OMRON产品在安瓿输液制剂自动药液调配系统上的应用

1 项目简介
中日合资的中国大冢制药有限公司成立于1983年5月17日，是中国第一家制药合资企业，率先引入制药gmp规范的制药企业。主要生产大输液制剂、塑料安瓿制剂、滴眼液制剂。有四个车间7条流水线，稳定的制品质量，严格的检测和过程控制技术在制药行业有很好的口碑。早在1984年就通过了国家药品生产规范gmp的验证。本项目就是中国大冢制药有限公司引进世界领先的塑料安瓿一体机时的配套项目。本项目控制系统的主要功能是实现药液的自动调配，过程的自动记录，自动送液控制和调节，过程的异常报警，送液结束后的自动热水、蒸汽、纯净压空的灭菌、药液的保温、配液用水系统的控制。
2 项目简要工艺控制流程介绍
2.1 管线灭菌的控制
（1）药业管线的灭菌
作业前后全线灭菌控制cip（热水灭菌），如图1所示。触摸屏上显示进程，每一步都可单动。

图1 作业前后全线灭菌控制cip
作业前后全线灭菌控制sip（蒸汽灭菌），如图2所示。触摸屏上显示进程，且每一步可以手动。

图2 作业前后全线灭菌控制sip
（2）倒罐（批次间）的灭菌，如图3所示。

图3 倒罐（批次间）的灭菌
2.2 药业调配、送液过程的控制
（1）第一罐的调配和送液控制，如图4所示。触摸屏上有进程显示，且可以单步操作。

图4 第一罐的调配和送液控制
（2）第二罐的调配和送液控制，如图5所示。触摸屏上有进程显示，且可以单步操作。

图5 第二罐的调配和送液控制
（3）送液的控制，如图6所示。

图6 送液的控制
2.3温度压力的控制(如图7所示)

图7 温度压力的控制
2.4蒸罐水系统的控制(如图8所示)

图8 蒸罐水系统的控制
（1）控制蒸馏水的循环定温保存；（2）控制调配时蒸馏水的冷却；（3）cip时温度的转换；（4）异常报警。
安瓿制品生产的调配工序组成：首先是自动、手动可选择的全线和局部灭菌，灭菌的进程包括：cip（热水灭菌）、sip（纯蒸汽灭菌）、air（纯净压空吹干）；然后进行药液的调配过程：产品选择、投料、加水、搅拌、升温、灭菌、冷却、循环、送液等工序，可以联动也可以选择单动，单动结束后有提示；送液过程：等压开启、送液、温度和压力的控制等；调配用水的系统：循环保存、温度控制、电导率的监测、送水温度的切换等；工序过程的记录和报表的形成。
安瓿调配控制系统根据安瓿制品生产特殊的工艺要求：
● 采用自动运行结合可选则作业人员的手动确认；
● 控制系统主要由可编程控制器完成；
● 由彩色触摸屏作为作业人员输入端口、状态显示端口、报表记录打印端；
● 压力、温度、液位信号的采集由传感器送到可编程控制器；
● 主要的温度和压力有连续的开始结束时间和作业记录；
● 执行器件为气动阀、搅拌器、泵等；
● 各种状态需要时可以手动操作；
● 进程中完成的步骤由作业人员手动确认；
● 各种温度、压力、状态的异常报警。
根据药品生产，特别别是安瓿制品生产特殊的工艺要求，针对具体的工艺控制过程，我们提出了一套自动手动灵活变换、显示全面、可靠性高、高安全性能的控制系统。经过控制设计和工艺设计人员的认真推敲和周密布局，最终选择欧姆龙PLC作为控制系统。本系统选用c200hz系列作为主控制器，显示端采用欧姆龙nt631人机界面作为显示工艺流程，命令输入，报表显示和打印断口，同时作为进程的状态显示、控制、参数设置及报警。同时现场k3ma-j作为主要参数的盘面显示，方便作业人员在查看。泵及搅拌器由3g3jv-a4022高性能通用变频器控制。输出信号由my2nj做隔离再送到控制阀岛。
最终选定欧姆龙的主要硬件配置如附表所示。
附表 系统硬件配置表

3 控制系统功能
本系统允许操作者以两种方式进行操作——手动方式和自动方式。在手动方式下，由操作者在工艺条件允许的情况下，手动控制系统的每一个动作。在自动方式下，由操作者开启灭菌、调配、送液的自动控制程序，由系统自动控制系统的运行。设备启动前应确保plc模块接线正确，电缆联接正确，并且cpu模块处于run状态。
启动设备的操作顺序如下：
（1）接通设备的气源，确保气压能满足设备正常运行的需要；
（2）接通设备的总电源开关；
（3）接通主控制柜的电源；
（4）若采取设备启动(手动方式)，选择界面上的“自动/手动”选择开关置于“手动”位置。可以进行细致到每个器件或每单步的独立运行。
（5）若采取设备启动（自动方式），选择界面上的 “自动/手动”选择开关置于“自动”位置。可以进行依据工艺的药液连续调配过程。
3.1 手动控制
选择界面上的“自动／手动”选择开关置于“手动”位置。在“手动”控制状态，可以进行隔膜阀127个、角座阀17个、泵3台、搅拌器3台的独立开启。
在手动控制方式下，当满足以下条件时，可通过界面设定好的单步进行单步作业：
（1）没有其他的作业在进行中
（2）作业不会造成制品的混淆
（3）无压力检测报警
（4）蒸馏水室没有异常
（5）没有严重级的警报发生
可以进行的单步有：
（1）每个分支系统的cip(热水灭菌)、sip(纯蒸汽灭菌)、air(吹干)
（2）调配过程
（3）送液过程
（4）循环过程
（5）压力控制
3.2 自动控制
将界面上的上的“自动／手动”选择开关置于“自动”位置后可以选择进行自动的灭菌、调配、送液程序，过程中有异常将鸣响警报。重要工艺节点完成后，鸣响音乐，作业人员按动“确认”键后，自动程序继续进行。
灭菌的自动程序有时间限制，在送液或放置一定时间后，提示系统需要灭菌。灭菌过程开始时，首先启动蒸馏水输送系统，将蒸馏水升温到90℃以上，依次打开每条支线的阀门，排水端检测到温度到达设定点后计时。热水灭菌结束以后自动转换到纯蒸汽灭菌，也是在排水端温度达到124℃以后及时，最后进行压缩空气的吹干。整个系统分15条支路进行灭菌。全部结束后警报鸣响，并可打印实时报表。
自动调配过程首先是选择制品的项目，因为不同的产品作业过程和温度压力时间的控制是不同的。然后是投药后的加水，蒸馏水冷却到60℃以下加入，然后是氮气置换，分4个支路进行氮气置换，将系统内的空气由氮气置换出来，然后是压力整定，升温，排气，搅拌，灭菌，冷却，循环过程；循环结束后打开等压管路，中间罐加压，送液，中间罐压力控制；药液充填是将中间罐的药液经过稳定的压力输送到生产设备，需要压力控制，保温控制，液位控制等。
全部自动过程有温度、压力、时间控制，并有实时的进程记录可以打印。全部过程的时间、温度、压力、报警点的数值可以在界面上进行修订，以利于生产工艺的调整和变更。
3.3 故障及报警
3.3.1 cpu故障
当cpu的sf指示灯点亮时，则cpu存在硬件或软件故障。当cpu出现不可处理故障时，cpu转入stop（停止）状态，设备不能运行。
cpu故障的处理：
(1)关闭cpu电源，再重新上电；
(2)如故障仍然存在，则关闭cpu电源；
(3)接通cpu电源；
(4)执行复位cpu寄存器操作；
(5)如故障仍存在，则cpu存在硬件故障，更换cpu模块；
(6)重新下装plc控制程序；
(7)将cpu的运行模式置于运行模式。
3.3.2 直流电源保护
当为plc的数字量模块端子和相应器件提供电源的24v直流电源输出端出现短路情况时，直流电源可能进入保护状态。此时直流电源输出端电压急剧降低，无法驱动系统的输入/输出设备。
当出现直流电源保护时，需将直流电源输入端断开后再重新接通，系统即恢复正常。
3.3.3 超时报警
(1)阀限位：当自动过程中有隔膜阀没有在设定的时间内打开而报警；
(2)作业时间：当某项作业没有在设定的时间内完成时将不能进行下一项作业而报警；
(3)结束：当某单步作业没有按照规定时间完成而报警。
3.3.4 压力报警
(1)作业：当作业的压力不能达到或超过设定的报警值时而报警；
(2)影响：触摸屏显示 报警，主控柜报警声音输出。报警将停止作业的进程；
(3)复位：压力状态恢复正常后，按界面上的“复位”按钮，压力报警信号自动被清除，按启动顺序重新启动设备运行。
3.3.5 温度报警
(1)作业：当作业的温度不能达到或超过设定的报警值时而报警；
(2)影响：触摸屏显示 报警，主控柜报警声音输出。报警将停止作业的进程；
(3)复位：压力状态恢复正常后，按界面上的“复位”按钮，压力报警信号自动被清除。
3.3.6 变频器报警
(1)触发：当动力电机过载，触发变频器报警；
(2)处理：传送电机报警将停止单步的动作；
(3)复位：当过载保护信号及变频器故障信号均消失后，按下主控制柜上的复位按钮，传送电机报警被清除。
3.3.7 辅助系统故障
(1)触发：当蒸馏水系统，纯蒸汽发生系统，中间罐保温循环系统出现异常时而报警；
(2)影响：会影响灭菌步骤的进程；
(3)复位：排除相应的辅助系统的故障后消除；
4 项目运行
目前，本项目已经运行2年，经过不断的改进和不断的完善系统运行稳定、可靠。程序功能强大，画面操作友好、灵活、方便。获得我公司领导和生产部门管理人员的一致好评，深得现场操作人员的喜爱，也突破了药品生产中无菌制剂调配、灭菌、送液全部自动化的难题。我们虽然只是一个设备管理者，但是在国内现成案例，没有以往的经验，凭借我们对于生产工艺的了解和对控制器件的了解完成了全部设计和安装施工工作。下一步我们准备在增加生产设备时，对系统进行改造，引入在线检测仪器(把检测实验加到控制过程)和分布式i/o模块，使系统更加完善。
5 应用体会
我们是1982年就和日本大冢制药株式会社合资的企业。那时，随着引进的设备带来很多先进的控制器件和方式。其中plc、光电开关、限位开关、直流电源、接近开关、继电器大都欧姆龙的产品，使我们较早的接触到欧姆龙的控制器件，首先是尝试使用欧姆龙的器件对设备进行，先后用欧姆龙的控制器件改造了：捆包机；自动微孔检查机；自动装箱机；注塑成型机；双轴延伸瓶成型机；蒸馏水制造机等设备。直至到后来自己做系统的设计，也是大多选用欧姆龙的产品。
通过项目的实施和调试，对欧姆龙的控制系统有了更深层次的把握，对其模拟量单元和触摸屏的应用有了更深的认识。
(1)欧姆龙的控制系统功能强大，模块丰富，组态灵活，扩展方便；
(2)欧姆龙的编程软件包cx-one 2.0，结构化程序开发思想，多种编程语言选择，编程灵活，高效。便于上手；
(3)欧姆龙的触摸屏易于编程，修改便捷，画面也很丰富；
(4)欧姆龙的器件涵盖广泛，并不断的研发和升级，在普及性和高端性能都做得很好。
6 对欧姆龙的建议
在这个以前的改造和该项目的实施过程中，与欧姆龙公司的技术人员接触了几次，因此对欧姆龙公司有了更深的印象，提以下几点建议。
（1）就是产品手册的事情，我们原先都是拿着产品手册，对照进口设备学习选择器件的，那时我们的产品手册很多，并不断的更新版本，就连操作手册都是很容易得到，现在却不是很及时，或者说不容易。
（2）希望贵公司多开展一些产品大型巡演活动，像某些品牌的全国大型巡讲活动就很有影响力，这样便于更多人了解欧姆龙的产品。
（3）贵公司在网站建设上，希望将产品的介绍分类细化；产品的资料下载区也分类细化，并及时更新；将论坛的功能丰富并详细分类，可以设置一些小的奖品（如技术资料，光盘等）吸引网友的访问量。
（4）感觉培训的工作还需要把面做的广泛一点，在天津很少有正规的欧姆龙培训。可以效仿三菱那样在大城市或者发展快的城市建立一个培训的分支机构。
作者简介
刘义刚 男 现就职于中国大冢制药有限公司设备科，主要从事制药设备的技术支持，设备的设计制作、自动化改造。
参考文献（略）