現場(chǎng)總線(xiàn)在東北制藥總廠(chǎng)VC車(chē)間二級種子罐控制系統

一、方案背景

東藥萬(wàn)噸VC生產(chǎn)過(guò)程采用了二步發(fā)酵新工藝，可使VC的收率提高5%。該新工藝保留了原工藝的主要特色，但在發(fā)酵過(guò)程中需依介質(zhì)的氫離子濃度和溶氧量調節菌種的生理狀態(tài)、數量及比例。操作難度加大，一旦發(fā)生誤操作不僅整罐的種子全部廢掉，而且，還會(huì )對三級，四級種子罐產(chǎn)生影響，從而加大了原料成本，降低了種子罐的工作效率，所以對工作人員的自身素質(zhì)和責任心要求很高。為充分發(fā)揮該新工藝的效率，在生產(chǎn)中急需采用先進(jìn)的控制策略和控制技術(shù)，來(lái)保證新的工藝過(guò)程能平穩高效地運行。為此，我們采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)對二級種子罐的控制系統進(jìn)行試點(diǎn)改造，實(shí)現溫度、壓力、流量和PH值等參數的自動(dòng)檢測和控制，該系統改造成功后，可推廣應用到其它的種子罐和發(fā)酵罐，從而提高整個(gè)VC生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)能力。

二、系統設計方案

整個(gè)項目主要包括以下內容：

選一個(gè)二級種子罐進(jìn)行控制系統改造，采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現罐內溫度、壓力通氣量的自動(dòng)控制以及PH值的自動(dòng)連續檢測，在此基礎之上，實(shí)現種子罐的生化反應過(guò)程的最優(yōu)控制。控制系統的硬件結構如圖所示：

由于采用了現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，主要的控制功能都分散到了底層的儀表之中，計算機只用于控制組態(tài)、生產(chǎn)過(guò)程監視和控制參數修改，其結構如圖所示：

(1)生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)述

由于種子罐在發(fā)酵過(guò)程中需依介質(zhì)的氫離子濃度和溶氧量調節菌種的生理狀態(tài)、數量及比例。所以，罐中的發(fā)酵溫度，罐內壓力，壓縮空氣的流量及菌種的PH值都要嚴格的保持在一定范圍內，而在發(fā)酵的過(guò)程中由于菌種產(chǎn)生熱量，所以罐內的溫度將會(huì )有所上升，這樣，要通過(guò)開(kāi)大閥門(mén)來(lái)加大冷水的流量使其溫度保持在規定的范圍內。而整個(gè)發(fā)酵過(guò)程的完成是要通過(guò)技術(shù)人員在發(fā)酵進(jìn)行一段時(shí)間后從罐中提取一些樣品來(lái)進(jìn)行化驗，來(lái)確定發(fā)酵是否達到規定指標，達到要求之后，發(fā)酵過(guò)程結束。

(2)控制系統任務(wù)

對一個(gè)二級種子罐進(jìn)行控制系統改造，采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現罐內溫度、罐內壓力、壓縮空氣通氣量的自動(dòng)控制以及PH值的自動(dòng)連續檢測。

(3)系統信號采集和輸出方式

二級種子罐控制系統涉及四個(gè)輸入參數，三個(gè)輸出參數。四個(gè)輸入參數分別為種子罐的罐內溫度、罐內壓力、壓縮空氣的流量及發(fā)酵反應中物料的PH值。三個(gè)輸出參數用于控制三個(gè)閥門(mén)的開(kāi)度，即種子罐的排氣閥、壓縮空氣的進(jìn)氣閥、冷卻水的進(jìn)水閥?，F場(chǎng)信號檢測與控制采用現場(chǎng)總線(xiàn)儀表，其中TT302是美國SMAR 公司的現場(chǎng)總線(xiàn)智能溫度變送器，用于檢測罐內溫度，罐內溫度正常范圍為29-30度;LD302是美國SMAR公司的現場(chǎng)總線(xiàn)智能壓力變送器，用于檢測罐內壓力，罐內壓力正常范圍是0.02-0.05mpa;FY032是美國SMAR公司的現場(chǎng)總線(xiàn)智能閥門(mén)定位器，通過(guò)FISHEER公司的三個(gè)閥門(mén)控制種子罐的排氣量、壓縮空氣的進(jìn)入量、冷卻水的進(jìn)入量。流量計采用上海橫河電機有限公司的渦街流量計，輸出信號為標準的4-20ma電流信號，用于檢測種子罐壓縮空氣的進(jìn)入量，壓縮空氣流量正常范圍為175-185每小時(shí)立方米;PH計選用METTLER公司生產(chǎn)的PH測量?jì)x表，輸出信號為標準的4-20ma 電流信號。IF302是美國SMAR公司生產(chǎn)的4-20ma/現場(chǎng)總線(xiàn)轉換器，他可以將標準的4-20ma電流信號轉換為標準的FF現場(chǎng)總線(xiàn)信號，流量及 PH信號通過(guò)IF302直接轉換成FF現場(chǎng)總線(xiàn)信號。

二級種子罐控制系統涉及三個(gè)控制回路，回路均采用PID調節控制。

三、上位機監控系統設計

在控制室中通過(guò)一臺計算機實(shí)時(shí)對現場(chǎng)生產(chǎn)參數監測，完成生產(chǎn)數據的采集、顯示、報警、打印和數據管理。這一功能是由博微公司自行研究開(kāi)發(fā)的HMI軟件—— NCS-SIAView完成的。SIAVIEW是用戶(hù)生成動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過(guò)程流程圖的一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，全面支持OPC和Activex控件，是一個(gè)操作簡(jiǎn)單、功能強大的實(shí)用工具。其主要特點(diǎn)有：

·支持OPC規范1.0及2.0

·是Activex容器，可集成第二方Activex控件

·豐富的工業(yè)對象圖形庫

·具有快速圖形動(dòng)畫(huà)功能

·支持Internet連接

監測系統的主要功能特點(diǎn)：

·動(dòng)靜流程畫(huà)面的布局設計。豐富的Active X控件支持多領(lǐng)域的 應用系統開(kāi)發(fā)。

·實(shí)時(shí)過(guò)程顯示，實(shí)時(shí)報警顯示和管理，直觀(guān)的趨勢顯示。

·高效的、基于多任務(wù)的OPC內部實(shí)時(shí)數據庫引擎，既可以保證系統實(shí)時(shí)數據采集的快捷，又可以向支持OPC規范的多種系統開(kāi)放。

·超大容量的實(shí)時(shí)數據記錄和歷史記錄查詢(xún)與統計的功能。

·完善的權限和安全管理機制。