企业简介

和利时公司拥有过程自动化、轨道交通自动化、核电站数字化仪控系统、工厂自动化即控制与驱动、信息化等业务单元，在核电、电力、石油化工、轨道交通、环保、建材、冶金、造纸、制药、机械制造等十几个行业中成功实施的工程项目超过5000项，是国内最大的自动化控制系统制造商。sss

  • 公司类型：供应商

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案例详细
标题SmartPro集散控制系统在制药厂的应用
技术领域PLC&PAC
行业
简介
内容

一、概述

    当前正逢制药厂对一批控制系统改造，加上一些新扩建的工业生产项目，形成了对DCS控制系统的较大需求。正是在这一背景下，104车间对青霉素发酵装置的原有控制系统进行改造，该项目完整地体现了SmartPro集散控制系统应用于发酵工艺的各方面优势。本论文结合104车间发酵工艺原有控制系统改造，阐述了SmartPro集散控制系统的硬件配置、软件功能、主要控制方案及数据优化。

二、原有控制系统存在的问题

104车间发酵工艺原有控制系统采用电Ⅲ型仪表加数据采集系统，该系统主要存在以下三个问题：

    ①、 系统运行不稳定。主要表现在经常出现大面积停电的现象，问题的原因属设计缺陷。
    ②、 控制精度欠佳。主要表现在发酵温度和PH值。
    ③、 系统未能实现优化控制。
    基于以上原因，中润制药厂决定对原有控制系统进行改造。在进行了充分调研的基础上，综合系统的稳定性、先进性、灵活性和性价比之后决定用和利时公司研制的MACS  SmartPro集散控制系统对原有控制系统进行改造。

三、系统的实现

⒈ 系统简介
    SmartPro基于开放的现场总线Profibus DP标准，是功能完全分散的全数字化系统，控制方案和设备组态可以通过工程师站编辑并下装，具有控制精确、实时、高效；系统安全、稳定、可靠；控制组态灵活；易于用户接受掌握；扩展性好和性能价格比高等优点。SmartPro采用Windows NT网络操作系统，采用分布式数据库结构，服务器采用动态容错技术，系统网络采用100Mbps高速冗余以太网，控制器 、I/O、I/O server和操作站全面实现冗余。现场控制站采用实时嵌入式操作系统，支持TCP/IP协议，完成现场数据的转换、处理和控制功能。现场I/O模块为带微处理器的智能模块，实现对现场数据的采集、处理等功能。

⒉ 硬件配置
    ① 智能I/O模块
    ② 冗余主控单元
    ③ 冗余100Mbps高速以太网络
    ④ 冗余操作站
    ⑤ 操作台和打印机

⒊ 应用软件

    ① SmartPro人机界面软件软件
    负责系统的在线监视、操作、控制、调试、维护和数据优化。
    ② ConMaker控制器软件
    负责现场控制程序的生成和维护
    ③ ConRTS现场控制器运行软件
    负责系统控制器控制程序的运行

⒋ 主要控制方案

4.1 概述
    青霉素发酵为二级发酵，发酵大罐和种子罐。发酵工艺的主要控制对象是由种子罐、发酵罐和补料系统三大部分组成。控制系统要完成对所有相关点的数据采集和控制、数据优化、实现顺序逻辑控制、进行图形的显示、切换、打印报表、纪录历史趋势及输出报警信息等一系列功能。

发酵岗位控制系统分为四部分：
1）大罐发酵控制系统  
2）种子罐发酵控制系统
3）交替补料控制系统   
4）数据优化

4.2 大罐发酵控制系统

4.2.1 发酵大罐的检测点
<1>发酵温度、消毒温度
<2>流量检测
<3>罐压检测
<4> PH检测
<5> DO 检测
<6>液位检测

4.2.2 控制点
<1>发酵温度控制
<2>自动补料

4.2.3 发酵大罐控制回路

① 发酵大罐发酵温度控制：


控制要求：
控制点位 28 ℃
.量程为0-150℃，误差范围±0.5℃；
.报警为上，下限报警；
.控制参数可以在线修改；
.控制方式为 PID 控制；
.消毒温度保留历史趋势，每分钟保存1次；
.发酵周期累计，可以在线修改发酵周期。

② 发酵罐补料控制系统
每一种料需要一个计量罐，一个进料阀，一个放料阀，一个检测电极。
发酵罐补料采用小计量罐自动补料控制系统，补料原理如下：

a. 补料控制机理：
    以打开进料阀开始进料作为补料过程的开始，待物料上升接触电极，关闭进料电磁阀并等待补料指令到来，接受到补料指令开放料电磁阀，放料时间结束，关放料电磁阀停止放料，同时开进料电磁阀进料，如此周而复始。

b.补料进放料时间的确定
    Ｔ为加料周期，放料时间工艺确定为14秒，Ｔ-14秒为进料和等待时间

c.计量方法：
    累计补料量为放料阀动作次数乘上计量罐体积

d.补料周期的计算：
T=3600/（m/g）
T 为大周期，M 为每小时补料量，G 为每次补料量

e.补料控制要求：
.补加的料能够显示累加；
.能够在线修改补料参数；
.能够进行物料报警，报警要有声音输出；
.在线开关补料启动开关。

4.2.4 发酵大罐检测部分

① 发酵大罐进气流量检测

控制要求：
.发酵大罐空气管道流量检测采用涡节流量计，并能进行上下限报警，当流量突然下跌到某个数值时，应进行报警，通知工艺人员可能逃液；
.历史数据每分钟保存一次。

② 发酵大罐 PH 检测
发酵罐 PH 检测，采用梅特勒公司的电极，变送器，能耐高温消毒.通过检测PH，控制氨水补加量。
控制要求：
.PH 报警为上下限报警；
.历史数据每分保存一次。

③ 发酵大罐 DO 检测
发酵罐 DO 检测，采用梅特勒公司的电极，变送器，能耐高温消毒。
控制要求：
.DO 报警为上下限报警；
.历史数据每分保存一次。

④发酵罐液位检测
控制要求：
.液位报警为上限报警；
.历史数据每分保存一次。

4.3 种子罐控制系统

4.3.1 种子罐检测点

种子罐检测点有：
<1>发酵温度，消毒温度
<2>流量检测
<3>罐压检测
<4>PH检测
<5>DO检测

4.3.2 种子罐控制点
种子罐控制点有：
<1>发酵温度控制

4.3.3 种子罐的控制回路

① 种子罐温度自动控制：
    发酵小罐由于体积小，温度波动较大，一般前期加热水保温，后期加冷水冷却要实现温度自动控制，必须有冷热水自动转换装置。计算机根据事先设置的上限、下限值，超过上限加冷水，低于下限加热水，在上、下限之间按 PID  算法，间歇开通进水阀门，开通时间 t 由PID算法决定其 T 周期可人工设定。
    控制精度可保证在±0.5 ℃之间。

4.3.4 种子罐检测部分


① 种子罐进气流量检测
控制要求：
.种子罐空气管道流量检测采用涡节流量计，并能进行上下限报警；
.历史数据每分钟保存一次。

② 种子罐 PH 检测
种子罐 PH 检测，采用梅特勒公司的电极，变送器，能耐高温消毒。
控制要求：
.PH 报警为上下限报警；
.历史数据每分保存一次。

③ 种子罐 DO 检测
种子罐 DO 检测，采用梅特勒公司的电极，变送器，能耐高温消毒。
控制要求：
.DO 报警为上下限报警；
.历史数据每分保存一次。

④种子罐液位检测
控制要求：
.液位报警为上限报警；
.历史数据每分保存一次。

4.4 交替补料控制

4.4.1 控制原理

    补料罐液位采用上电极和下电极，当液位低于下电极时，计算机关闭进气阀和放料阀，打开排气阀和进料阀。当液位接触上电极时，关进料阀和排气阀，打开进气阀和放料阀。


4.4.2 补料控制要求
.补加的料能够显示累加；
.能够在线修改补料参数；
.能够进行物料报警，报警要有声音输出。

4.5 数据优化
    FacView软件提供了动态数据交换（DDE）功能，利用动态数据交换（DDE）功能，FacView作为DDE服务器，通过网络数据通讯，将控制系统检测的现场工艺数据实时传送到优化程序中进行数据优化，并将优化后的计算结果实时传送到调节回路中进行控制。

⒌ 应用效果

    和利时公司研制的MACS  SmartPro控制系统投用后，系统的功能满足了用户的要求。系统投用半年来，控制系统运行稳定可靠，控制精度高，尤其是在投用了优化程序以后，该车间的经济效益显著提高，该系统深得用户的好评。