現場總線在東北制藥總廠VC車間二級種子罐控制系統

一、方案背景

東藥萬噸VC生產過程采用了二步發酵新工藝，可使VC的收率提高5%。該新工藝保留了原工藝的主要特色，但在發酵過程中需依介質的氫離子濃度和溶氧量調節菌種的生理狀態、數量及比例。操作難度加大，一旦發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和責任心要求很高。為充分發揮該新工藝的效率，在生產中急需采用先進的控制策略和控制技術，來保證新的工藝過程能平穩高效地運行。為此，我們采用現場總線技術對二級種子罐的控制系統進行試點改造，實現溫度、壓力、流量和PH值等參數的自動檢測和控制，該系統改造成功后，可推廣應用到其它的種子罐和發酵罐，從而提高整個VC生產線的生產能力。

二、系統設計方案

整個項目主要包括以下內容：

選一個二級種子罐進行控制系統改造，采用現場總線技術實現罐內溫度、壓力通氣量的自動控制以及PH值的自動連續檢測，在此基礎之上，實現種子罐的生化反應過程的最優控制。控制系統的硬件結構如圖所示：

由于采用了現場總線技術，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、生產過程監視和控制參數修改，其結構如圖所示：

(1)生產過程簡述

由于種子罐在發酵過程中需依介質的氫離子濃度和溶氧量調節菌種的生理狀態、數量及比例。所以，罐中的發酵溫度，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，而在發酵的過程中由于菌種產生熱量，所以罐內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定的范圍內。而整個發酵過程的完成是要通過技術人員在發酵進行一段時間后從罐中提取一些樣品來進行化驗，來確定發酵是否達到規定指標，達到要求之后，發酵過程結束。

(2)控制系統任務

對一個二級種子罐進行控制系統改造，采用現場總線技術實現罐內溫度、罐內壓力、壓縮空氣通氣量的自動控制以及PH值的自動連續檢測。

(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輸入參數，三個輸出參數。四個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酵反應中物料的PH值。三個輸出參數用于控制三個閥門的開度，即種子罐的排氣閥、壓縮空氣的進氣閥、冷卻水的進水閥。現場信號檢測與控制采用現場總線儀表，其中TT302是美國SMAR 公司的現場總線智能溫度變送器，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公司的現場總線智能壓力變送器，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、壓縮空氣的進入量、冷卻水的進入量。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公司生產的PH測量儀表，輸出信號為標準的4-20ma 電流信號。IF302是美國SMAR公司生產的4-20ma/現場總線轉換器，他可以將標準的4-20ma電流信號轉換為標準的FF現場總線信號，流量及 PH信號通過IF302直接轉換成FF現場總線信號。

二級種子罐控制系統涉及三個控制回路，回路均采用PID調節控制。

三、上位機監控系統設計

在控制室中通過一臺計算機實時對現場生產參數監測，完成生產數據的采集、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發的HMI軟件—— NCS-SIAView完成的。SIAVIEW是用戶生成動態生產過程流程圖的一個集成開發環境，全面支持OPC和Activex控件，是一個操作簡單、功能強大的實用工具。其主要特點有：

·支持OPC規范1.0及2.0

·是Activex容器，可集成第二方Activex控件

·豐富的工業對象圖形庫

·具有快速圖形動畫功能

·支持Internet連接

監測系統的主要功能特點：

·動靜流程畫面的布局設計。豐富的Active X控件支持多領域的 應用系統開發。

·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、基于多任務的OPC內部實時數據庫引擎，既可以保證系統實時數據采集的快捷，又可以向支持OPC規范的多種系統開放。

·超大容量的實時數據記錄和歷史記錄查詢與統計的功能。

·完善的權限和安全管理機制。