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案例頻道一、概述
當前正逢制藥廠對一批控制系統改造，加上一些新擴建的工業生產項目，形成了對DCS控制系統的較大需求。正是在這一背景下，104車間對青霉素發酵裝置的原有控制系統進行改造，該項目完整地體現了SmartPro集散控制系統應用于發酵工藝的各方面優勢。本論文結合104車間發酵工藝原有控制系統改造，闡述了SmartPro集散控制系統的硬件配置、軟件功能、主要控制方案及數據優化。
二、原有控制系統存在的問題
104車間發酵工藝原有控制系統采用電Ⅲ型儀表加數據采集系統，該系統主要存在以下三個問題：
①、 系統運行不穩定。主要表現在經常出現大面積停電的現象，問題的原因屬設計缺陷。
②、 控制精度欠佳。主要表現在發酵溫度和PH值。
③、 系統未能實現優化控制。
基于以上原因，中潤制藥廠決定對原有控制系統進行改造。在進行了充分調研的基礎上，綜合系統的穩定性、先進性、靈活性和性價比之后決定用和利時公司研制的MACS SmartPro集散控制系統對原有控制系統進行改造。
三、系統的實現
⒈ 系統簡介
SmartPro基于開放的現場總線Profibus DP標準，是功能完全分散的全數字化系統，控制方案和設備組態可以通過工程師站編輯并下裝，具有控制精確、實時、高效；系統安全、穩定、可靠；控制組態靈活；易于用戶接受掌握；擴展性好和性能價格比高等優點。SmartPro采用Windows NT網絡操作系統，采用分布式數據庫結構，服務器采用動態容錯技術，系統網絡采用100Mbps高速冗余以太網，控制器 、I/O、I/O server和操作站全面實現冗余。現場控制站采用實時嵌入式操作系統，支持TCP/IP協議，完成現場數據的轉換、處理和控制功能。現場I/O模塊為帶微處理器的智能模塊，實現對現場數據的采集、處理等功能。
⒉ 硬件配置
① 智能I/O模塊
② 冗余主控單元
③ 冗余100Mbps高速以太網絡
④ 冗余操作站
⑤ 操作臺和打印機
⒊ 應用軟件
① SmartPro人機界面軟件軟件
負責系統的在線監視、操作、控制、調試、維護和數據優化。
② ConMaker控制器軟件
負責現場控制程序的生成和維護
③ ConRTS現場控制器運行軟件
負責系統控制器控制程序的運行
⒋ 主要控制方案
4.1 概述
青霉素發酵為二級發酵，發酵大罐和種子罐。發酵工藝的主要控制對象是由種子罐、發酵罐和補料系統三大部分組成。控制系統要完成對所有相關點的數據采集和控制、數據優化、實現順序邏輯控制、進行圖形的顯示、切換、打印報表、紀錄歷史趨勢及輸出報警信息等一系列功能。
發酵崗位控制系統分為四部分：
1）大罐發酵控制系統
2）種子罐發酵控制系統
3）交替補料控制系統
4）數據優化
4.2 大罐發酵控制系統
4.2.1 發酵大罐的檢測點
<1>發酵溫度、消毒溫度
<2>流量檢測
<3>罐壓檢測
<4> PH檢測
<5> DO 檢測
<6>液位檢測
4.2.2 控制點
<1>發酵溫度控制
<2>自動補料
4.2.3 發酵大罐控制回路
① 發酵大罐發酵溫度控制：
控制要求：
控制點位 28 ℃
.量程為0-150℃，誤差范圍±0.5℃；
.報警為上，下限報警；
.控制參數可以在線修改；
.控制方式為 PID 控制；
.消毒溫度保留歷史趨勢，每分鐘保存1次；
.發酵周期累計，可以在線修改發酵周期。
② 發酵罐補料控制系統
每一種料需要一個計量罐，一個進料閥，一個放料閥，一個檢測電極。
發酵罐補料采用小計量罐自動補料控制系統，補料原理如下：
a. 補料控制機理：
以打開進料閥開始進料作為補料過程的開始，待物料上升接觸電極，關閉進料電磁閥并等待補料指令到來，接受到補料指令開放料電磁閥，放料時間結束，關放料電磁閥停止放料，同時開進料電磁閥進料，如此周而復始。
b.補料進放料時間的確定
Ｔ為加料周期，放料時間工藝確定為14秒，Ｔ-14秒為進料和等待時間
c.計量方法：
累計補料量為放料閥動作次數乘上計量罐體積
d.補料周期的計算：
T=3600/（m/g）
T 為大周期，M 為每小時補料量，G 為每次補料量
e.補料控制要求：
.補加的料能夠顯示累加；
.能夠在線修改補料參數；
.能夠進行物料報警，報警要有聲音輸出；
.在線開關補料啟動開關。
4.2.4 發酵大罐檢測部分
① 發酵大罐進氣流量檢測
控制要求：
.發酵大罐空氣管道流量檢測采用渦節流量計，并能進行上下限報警，當流量突然下跌到某個數值時，應進行報警，通知工藝人員可能逃液；
.歷史數據每分鐘保存一次。
② 發酵大罐 PH 檢測
發酵罐 PH 檢測，采用梅特勒公司的電極，變送器，能耐高溫消毒.通過檢測PH，控制氨水補加量。
控制要求：
.PH 報警為上下限報警；
.歷史數據每分保存一次。
③ 發酵大罐 DO 檢測
發酵罐 DO 檢測，采用梅特勒公司的電極，變送器，能耐高溫消毒。
控制要求：
.DO 報警為上下限報警；
.歷史數據每分保存一次。
④發酵罐液位檢測
控制要求：
.液位報警為上限報警；
.歷史數據每分保存一次。
4.3 種子罐控制系統
4.3.1 種子罐檢測點
種子罐檢測點有：
<1>發酵溫度，消毒溫度
<2>流量檢測
<3>罐壓檢測
<4>PH檢測
<5>DO檢測
4.3.2 種子罐控制點
種子罐控制點有：
<1>發酵溫度控制
4.3.3 種子罐的控制回路
① 種子罐溫度自動控制：
發酵小罐由于體積小，溫度波動較大，一般前期加熱水保溫，后期加冷水冷卻要實現溫度自動控制，必須有冷熱水自動轉換裝置。計算機根據事先設置的上限、下限值，超過上限加冷水，低于下限加熱水，在上、下限之間按 PID 算法，間歇開通進水閥門，開通時間 t 由PID算法決定其 T 周期可人工設定。
控制精度可保證在±0.5 ℃之間。
4.3.4 種子罐檢測部分
① 種子罐進氣流量檢測
控制要求：
.種子罐空氣管道流量檢測采用渦節流量計，并能進行上下限報警；
.歷史數據每分鐘保存一次。
② 種子罐 PH 檢測
種子罐 PH 檢測，采用梅特勒公司的電極，變送器，能耐高溫消毒。
控制要求：
.PH 報警為上下限報警；
.歷史數據每分保存一次。
③ 種子罐 DO 檢測
種子罐 DO 檢測，采用梅特勒公司的電極，變送器，能耐高溫消毒。
控制要求：
.DO 報警為上下限報警；
.歷史數據每分保存一次。
④種子罐液位檢測
控制要求：
.液位報警為上限報警；
.歷史數據每分保存一次。
4.4 交替補料控制
4.4.1 控制原理
補料罐液位采用上電極和下電極，當液位低于下電極時，計算機關閉進氣閥和放料閥，打開排氣閥和進料閥。當液位接觸上電極時，關進料閥和排氣閥，打開進氣閥和放料閥。
4.4.2 補料控制要求
.補加的料能夠顯示累加；
.能夠在線修改補料參數；
.能夠進行物料報警，報警要有聲音輸出。
4.5 數據優化
FacView軟件提供了動態數據交換（DDE）功能，利用動態數據交換（DDE）功能，FacView作為DDE服務器，通過網絡數據通訊，將控制系統檢測的現場工藝數據實時傳送到優化程序中進行數據優化，并將優化后的計算結果實時傳送到調節回路中進行控制。
⒌ 應用效果
和利時公司研制的MACS SmartPro控制系統投用后，系統的功能滿足了用戶的要求。系統投用半年來，控制系統運行穩定可靠，控制精度高，尤其是在投用了優化程序以后，該車間的經濟效益顯著提高，該系統深得用戶的好評。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號