一种自适应调节压力与温度的旋转式压片控制系统的制作方法

本发明涉及制药装备智能控制，具体为一种自适应调节压力与温度的旋转式压片控制系统。

背景技术：

1、在固体制剂生产过程中，旋转式压片机是将颗粒或粉末物料压制成型的核心设备，目前，针对物料的温度控制多局限于流化床干燥等前道工序，压片机本体内部通常缺乏对流转物料的直接物理温度干预手段，不同类型的片剂（如黏性较强的中药浸膏片、流动性好的西药结晶片、对热敏感的泡腾片）对加工环境的温度要求差异极大，物料进入压片机加料斗及模孔后，极易受环境温度漂移或高速机械摩擦生热的影响，单凭前道工序的初始温度难以维持物料在压制瞬间的物理稳定性，从而诱发粘冲、裂片等成型缺陷。

2、现有的压片压力控制逻辑通常将目标压力作为单一的静态变量进行设定，在实际连续生产中，物料的塑性、屈服强度和流动性会随着局部微环境温度的变化而发生改变，由于现有控制系统割裂了压力与温度的物理关联，当物料实际温度发生波动时，压片机只能依靠纯机械的压力闭环维持原设定值，无法根据温度引起的物料物理状态变化去实时、动态地计算并补偿成型压力，这导致系统在温度发生偏移的热滞后过渡期内，无法保证连续稳定的压片质量。

3、此外，当面临多品种换产或同品种不同批次原料的理化特性存在微小差异时，现有压片机的工艺参数设定高度依赖操作人员的经验，每次开机前需要耗费大量时间进行人工试压与离线检测反馈，且设备自身缺乏基于终端片剂成型硬度的闭环修正机制，无法对基准工艺参数进行自动演进与数据更新，导致设备换产调试周期长、首批开机物料废品率高。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种自适应调节压力与温度的旋转式压片控制系统，解决了现有压片机难以兼顾不同物料热敏特性、压力参数无法随温度漂移实时前馈补偿，以及高度依赖人工试压调试导致换产耗时与废品率高的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种自适应调节压力与温度的旋转式压片控制系统，旋转式压片控制系统应用于压片机，所述压片机具有下压轮架以及出片槽；所述旋转式压片控制系统包括：

3、操作输入终端、与所述操作输入终端连接的智能决策模块、加料斗、压片机转台、伺服电机调节机构以及下压轮压力传感器；

4、所述操作输入终端用于接收输入的片剂类型标识码，并将所述片剂类型标识码传输至所述智能决策模块；

5、所述智能决策模块内置片剂类型数据库，所述片剂类型数据库内存储有工艺参数向量组，所述工艺参数向量组包含基准压力设定值、基准温度设定值、压力-温度耦合系数、压力允许波动阈值以及温度允许波动阈值；所述压力-温度耦合系数设定为温度变化量与物料成型所需压力补偿量之间的换算常数；

6、所述加料斗的底部布置有第一红外温度传感器，所述加料斗的外壁贴附有半导体控温带；所述第一红外温度传感器用于采集物料处于所述加料斗内时的第一实际温度，并将所述第一实际温度发送至所述智能决策模块；所述智能决策模块用于根据所述第一实际温度与所述基准温度设定值控制所述半导体控温带对所述加料斗进行加热、制冷或停止工作；

7、所述压片机转台具有转台模孔；所述转台模孔的上方布置有第二红外温度传感器，所述转台模孔的下方连接有环形风刀；所述第二红外温度传感器用于采集所述转台模孔内物料的第二实际温度，并将所述第二实际温度持续输入所述智能决策模块；所述智能决策模块用于根据所述第二实际温度与所述基准温度设定值控制所述环形风刀向所述转台模孔底部区域注入恒温压缩空气或停止注入所述恒温压缩空气；

8、所述下压轮压力传感器连接于所述下压轮架的端部，所述下压轮压力传感器用于获取压片工位的实际压片压力，并将所述实际压片压力反馈至所述智能决策模块；

9、所述智能决策模块内置压力前馈补偿算法程序，所述智能决策模块执行所述压力前馈补偿算法程序，根据所述第二实际温度计算实时目标调节压力；所述智能决策模块将所述实时目标调节压力转换为电机驱动信号，并将所述电机驱动信号发送至所述伺服电机调节机构；所述伺服电机调节机构根据所述电机驱动信号带动所述下压轮架进行高度位移，以调节所述实际压片压力。

10、优选的，所述智能决策模块将所述第一实际温度与所述基准温度设定值和所述温度允许波动阈值进行比对：

11、当所述第一实际温度小于所述基准温度设定值与所述温度允许波动阈值的差值时，所述智能决策模块向所述半导体控温带输出加热脉宽调制信号；

12、当所述第一实际温度大于所述基准温度设定值与所述温度允许波动阈值的和值时，所述智能决策模块向所述半导体控温带输出制冷脉宽调制信号；

13、当所述第一实际温度大于或等于所述基准温度设定值与所述温度允许波动阈值的差值且小于或等于所述基准温度设定值与所述温度允许波动阈值的和值时，所述智能决策模块停止向所述半导体控温带输出脉宽调制信号，使得所述半导体控温带响应所述加热脉宽调制信号对所述加料斗进行加热，响应所述制冷脉宽调制信号对所述加料斗进行制冷，或在停止接收所述脉宽调制信号时停止工作。

14、优选的，所述压片机转台具有非工作区域，所述非工作区域布置有电加热预热单元；

15、所述智能决策模块在物料进入所述转台模孔前发出启动指令至所述电加热预热单元；

16、所述第二红外温度传感器用于采集所述转台模孔的实际表面温度，当所述实际表面温度大于或等于所述基准温度设定值时，所述智能决策模块关闭所述电加热预热单元。

17、优选的，所述智能决策模块计算所述第二实际温度与所述基准温度设定值的差值绝对值：

18、当所述差值绝对值大于所述温度允许波动阈值时，所述智能决策模块输出开启指令至所述环形风刀，控制所述环形风刀向所述转台模孔底部区域注入温度等同于所述基准温度设定值的恒温压缩空气；

19、当所述差值绝对值小于或等于所述温度允许波动阈值时，所述智能决策模块控制所述环形风刀停止注入所述恒温压缩空气。

20、优选的，所述智能决策模块内预设有动态压力修正偏置量，且所述动态压力修正偏置量的初始值为零；

21、所述智能决策模块用于计算生成补偿计算项，所述补偿计算项设定为所述压力-温度耦合系数与实际温度偏差项乘积的相反数，所述实际温度偏差项为所述第二实际温度与所述基准温度设定值的差值；

22、所述实时目标调节压力等于所述基准压力设定值、所述补偿计算项与所述动态压力修正偏置量的数值加和。

23、优选的，所述智能决策模块计算所述实际压片压力与所述实时目标调节压力的压差绝对值，并将所述压差绝对值与所述工艺参数向量组中的所述压力允许波动阈值进行数值比对：

24、当所述压差绝对值小于或等于所述压力允许波动阈值时，所述智能决策模块判定当前补偿周期的压力调节动作完成，并维持所述伺服电机调节机构的当前位置状态；

25、当所述压差绝对值大于所述压力允许波动阈值时，所述智能决策模块持续输出更新后的所述电机驱动信号至所述伺服电机调节机构，直至所述压差绝对值小于或等于所述压力允许波动阈值。

26、优选的，所述工艺参数向量组还包含预设的基准片剂硬度；所述旋转式压片控制系统还包括片剂质量在线检测模块；

27、所述片剂质量在线检测模块布置于所述出片槽的末端，所述片剂质量在线检测模块用于测定所述出片槽排出的片剂的实际成型硬度，并将所述实际成型硬度回传至所述智能决策模块；

28、所述智能决策模块接收所述实际成型硬度并计算所述工艺参数向量组中的所述基准片剂硬度与所述实际成型硬度的差值；

29、所述智能决策模块内预设有增益转换函数，所述智能决策模块根据所述增益转换函数将计算出的所述差值转换为单次压力偏置量，并将原有的所述动态压力修正偏置量与所述单次压力偏置量进行数值加和生成新的偏置量，以替换原有的所述动态压力修正偏置量，其中所述增益转换函数设定为将硬度单位映射为压力调节单位的比例增益系数；

30、替换后的所述动态压力修正偏置量参与下一次实时目标调节压力的计算过程。

31、优选的，所述智能决策模块包括自学习优化单元；

32、在生产过程无预警信号触发且所述实际成型硬度处于合格范围内的预设时间周期内，所述自学习优化单元存储所述实际压片压力的测定序列并求取压力平均值，同时存储所述第二实际温度的测定序列并求取温度平均值；

33、所述自学习优化单元将所述压力平均值写入所述片剂类型数据库并替换对应的所述基准压力设定值；所述自学习优化单元将所述温度平均值写入所述片剂类型数据库并替换对应的所述基准温度设定值。

34、优选的，当所述智能决策模块接收到通过所述操作输入终端输入的人工修正数值时，所述智能决策模块将所述人工修正数值一并存入所述片剂类型数据库以更新对应片剂类型标识码的工艺参数向量组，其中所述人工修正数值包括人工压力修正值或人工温度修正值。

35、优选的，一种自适应调节压力与温度的旋转式压片控制方法，包括：

36、所述操作输入终端获取待加工物料的片剂类型标识码，并将所述片剂类型标识码传输至所述智能决策模块；

37、所述智能决策模块以所述片剂类型标识码为索引读取所述片剂类型数据库，并从所述片剂类型数据库中调取与所述片剂类型标识码匹配的工艺参数向量组；

38、所述智能决策模块将所述工艺参数向量组载入所述智能决策模块中作为当前批次物料加工的控制参数基准，以执行对所述加料斗以及所述压片机转台的多级温度物理调控，并基于所述压力前馈补偿算法程序执行前馈补偿控制。

39、本发明提供了一种自适应调节压力与温度的旋转式压片控制系统。具备以下有益效果：

40、1.本发明的旋转式压片控制系统中，由于半导体控温带贴附于加料斗外壁，且转台模孔下方连接有环形风刀，使得系统能够实现多级的物理调温，智能决策模块控制半导体控温带对加料斗进行加热、制冷或停止工作，并控制环形风刀向转台模孔底部区域注入温度等同于基准温度设定值的恒温压缩空气，能够针对不同片剂物料的物理特性在压片前后实施精准的温度干预，有效降低了因物料温度不适引起的粘冲或裂片废品率。

41、2.本发明通过智能决策模块内置压力前馈补偿算法程序，智能决策模块执行压力前馈补偿算法程序以计算实时目标调节压力，该实时目标调节压力等于基准压力设定值、补偿计算项与动态压力修正偏置量的数值加和，随后伺服电机调节机构根据电机驱动信号带动下压轮架进行高度位移，以调节实际压片压力，利用伺服电机的快速响应来弥补物理调温过程中的热滞后，确保在物料温度波动的过渡期内也能通过压力的实时动态补偿产出合格片剂，保证了控制过程的连续性。

42、3.本发明具备质量闭环与参数演进能力，片剂质量在线检测模块测定出片槽排出的片剂的实际成型硬度，系统生成新的偏置量，以替换原有的动态压力修正偏置量，替换后的动态压力修正偏置量参与下一次实时目标调节压力的计算过程，此外自学习优化单元将压力平均值写入片剂类型数据库并替换对应的基准压力设定值，使设备能够根据终端成型质量自动修正底层工艺参数，克服了不同批次原料物理差异带来的影响，避免了人工反复试压的换产耗时问题。