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)（Distributed Control System——DCS）是一項(xiàng)綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)、冗余及自診斷技術(shù)等*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，并及時補(bǔ)充菌種生長所需的營養(yǎng)。故要求對進(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，并在必要的時候進(jìn)行補(bǔ)料。

一、系統(tǒng)的硬件配置

1、系統(tǒng)框圖：

2、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、氣動調(diào)節(jié)閥、電磁閥、轉(zhuǎn)速控制器、智能控制框等。

3、系統(tǒng)主要部分功能簡介

（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，完成對現(xiàn)場信號的采樣和轉(zhuǎn)換，形成標(biāo)準(zhǔn)信號送控制站進(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)籠上裝有各種型號的輸入、輸出及主控卡件，完成對輸入部分送來的信號處理和運(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)?？刂普具€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)主要由氣動調(diào)節(jié)閥、電動閥、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)場操作，完成自動控制過程。

（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，同時接受控制站傳回的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時顯示，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

1、系統(tǒng)要求在windows95/98下運(yùn)行

2、集散控制軟件，包括：組態(tài)軟件、流程圖設(shè)計(jì)軟件、實(shí)時監(jiān)控軟件和/.用戶自定義語言。

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空氣冷卻器的降溫情況和空氣加熱器的升溫情況來實(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)速來實(shí)現(xiàn)控制。

大罐和中罐采用調(diào)節(jié)冷媒水量來控制溫度，小罐采用調(diào)節(jié)冷媒水閥和蒸汽閥來控制溫度。

四、系統(tǒng)運(yùn)行及控制效果的評價

通過前期摸索和技術(shù)準(zhǔn)備工作，我們投資了70余萬元采用浙大中控的JX-300DCS系統(tǒng)對本公司卡那霉素發(fā)酵工段進(jìn)行了為期一個月的改造、安裝和調(diào)試工作，經(jīng)過六個月的試運(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)效益和社會效益。

五、效益分析

1、節(jié)約能源

發(fā)酵車間能耗大，且長周期連續(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)際消耗功率從原來的612kw降低到586kw，年節(jié)約用電量22770kwh00，年可節(jié)約費(fèi)用136620元。

2、生產(chǎn)水平的提高

通過這次自動控制改造后，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)酵單位提高了1.8%，每年可產(chǎn)生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個月，由此看出，該項(xiàng)目是很有投資價值的。

這次改造不僅給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且提高了我公司的工業(yè)自動化水平，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強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。同時也為我公司以后的工業(yè)自動化進(jìn)一步的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。