抗生素發(fā)酵生產(chǎn)自動(dòng)化可行性研究報(bào)告(編輯修改稿)
2025-05-31 04:17 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 control），使軟、硬件平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)通信找到了一個(gè)實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)。這種部分開(kāi)放加上部分專(zhuān)用所構(gòu)成的系統(tǒng)可能還會(huì)延續(xù)一段時(shí)間。 但是，PLC需配置額外的設(shè)備和電路，與DCS相比，雖有成本上的優(yōu)勢(shì)，但可靠性、電氣性能卻不如DCS。 FCS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng) FCS（fieldbus control system）顧名思義基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)基金會(huì)的定義：現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)具有以下技術(shù)特點(diǎn)：①系統(tǒng)的開(kāi)放性；②互可操作性與可用性；③現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的智能化與功能自治性；④系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性；⑤對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性。 由于有以上技術(shù)要求，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)將是開(kāi)放系統(tǒng)的主要支撐力量。由于受集團(tuán)利益的限制，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)本身目前還未形成一個(gè)單一的標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)不僅需要控制系統(tǒng)設(shè)備制造商的支持，更主要的是要得到分散在現(xiàn)場(chǎng)的傳感器及執(zhí)行設(shè)備的支持，以取代DCS的數(shù)字/模擬混合技術(shù)，成為全數(shù)字式系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)才會(huì)比DCS有很大的技術(shù)及成本優(yōu)勢(shì)，但現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)近幾年內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。針對(duì)上述所作比較，結(jié)合公司DCS第一期工程的經(jīng)驗(yàn)得失，我們決定本期項(xiàng)目實(shí)施仍然以DCS技術(shù)為主體，兼顧現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。2. 用DCS技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)酵過(guò)程監(jiān)控方案設(shè)計(jì)本工程將對(duì)我公司抗生素發(fā)酵規(guī)模較大的三個(gè)車(chē)間實(shí)現(xiàn)發(fā)酵計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制。主要內(nèi)容：包括六車(chē)間14個(gè)大罐780T發(fā)酵體積、二車(chē)間 14個(gè)大罐385T發(fā)酵體積和九車(chē)間10個(gè)大罐330T發(fā)酵體積共計(jì)1495T發(fā)酵體積實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制（DCS）及與之配套的發(fā)酵工藝綜合分析系統(tǒng)。要求以系統(tǒng)的先進(jìn)性、成熟性、可適性、安全性、可靠性、可擴(kuò)展性、可維護(hù)性和性能價(jià)格比等作為系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)原則。，保證車(chē)間生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定、安全、高效運(yùn)行；，具有現(xiàn)場(chǎng)操作和參數(shù)修改、報(bào)警顯示、實(shí)時(shí)和歷史趨勢(shì)顯示、生成報(bào)表（日?qǐng)?bào)表、批報(bào)表等）及打印輸出等功能；、數(shù)據(jù)庫(kù)接口，可實(shí)現(xiàn)信息共享。系統(tǒng)選用美國(guó)HONEYWELL公司生產(chǎn)的PLANTSCAPE集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有很強(qiáng)的可靠性、安全性，同時(shí)還具有易擴(kuò)展等特點(diǎn)，在發(fā)酵控制領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，由于控制器I/O口與現(xiàn)場(chǎng)直接相連，因此對(duì)可靠性的要求尤為重要，該系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間不小于3104小時(shí)，%，模板支持熱插拔，可進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)切換?，F(xiàn)場(chǎng)采集信號(hào)輸入和輸出用配電器隔離；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控信息實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，～60秒不等，根據(jù)發(fā)酵生產(chǎn)工藝要求，采集參數(shù)時(shí)間為2秒，滿(mǎn)足實(shí)時(shí)要求；系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)管理員、工程師、操作員有各自不同的操作權(quán)限，對(duì)一些重要的操作命令進(jìn)行口令復(fù)核和操作復(fù)核，防止發(fā)生誤操作和越權(quán)操作。DCS系統(tǒng)對(duì)發(fā)酵過(guò)程控制進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、按生產(chǎn)工藝要求控制參數(shù)、生成歷史曲線(xiàn)、生成日?qǐng)?bào)表或批報(bào)表及向主干網(wǎng)傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。發(fā)酵過(guò)程控制系統(tǒng)的構(gòu)成見(jiàn)圖： 以太網(wǎng) 以太網(wǎng)上位機(jī)由一臺(tái)服務(wù)器（兼做操作站）和一個(gè)工作站（管理員和工程師站）組成。日常的生產(chǎn)操作在操作員站完成，管理關(guān)鍵參數(shù)整定工作在工程師站完成。操作員站和工程師站各配置一臺(tái)打印機(jī)，可進(jìn)行報(bào)表打印及數(shù)據(jù)歷史曲線(xiàn)打印?？刂破魇荋ONEYWELL公司的S9000回路控制器，可并接多個(gè)控制器和連接數(shù)個(gè)擴(kuò)展機(jī)箱。控制器和服務(wù)器及工作站之間、控制器和控制器之間的網(wǎng)絡(luò)通訊是以以太網(wǎng)（Ethernet）實(shí)現(xiàn)的，先進(jìn)的以太網(wǎng)（Ethernet）通訊，為以后全公司計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。接口儀表如SFPX多功能配電器有效地將供電、信號(hào)輸入、信號(hào)輸出三者實(shí)施分離，抗共模干擾能力3000V，切斷測(cè)控元件和系統(tǒng)回路之間有害地電耦合，將干擾抑制到最小程度，將各通道之間的干擾抑制到最小程度。傳感器根據(jù)被測(cè)對(duì)象的內(nèi)容，分為溫度傳感器、PH傳感器、壓力傳感器、DO傳感器、尾氣CO2傳感器、流量傳感器和稱(chēng)重傳感器等。傳感器的參數(shù)及性能見(jiàn)表：傳感器溫度壓力PHDO尾氣CO2流量稱(chēng)重型號(hào)Pt1002400儀表4500儀表4500儀表9m毛細(xì)管量程0150/200℃014PH0100%0100%待定待定精度177?！?77。%177。Mpa177。%177。%177。%177。%輸出420mA420mA420mA420mA420mA420mA420mA工位公用工程公用工程大罐大罐大罐大罐大罐執(zhí)行機(jī)構(gòu)是DCS系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施控制的執(zhí)行器。執(zhí)行器應(yīng)滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程中的各種環(huán)境要求，耐高溫、耐腐蝕、動(dòng)作靈敏、不染菌等。采用北京康拓公司自行研制的不銹鋼波紋管隔膜汽動(dòng)閥系列產(chǎn)品滿(mǎn)足了以上要求。HONEYWELL PLANTSCAPE組態(tài)軟件是在Windows Nt基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的組態(tài)軟件。PLANTSCAPE 服務(wù)器維護(hù)著系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集，生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，非常方便地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)監(jiān)視、控制當(dāng)前生產(chǎn)過(guò)程，運(yùn)用Excel Data Exchange 實(shí)現(xiàn)任意點(diǎn)、任意時(shí)刻數(shù)據(jù)報(bào)表生成。在系統(tǒng)組態(tài)中，對(duì)信號(hào)點(diǎn)定義均使用7個(gè)字母，按如下方式定義：物理量+罐號(hào)+特征XX +XXX + XX如：TC301PV—301溫度檢測(cè)值物理量的符號(hào)：TC—溫度 PA—壓力 FA—流量 PH—PH值 DO—溶氧 CO—CO2特征：PV—檢測(cè)值 SP—設(shè)定值 AR—報(bào)警范圍 KP—比例系數(shù) KD—微分系數(shù) KI—積分系數(shù) TM—最大輸出時(shí)間 HT—加熱水最大時(shí)間 大罐溫度控制組態(tài)根據(jù)被控對(duì)象的要求，規(guī)劃設(shè)定各輸入輸出模件和控制器的類(lèi)型與地址，制定組態(tài)方案。以301大罐溫度控制為例，介紹用連續(xù)控制圖（CCC）實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制的組態(tài)方案。見(jiàn)圖1： TC301SP圖1：連續(xù)控制組態(tài)（CCC）的方案在發(fā)酵過(guò)程中，微生物生長(zhǎng)代謝大部分是產(chǎn)熱過(guò)程，溫度控制就是要將菌種生長(zhǎng)過(guò)程控制在一定溫度范圍。通常情況下，發(fā)酵罐的產(chǎn)熱量大于散熱量，因此我們實(shí)施的控制實(shí)際上是一個(gè)降溫過(guò)程。發(fā)酵罐的體積較大，且隨著發(fā)酵過(guò)程的進(jìn)行，發(fā)酵液體積也不斷增大，因此系統(tǒng)的慣性和滯后較大，PID調(diào)節(jié)規(guī)律是最經(jīng)典的控制方法。經(jīng)典PID算法的方程式如下： （1）（1）式中，e(t)：控制的輸入信號(hào)，一般是指輸入信號(hào)和反饋信號(hào)之差，這里指301罐溫度模擬值的輸入值。U(t)：控制的輸出信號(hào)，一般為受控對(duì)象的控制信號(hào)，這里指調(diào)節(jié)閥的閥位。Kp：控制比例系數(shù)。Ti：控制積分系數(shù)，這里指積分時(shí)間。Td：控制微分系數(shù)，這里指微分時(shí)間。將（1）式表為增量形式，即為： △u(k)=Kp[e(k)e(k1)]+Kie(k)+kd[e(k)2e(k
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