現(xiàn)場(chǎng)總線在東北制藥總廠VC車間二級(jí)種子罐控制系統(tǒng)

一、方案背景

東藥萬噸VC生產(chǎn)過程采用了二步發(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)酵過程中需依介質(zhì)的氫離子濃度和溶氧量調(diào)節(jié)菌種的生理狀態(tài)、數(shù)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(duì)三級(jí)，四級(jí)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(duì)工作人員的自身素質(zhì)和責(zé)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)，來保證新的工藝過程能平穩(wěn)高效地運(yùn)行。為此，我們采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)二級(jí)種子罐的控制系統(tǒng)進(jìn)行試點(diǎn)改造，實(shí)現(xiàn)溫度、壓力、流量和PH值等參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)和控制，該系統(tǒng)改造成功后，可推廣應(yīng)用到其它的種子罐和發(fā)酵罐，從而提高整個(gè)VC生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

整個(gè)項(xiàng)目主要包括以下內(nèi)容：

選一個(gè)二級(jí)種子罐進(jìn)行控制系統(tǒng)改造，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)罐內(nèi)溫度、壓力通氣量的自動(dòng)控制以及PH值的自動(dòng)連續(xù)檢測(cè)，在此基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)種子罐的生化反應(yīng)過程的最優(yōu)控制。控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示：

由于采用了現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，主要的控制功能都分散到了底層的儀表之中，計(jì)算機(jī)只用于控制組態(tài)、生產(chǎn)過程監(jiān)視和控制參數(shù)修改，其結(jié)構(gòu)如圖所示：

(1)生產(chǎn)過程簡(jiǎn)述

由于種子罐在發(fā)酵過程中需依介質(zhì)的氫離子濃度和溶氧量調(diào)節(jié)菌種的生理狀態(tài)、數(shù)量及比例。所以，罐中的發(fā)酵溫度，罐內(nèi)壓力，壓縮空氣的流量及菌種的PH值都要嚴(yán)格的保持在一定范圍內(nèi)，而在發(fā)酵的過程中由于菌種產(chǎn)生熱量，所以罐內(nèi)的溫度將會(huì)有所上升，這樣，要通過開大閥門來加大冷水的流量使其溫度保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。而整個(gè)發(fā)酵過程的完成是要通過技術(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進(jìn)行化驗(yàn)，來確定發(fā)酵是否達(dá)到規(guī)定指標(biāo)，達(dá)到要求之后，發(fā)酵過程結(jié)束。

(2)控制系統(tǒng)任務(wù)

對(duì)一個(gè)二級(jí)種子罐進(jìn)行控制系統(tǒng)改造，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)罐內(nèi)溫度、罐內(nèi)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(xù)檢測(cè)。

(3)系統(tǒng)信號(hào)采集和輸出方式

二級(jí)種子罐控制系統(tǒng)涉及四個(gè)輸入?yún)?shù)，三個(gè)輸出參數(shù)。四個(gè)輸入?yún)?shù)分別為種子罐的罐內(nèi)溫度、罐內(nèi)壓力、壓縮空氣的流量及發(fā)酵反應(yīng)中物料的PH值。三個(gè)輸出參數(shù)用于控制三個(gè)閥門的開度，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(xiàn)場(chǎng)信號(hào)檢測(cè)與控制采用現(xiàn)場(chǎng)總線儀表，其中TT302是美國SMAR 公司的現(xiàn)場(chǎng)總線智能溫度變送器，用于檢測(cè)罐內(nèi)溫度，罐內(nèi)溫度正常范圍為29-30度;LD302是美國SMAR公司的現(xiàn)場(chǎng)總線智能壓力變送器，用于檢測(cè)罐內(nèi)壓力，罐內(nèi)壓力正常范圍是0.02-0.05mpa;FY032是美國SMAR公司的現(xiàn)場(chǎng)總線智能閥門定位器，通過FISHEER公司的三個(gè)閥門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(jì)采用上海橫河電機(jī)有限公司的渦街流量計(jì)，輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的4-20ma電流信號(hào)，用于檢測(cè)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(jì)選用METTLER公司生產(chǎn)的PH測(cè)量?jī)x表，輸出信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)的4-20ma 電流信號(hào)。IF302是美國SMAR公司生產(chǎn)的4-20ma/現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換器，他可以將標(biāo)準(zhǔn)的4-20ma電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的FF現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)，流量及 PH信號(hào)通過IF302直接轉(zhuǎn)換成FF現(xiàn)場(chǎng)總線信號(hào)。

二級(jí)種子罐控制系統(tǒng)涉及三個(gè)控制回路，回路均采用PID調(diào)節(jié)控制。

三、上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在控制室中通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測(cè)，完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、顯示、報(bào)警、打印和數(shù)據(jù)管理。這一功能是由博微公司自行研究開發(fā)的HMI軟件—— NCS-SIAView完成的。SIAVIEW是用戶生成動(dòng)態(tài)生產(chǎn)過程流程圖的一個(gè)集成開發(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(qiáng)大的實(shí)用工具。其主要特點(diǎn)有：

·支持OPC規(guī)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(duì)象圖形庫

·具有快速圖形動(dòng)畫功能

·支持Internet連接

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能特點(diǎn)：

·動(dòng)靜流程畫面的布局設(shè)計(jì)。豐富的Active X控件支持多領(lǐng)域的 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。

·實(shí)時(shí)過程顯示，實(shí)時(shí)報(bào)警顯示和管理，直觀的趨勢(shì)顯示。

·高效的、基于多任務(wù)的OPC內(nèi)部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫引擎，既可以保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的快捷，又可以向支持OPC規(guī)范的多種系統(tǒng)開放。

·超大容量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)記錄和歷史記錄查詢與統(tǒng)計(jì)的功能。

·完善的權(quán)限和安全管理機(jī)制。