得一提的是，本发明每次灌装前都需要进行补气阶段和排气阶段，采用先补气体再排气的方式来控制灌装前的起始压力，排气过程采用闭环控制，以稳定灌装压力，排气阀v03后端安装有节流阀v04，可调节排气的快慢，并且补液阶段只在缓冲罐内液位过低时进行，并非每次灌装前都要补液。

为了凸出本发明的发明构思，本发明以现有技术cn201620333432.9作为参照对象，再次强调本发明所要求保护的技术方案具备如下的有益效果：

1)本申请采用新的加压再减压(微调，即加压时减压阀压力略高于灌装设定压力值)的二段压力控制方法，且其灌装的压力精度能够通过比减压阀上的压力表检测精度更高的压力变送器来保证(减压阀自带的压力表往往检测精度低下，而压力变送器一般作为一个独立的检测器件，其检测精度更高)，故本申请的压力控制更精准，压力控制精度可达±0.001bar；

2)本申请的灌装控制方法不同于现有技术：本申请为每次灌装前进行“加压——减压”操作，而现有技术为每次灌装前需要进行“补液的同时减压—加压”操作，故本申请的这种压力控制方式避免了压缩空气气源压力波动所导致的减压阀后端压力变化对灌装压力的影响，且灌装压力检测点位于灌装阀上游附近的位置，已包含药液自重所产生的压力，故不会受到压缩空气气源压力波动和缓冲罐内药液液位高度的影响，且缓冲罐补气压力略高于灌装压力，排气过程通过节流阀将排气速度进行调节，因此可在较短时间内把灌装压力精确的控制到灌装设定值，灌装前所需的准备时间更短，灌装速度快，且所耗费的气源更少；

3)本申请的补液控制不同：本申请在补液的同时开启进气阀，可以通过减压阀的溢流口排出多余气体并且实现快速补液补气，因此本申请的补液方法补液完成后的压力与减压阀的设定压力相同，而现有技术补液时由于通过开启排空阀平衡压力，故每次补液后都需要再次加压才能保证压力，其现有技术的压力灌装是每灌一次就要补一次液才能够进行灌装，而本申请的压力灌装可以通过一次补液即可实现多次的灌装，直至缓冲罐内的液位达到预设的下限值时才需要再次进行补液，故本申请的操作更为简便。

本发明通过上述压力控制方法充分的利用了灌装控制系统中各个器件的控制或者检测特性，且充分的将加压减压方法与灌装控制系统的补液方法有机的结合到了一起，节省了操作程序并提高了灌装准备时间，综合其它所有因素一起，最终使得灌装精度可控制在±1％以内，压力控制精度可达±0.001bar。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。