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(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，實現(xiàn)溫度、壓力、流量和PH值等參數(shù)的自動檢測和控制，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VC生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力。

二、系統(tǒng)設(shè)計方案

整個項目主要包括以下內(nèi)容：

選一個二級種子罐進(jìn)行控制系統(tǒng)改造，采用現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)罐內(nèi)溫度、壓力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，實現(xiàn)種子罐的生化反應(yīng)過程的最優(yōu)控制?？刂葡到y(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示：

由于采用了現(xiàn)場總線技術(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)行一段時間后從罐中提取一些樣品來進(jìn)行化驗，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)

對一個二級種子罐進(jìn)行控制系統(tǒng)改造，采用現(xiàn)場總線技術(shù)實現(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。

(3)系統(tǒng)信號采集和輸出方式

二級種子罐控制系統(tǒng)涉及四個輸入?yún)?shù)，三個輸出參數(shù)。四個輸入?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。三個輸出參數(shù)用于控制三個閥門的開度，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)場信號檢測與控制采用現(xiàn)場總線儀表，其中TT302是美國SMAR 公司的現(xiàn)場總線智能溫度變送器，用于檢測罐內(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)場總線智能壓力變送器，用于檢測罐內(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)場總線智能閥門定位器，通過FISHEER公司的三個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。流量計采用上海橫河電機(jī)有限公司的渦街流量計，輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)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每小時立方米;PH計選用METTLER公司生產(chǎn)的PH測量儀表，輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)的4-20ma 電流信號。IF302是美國SMAR公司生產(chǎn)的4-20ma/現(xiàn)場總線轉(zhuǎn)換器，他可以將標(biāo)準(zhǔn)的4-20ma電流信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的FF現(xiàn)場總線信號，流量及 PH信號通過IF302直接轉(zhuǎn)換成FF現(xiàn)場總線信號。

二級種子罐控制系統(tǒng)涉及三個控制回路，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

在控制室中通過一臺計算機(jī)實時對現(xiàn)場生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)測，完成生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集、顯示、報警、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是用戶生成動態(tài)生產(chǎn)過程流程圖的一個集成開發(fā)環(huán)境，全面支持OPC和Activex控件，是一個操作簡單、功能強(qiáng)大的實用工具。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)對象圖形庫

·具有快速圖形動畫功能

·支持Internet連接

監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能特點(diǎn)：

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

·實時過程顯示，實時報警顯示和管理，直觀的趨勢顯示。

·高效的、基于多任務(wù)的OPC內(nèi)部實時數(shù)據(jù)庫引擎，既可以保證系統(tǒng)實時數(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。

·超大容量的實時數(shù)據(jù)記錄和歷史記錄查詢與統(tǒng)計的功能。

·完善的權(quán)限和安全管理機(jī)制。