【文章內(nèi)容簡介】 配置額外的設(shè)備和電路，與DCS相比，雖有成本上的優(yōu)勢，但可靠性、電氣性能卻不如DCS。 FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) FCS（fieldbus control system）顧名思義基于現(xiàn)場總線，根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場總線基金會的定義：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)應(yīng)具有以下技術(shù)特點：①系統(tǒng)的開放性；②互可操作性與可用性；③現(xiàn)場設(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對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。 由于有以上技術(shù)要求，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將是開放系統(tǒng)的主要支撐力量。由于受集團利益的限制，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)本身目前還未形成一個單一的標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)場總線控制系統(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)才會比DCS有很大的技術(shù)及成本優(yōu)勢，但現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)近幾年內(nèi)難以實現(xiàn)。針對上述所作比較，結(jié)合公司DCS第一期工程的經(jīng)驗得失，我們決定本期項目實施仍然以DCS技術(shù)為主體，兼顧現(xiàn)場總線技術(shù)。2. 用DCS技術(shù)實現(xiàn)發(fā)酵過程監(jiān)控方案設(shè)計本工程將對我公司抗生素發(fā)酵規(guī)模較大的三個車間實現(xiàn)發(fā)酵計算機自動化控制。主要內(nèi)容：包括六車間14個大罐780T發(fā)酵體積、二車間 14個大罐385T發(fā)酵體積和九車間10個大罐330T發(fā)酵體積共計1495T發(fā)酵體積實現(xiàn)計算機自動化控制（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)的先進性、成熟性、可適性、安全性、可靠性、可擴展性、可維護性和性能價格比等作為系統(tǒng)方案的設(shè)計原則。，保證車間生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定、安全、高效運行；，具有現(xiàn)場操作和參數(shù)修改、報警顯示、實時和歷史趨勢顯示、生成報表（日報表、批報表等）及打印輸出等功能；、數(shù)據(jù)庫接口，可實現(xiàn)信息共享。系統(tǒng)選用美國HONEYWELL公司生產(chǎn)的PLANTSCAPE集散控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有很強的可靠性、安全性，同時還具有易擴展等特點，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)場直接相連，因此對可靠性的要求尤為重要，該系統(tǒng)平均無故障時間不小于3104小時，%，模板支持熱插拔，可進行無擾動切換?，F(xiàn)場采集信號輸入和輸出用配電器隔離；對現(xiàn)場監(jiān)控信息實施實時監(jiān)測，～60秒不等，根據(jù)發(fā)酵生產(chǎn)工藝要求，采集參數(shù)時間為2秒，滿足實時要求；系統(tǒng)對系統(tǒng)管理員、工程師、操作員有各自不同的操作權(quán)限，對一些重要的操作命令進行口令復(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)對發(fā)酵過程控制進行實時數(shù)據(jù)采集、按生產(chǎn)工藝要求控制參數(shù)、生成歷史曲線、生成日報表或批報表及向主干網(wǎng)傳輸實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。發(fā)酵過程控制系統(tǒng)的構(gòu)成見圖： 以太網(wǎng) 以太網(wǎng)上位機由一臺服務(wù)器（兼做操作站）和一個工作站（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打印機，可進行報表打印及數(shù)據(jù)歷史曲線打印?？刂破魇荋ONEYWELL公司的S9000回路控制器，可并接多個控制器和連接數(shù)個擴展機箱?？刂破骱头?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）實現(xiàn)的，先進的以太網(wǎng)（Ethernet）通訊，為以后全公司計算機聯(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、信號輸入、信號輸出三者實施分離，抗共模干擾能力3000V，切斷測控元件和系統(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)被測對象的內(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、流量傳感器和稱重傳感器等。傳感器的參數(shù)及性能見表：傳感器溫度壓力PHDO尾氣CO2流量稱重型號Pt1002400儀表4500儀表4500儀表9m毛細管量程0150/200℃014PH0100%0100%待定待定精度177。℃177。%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)行機構(gòu)是DCS系統(tǒng)對現(xiàn)場實施控制的執(zhí)行器。執(zhí)行器應(yīng)滿足生產(chǎn)過程中的各種環(huán)境要求，耐高溫、耐腐蝕、動作靈敏、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閥系列產(chǎn)品滿足了以上要求。HONEYWELL PLANTSCAPE組態(tài)軟件是在Windows Nt基礎(chǔ)上開發(fā)的組態(tài)軟件。PLANTSCAPE 服務(wù)器維護著系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的采集，生成實時數(shù)據(jù)庫，非常方便地通過網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)視、控制當(dāng)前生產(chǎn)過程，運用Excel Data Exchange 實現(xiàn)任意點、任意時刻數(shù)據(jù)報表生成。在系統(tǒng)組態(tài)中，對信號點定義均使用7個字母，按如下方式定義：物理量+罐號+特征XX +XXX + XX如：TC301PV—301溫度檢測值物理量的符號：TC—溫度 PA—壓力 FA—流量 PH—PH值 DO—溶氧 CO—CO2特征：PV—檢測值 SP—設(shè)定值 AR—報警范圍 KP—比例系數(shù) KD—微分系數(shù) KI—積分系數(shù) TM—最大輸出時間 HT—加熱水最大時間 大罐溫度控制組態(tài)根據(jù)被控對象的要求，規(guī)劃設(shè)定各輸入輸出模件和控制器的類型與地址，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）實現(xiàn)連續(xù)控制的組態(tài)方案。見圖1： TC301SP圖1：連續(xù)控制組態(tài)（CCC）的方案在發(fā)酵過程中，微生物生長代謝大部分是產(chǎn)熱過程，溫度控制就是要將菌種生長過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，因此我們實施的控制實際上是一個降溫過程。發(fā)酵罐的體積較大，且隨著發(fā)酵過程的進行，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，一般是指輸入信號和反饋信號之差，這里指301罐溫度模擬值的輸入值。U(t)：控制的輸出信號，一般為受控對象的控制信號，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)，這里指積分時間。Td：控制微分系數(shù)，這里指微分時間。將（1）式表為增量形式，即為： △u(k)=Kp[e(k)e(k1)]+Kie(k)+kd[e(k)2e(k1)+e(k2)] （2）在實際控制中，大多采用增量式PID算法，優(yōu)點是：第一，計算機只輸