集散控制系統(tǒng)在制藥企業(yè)發(fā)酵工段的應(yīng)用
目前國(guó)內(nèi)制藥行業(yè)的發(fā)酵過程大多還處在傳統(tǒng)階段，手工操作，經(jīng)驗(yàn)控制，不僅操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，能耗大，而且生產(chǎn)缺少科學(xué)性，受人為因素影響大，容易出現(xiàn)失誤，且會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。本文介紹集散控制系統(tǒng)（DCS）在制藥企業(yè)發(fā)酵過程中的應(yīng)用。
集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem—DCS）是一項(xiàng)綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、冗余及自診斷技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的分散型綜合控制系統(tǒng)。其界面友好，功能強(qiáng)大，可靠性高，操作方便，組態(tài)靈活，具有很強(qiáng)的適用性。
發(fā)酵過程是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，在發(fā)酵過程中必須保持一定的培養(yǎng)溫度，提供合適的氧份，并及時(shí)補(bǔ)充菌種生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)。故要求對(duì)進(jìn)罐空氣的溫度和濕度、發(fā)酵液的溫度及溶解氧含量進(jìn)行有效控制，并在必要的時(shí)候進(jìn)行補(bǔ)料。
一、系統(tǒng)的硬件配置
（一）系統(tǒng)配置（主要設(shè)備）
1．集散控制系統(tǒng)（DCS）一套，包括：DCS控制站，DCS操作站及系統(tǒng)控制軟件。
2．輸入、輸出機(jī)構(gòu)，包括：溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、壓差變送器、溶氧儀、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁閥、轉(zhuǎn)速控制器、智能控制框等。
（二）系統(tǒng)主要部分功能簡(jiǎn)介
1．輸入部分
輸入部分主要由溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、壓差變送器和溶氧儀等組成，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采樣和轉(zhuǎn)換，形成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送控制站進(jìn)行分析處理。
2．控制站
控制站由電源箱和機(jī)籠組成，機(jī)籠上裝有各種型號(hào)的輸入、輸出及主控卡件，完成對(duì)輸入部分送來(lái)的信號(hào)處理和運(yùn)算，形成顯示信息通過Scnet網(wǎng)絡(luò)送操作站，同時(shí)按照組態(tài)的控制方案進(jìn)行運(yùn)算處理，發(fā)出控制數(shù)據(jù)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制站還可以接收操作站發(fā)出的操作指令，轉(zhuǎn)化為控制數(shù)據(jù)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
3．執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)閥、轉(zhuǎn)速控制器和智能控制柜組成，用于接收控制站發(fā)出的操作數(shù)據(jù)，執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)操作，完成自動(dòng)控制過程。
4．操作站
操作站由工業(yè)用PC機(jī)、顯示器和Scnet網(wǎng)卡組成，通過Scnet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與控制站的實(shí)時(shí)通訊，完成系統(tǒng)組態(tài)、控制組態(tài)、控制方案及操作信息的下載，同時(shí)接受控制站傳回的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并進(jìn)行記錄形成歷史數(shù)據(jù)，以供查詢。
二、系統(tǒng)的軟件配置
（一）系統(tǒng)要求在windows95/98下運(yùn)行
（二）集散控制軟件
包括：組態(tài)軟件、流程圖設(shè)計(jì)軟件、實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件和/.用戶自定義語(yǔ)言。
三、工藝流程和控制方案
發(fā)酵過程菌種依此在小罐、中罐、大罐中進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)酵過程為放熱反應(yīng)，在發(fā)酵過程中要求保持一定的溫度，及時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)分，并要求控制好溶解氧。
進(jìn)罐空氣的溫度和濕度通過對(duì)空氣冷卻器的降溫情況和空氣加熱器的升溫情況來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。
發(fā)酵液的溶解氧含量通過改變空氣進(jìn)氣量和改變發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。
大罐和中罐采用調(diào)節(jié)冷媒水量來(lái)控制溫度，小罐采用調(diào)節(jié)冷媒水閥和蒸汽閥來(lái)控制溫度。
四、系統(tǒng)運(yùn)行及控制效果的評(píng)價(jià)
通過前期摸索和技術(shù)準(zhǔn)備工作，我們投資了70余萬(wàn)元采用浙大中控的JX-300DCS系統(tǒng)對(duì)本公司卡那霉素發(fā)酵工段進(jìn)行了為期一個(gè)月的改造、安裝和調(diào)試工作，經(jīng)過六個(gè)月的試運(yùn)行表明，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠、控制靈活、操作方便，自動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果，滿足發(fā)酵工藝的要求。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
五、效益分析
（一）節(jié)約能源
發(fā)酵車間能耗大，且長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，故節(jié)能有十分重大的意義。
1．減少了冷媒水用量，使冷媒水制作的實(shí)際功率從原來(lái)的40kw降低到34kw，年可節(jié)約用電量52500kwh，年可節(jié)約費(fèi)用31500元。
2．減少了壓縮空氣的用量，使離心空壓機(jī)的實(shí)際消耗功率從原來(lái)的612kw降低到586kw，年節(jié)約用電量22770kwh，年可節(jié)約費(fèi)用136620元
（二）生產(chǎn)水平的提高
通過這次自動(dòng)控制改造后，通過工藝能數(shù)優(yōu)化，發(fā)酵生產(chǎn)水平有了一定的提高，平均發(fā)酵單位提高1.8%，每年可產(chǎn)252720元的經(jīng)濟(jì)效益。兩項(xiàng)合計(jì)每年可產(chǎn)生31500+136620+252720=420840元的經(jīng)濟(jì)效益。按以上分析，投資回收期約為17個(gè)月，由此看出，該項(xiàng)目是很有投資價(jià)值的。
這次改造不僅給企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且提高了我公司的工業(yè)自動(dòng)化水平，此項(xiàng)改造完成后我公司獲得了浙江省CIMS應(yīng)用工程示范企業(yè)，同時(shí)減少了傳統(tǒng)生產(chǎn)中的人為因素，使生產(chǎn)更科學(xué)化，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)也為我公司以后的工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)一步的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。
集散控制系統(tǒng)（DistributedControlSystem—DCS）是一項(xiàng)綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、冗余及自診斷技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的分散型綜合控制系統(tǒng)。其界面友好，功能強(qiáng)大，可靠性高，操作方便，組態(tài)靈活，具有很強(qiáng)的適用性。
發(fā)酵過程是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，在發(fā)酵過程中必須保持一定的培養(yǎng)溫度，提供合適的氧份，并及時(shí)補(bǔ)充菌種生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)。故要求對(duì)進(jìn)罐空氣的溫度和濕度、發(fā)酵液的溫度及溶解氧含量進(jìn)行有效控制，并在必要的時(shí)候進(jìn)行補(bǔ)料。
一、系統(tǒng)的硬件配置
（一）系統(tǒng)配置（主要設(shè)備）
1．集散控制系統(tǒng)（DCS）一套，包括：DCS控制站，DCS操作站及系統(tǒng)控制軟件。
2．輸入、輸出機(jī)構(gòu)，包括：溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、壓差變送器、溶氧儀、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁閥、轉(zhuǎn)速控制器、智能控制框等。
（二）系統(tǒng)主要部分功能簡(jiǎn)介
1．輸入部分
輸入部分主要由溫度變送器、壓力變送器、流量變送器、壓差變送器和溶氧儀等組成，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采樣和轉(zhuǎn)換，形成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送控制站進(jìn)行分析處理。
2．控制站
控制站由電源箱和機(jī)籠組成，機(jī)籠上裝有各種型號(hào)的輸入、輸出及主控卡件，完成對(duì)輸入部分送來(lái)的信號(hào)處理和運(yùn)算，形成顯示信息通過Scnet網(wǎng)絡(luò)送操作站，同時(shí)按照組態(tài)的控制方案進(jìn)行運(yùn)算處理，發(fā)出控制數(shù)據(jù)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制站還可以接收操作站發(fā)出的操作指令，轉(zhuǎn)化為控制數(shù)據(jù)輸出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
3．執(zhí)行機(jī)構(gòu)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)閥、轉(zhuǎn)速控制器和智能控制柜組成，用于接收控制站發(fā)出的操作數(shù)據(jù)，執(zhí)行現(xiàn)場(chǎng)操作，完成自動(dòng)控制過程。
4．操作站
操作站由工業(yè)用PC機(jī)、顯示器和Scnet網(wǎng)卡組成，通過Scnet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與控制站的實(shí)時(shí)通訊，完成系統(tǒng)組態(tài)、控制組態(tài)、控制方案及操作信息的下載，同時(shí)接受控制站傳回的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并進(jìn)行記錄形成歷史數(shù)據(jù)，以供查詢。
二、系統(tǒng)的軟件配置
（一）系統(tǒng)要求在windows95/98下運(yùn)行
（二）集散控制軟件
包括：組態(tài)軟件、流程圖設(shè)計(jì)軟件、實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件和/.用戶自定義語(yǔ)言。
三、工藝流程和控制方案
發(fā)酵過程菌種依此在小罐、中罐、大罐中進(jìn)行培養(yǎng)，發(fā)酵過程為放熱反應(yīng)，在發(fā)酵過程中要求保持一定的溫度，及時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)分，并要求控制好溶解氧。
進(jìn)罐空氣的溫度和濕度通過對(duì)空氣冷卻器的降溫情況和空氣加熱器的升溫情況來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。
發(fā)酵液的溶解氧含量通過改變空氣進(jìn)氣量和改變發(fā)酵罐攪拌轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。
大罐和中罐采用調(diào)節(jié)冷媒水量來(lái)控制溫度，小罐采用調(diào)節(jié)冷媒水閥和蒸汽閥來(lái)控制溫度。
四、系統(tǒng)運(yùn)行及控制效果的評(píng)價(jià)
通過前期摸索和技術(shù)準(zhǔn)備工作，我們投資了70余萬(wàn)元采用浙大中控的JX-300DCS系統(tǒng)對(duì)本公司卡那霉素發(fā)酵工段進(jìn)行了為期一個(gè)月的改造、安裝和調(diào)試工作，經(jīng)過六個(gè)月的試運(yùn)行表明，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠、控制靈活、操作方便，自動(dòng)控制系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的效果，滿足發(fā)酵工藝的要求。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
五、效益分析
（一）節(jié)約能源
發(fā)酵車間能耗大，且長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，故節(jié)能有十分重大的意義。
1．減少了冷媒水用量，使冷媒水制作的實(shí)際功率從原來(lái)的40kw降低到34kw，年可節(jié)約用電量52500kwh，年可節(jié)約費(fèi)用31500元。
2．減少了壓縮空氣的用量，使離心空壓機(jī)的實(shí)際消耗功率從原來(lái)的612kw降低到586kw，年節(jié)約用電量22770kwh，年可節(jié)約費(fèi)用136620元
（二）生產(chǎn)水平的提高
通過這次自動(dòng)控制改造后，通過工藝能數(shù)優(yōu)化，發(fā)酵生產(chǎn)水平有了一定的提高，平均發(fā)酵單位提高1.8%，每年可產(chǎn)252720元的經(jīng)濟(jì)效益。兩項(xiàng)合計(jì)每年可產(chǎn)生31500+136620+252720=420840元的經(jīng)濟(jì)效益。按以上分析，投資回收期約為17個(gè)月，由此看出，該項(xiàng)目是很有投資價(jià)值的。
這次改造不僅給企業(yè)帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且提高了我公司的工業(yè)自動(dòng)化水平，此項(xiàng)改造完成后我公司獲得了浙江省CIMS應(yīng)用工程示范企業(yè)，同時(shí)減少了傳統(tǒng)生產(chǎn)中的人為因素，使生產(chǎn)更科學(xué)化，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)也為我公司以后的工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)一步的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。
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