基金會現(xiàn)場總線FF技術(shù)在二級種子罐控制系統(tǒng)的應(yīng)用

　　一．概述

　　東北制藥總廠生產(chǎn)的Vc一直是我國重要的出口創(chuàng)匯產(chǎn)品，產(chǎn)品銷往美、歐。多年來為國家創(chuàng)造了巨額外匯，為遼寧的經(jīng)濟(jì)騰飛做出了貢獻(xiàn)，但96年起，市場發(fā)生了突然變化，以羅氏為首的西方大公司聯(lián)手控制市場，大幅降低銷價，降幅近70%。我國維生素C產(chǎn)業(yè)發(fā)展嚴(yán)重受阻，企業(yè)的生存受到威脅。為擺脫困境，重振企業(yè)，東北制藥總廠采用Vc二步發(fā)酵轉(zhuǎn)化技術(shù)對生產(chǎn)工藝加以改進(jìn)，使VC的總收率由51%提高至60%，成本下降41%，產(chǎn)量增至11500噸，有力地提高了產(chǎn)品在國際市場的競爭力。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，對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)場總線技術(shù)對二級種子罐的控制系統(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)的自動檢測和優(yōu)化控制，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VC生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力?！　?BR>　　對系統(tǒng)進(jìn)行選型設(shè)計時，鑒于本項目需要對溫度、壓力、流量和PH值等參數(shù)進(jìn)行精確的自動檢測和優(yōu)化控制，有一定的復(fù)雜性，常規(guī)的儀表難以勝任，而采用基于工業(yè)PC的PC-Based系統(tǒng)，其安全可靠性難以保障，DCS系統(tǒng)卻因其價格昂貴，不利于應(yīng)用在中小型系統(tǒng)上，PLC系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能齊全、速度快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但其每一個檢測或控制點(diǎn)都需要一對信號線接入相應(yīng)PLC控制模塊，系統(tǒng)布線較多，安裝及維護(hù)成本較高，而選擇基金會現(xiàn)場總線（FoundationFieldbus，簡稱FF）系統(tǒng)，則能較好的解決上述問題。

　　FF現(xiàn)場總線是儀表及過程控制領(lǐng)域向數(shù)字化通訊的轉(zhuǎn)變，與其他的通訊協(xié)議不同之處在于：FF現(xiàn)場總線旨在提供整個過程控制領(lǐng)域的應(yīng)用解決方案，而不僅僅是數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字化，是一種全數(shù)字化、串行、雙向的通訊系統(tǒng)，將各種現(xiàn)場設(shè)備（傳感器、執(zhí)行器、控制器等）連接在一起，通過使用“功能塊（FunctionBlock）”實(shí)現(xiàn)控制策略。


　　功能塊的這種一致的、面向“塊”的設(shè)計使得來自不同生產(chǎn)廠商的設(shè)備可以無縫的集成在一起，共同完成分布式控制功能，控制功能的分布（分布到現(xiàn)場設(shè)備中）可以減少I/O設(shè)備、控制設(shè)備的數(shù)量（例如，卡件、機(jī)柜、電源等）。FF現(xiàn)場總線允許在一條雙絞線上連接若干設(shè)備，這條雙絞線就是現(xiàn)場總線。這種連接方式減少了連線的數(shù)量，使得使用的線纜、安全柵、安裝盒數(shù)量大大減少，易于安裝和維護(hù)，使施工費(fèi)用、電纜費(fèi)用、調(diào)試和維修成本節(jié)省40%之多。FF現(xiàn)場總線技術(shù)增加了數(shù)據(jù)的分辨率，減少失真（沒有A/D或D/A轉(zhuǎn)換），這樣就使控制更加可靠。帶微處理器的FF現(xiàn)場總線設(shè)備所提供的自測試功能和通信功能大大減少了現(xiàn)場停車時間，增加生產(chǎn)現(xiàn)場的安全性，一旦監(jiān)測到異常情況，或者需要進(jìn)行于預(yù)防性維護(hù)，現(xiàn)場操作元及管理人員就可以被及時通知。所有這些FF現(xiàn)場總線所帶來的好處歸結(jié)起來，為我們提供了一種更高性能、更少損失的控制系統(tǒng)。反應(yīng)容器自動控制系統(tǒng)選型時，F(xiàn)F現(xiàn)場總線作為高檔系統(tǒng)配置，不失為一種優(yōu)秀的解決方案。

　　DCS/PLC于FCS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較：

　　DCS是基于模擬儀表的控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場控制站與儀表間通過一對一的方式，實(shí)現(xiàn)單向的模擬信號傳輸，易造成大量的導(dǎo)線消耗和繁重的維護(hù)量。

　　FCS是基于現(xiàn)場總線的分布式控制系統(tǒng)。它將控制任務(wù)下放至本地儀表，危險徹底分散，加強(qiáng)系統(tǒng)的自主能力；儀表與控制系統(tǒng)間通過總線，采用一對多的方式，實(shí)現(xiàn)雙向的、全數(shù)字信號通訊。FCS具有對量程和零點(diǎn)進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)定和超強(qiáng)的自診斷能力。

二．工藝過程

　　東藥萬噸VC生產(chǎn)過程采用了二步發(fā)酵新工藝，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。經(jīng)實(shí)驗測量，Vc二步混菌發(fā)酵中氧化葡萄糖酸桿菌和巨大芽孢桿菌的相互作用及其變化特性與二混菌發(fā)酵不同階段的環(huán)境狀態(tài)有關(guān)，菌種在溫度范圍為29-30度、壓縮空氣流量范圍為175-185每小時立方米、　壓力范圍是0.02-0.05Mpa條件下最為活躍，故通過對二級種子罐罐內(nèi)溫度、罐內(nèi)壓力、壓縮空氣通氣量的調(diào)節(jié)，為菌種提供適宜的生化反應(yīng)環(huán)境，提高反應(yīng)效率，減低物耗與能耗，降低生產(chǎn)成本。

　　我們在選用的二級種子罐上，采用現(xiàn)場總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測和對三個控制回路的控制，實(shí)現(xiàn)罐內(nèi)溫度、罐內(nèi)壓力、壓縮空氣通氣量的自動控制以及PH值的自動連續(xù)檢測，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，同時結(jié)合我們開發(fā)的FF全分布式控制系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)二級種子罐的計算機(jī)自動監(jiān)控，為整個VC車間的自動控制系統(tǒng)提供解決方案。