现场总线在东北制药总厂VC车间二级种子罐控制系统中的应用

一、方案背景
东药万吨VC生产过程采用了二步发酵新工艺，可使VC的收率提高5%。该新工艺保留了原工艺的主要特色，但在发酵过程中需依介质的氢离子浓度和溶氧量调节菌种的生理状态、数量及比例。操作难度加大，一旦发生误操作不仅整罐的种子全部废掉，而且，还会对三级，四级种子罐产生影响，从而加大了原料成本，降低了种子罐的工作效率，所以对工作人员的自身素质和责任心要求很高。为充分发挥该新工艺的效率，在生产中急需采用先进的控制策略和控制技术，来保证新的工艺过程能平稳高效地运行。为此，我们采用现场总线技术对二级种子罐的控制系统进行试点改造，实现温度、压力、流量和PH值等参数的自动检测和控制，该系统改造成功后，可推广应用到其它的种子罐和发酵罐，从而提高整个VC生产线的生产能力。
二、系统设计方案
整个项目主要包括以下内容：
选一个二级种子罐进行控制系统改造，采用现场总线技术实现罐内温度、压力通气量的自动控制以及PH值的自动连续检测，在此基础之上，实现种子罐的生化反应过程的最优控制。控制系统的硬件结构如图所示：

由于采用了现场总线技术，主要的控制功能都分散到了底层的仪表之中，计算机只用于控制组态、生产过程监视和控制参数修改，其结构如图所示：

（1）生产过程简述
由于种子罐在发酵过程中需依介质的氢离子浓度和溶氧量调节菌种的生理状态、数量及比例。所以，罐中的发酵温度，罐内压力，压缩空气的流量及菌种的PH值都要严格的保持在一定范围内，而在发酵的过程中由于菌种产生热量，所以罐内的温度将会有所上升，这样，要通过开大阀门来加大冷水的流量使其温度保持在规定的范围内。而整个发酵过程的完成是要通过技术人员在发酵进行一段时间后从罐中提取一些样品来进行化验，来确定发酵是否达到规定指标，达到要求之后，发酵过程结束。
（2）控制系统任务
对一个二级种子罐进行控制系统改造，采用现场总线技术实现罐内温度、罐内压力、压缩空气通气量的自动控制以及PH值的自动连续检测。
（3）系统信号采集和输出方式
二级种子罐控制系统涉及四个输入参数，三个输出参数。四个输入参数分别为种子罐的罐内温度、罐内压力、压缩空气的流量及发酵反应中物料的PH值。三个输出参数用于控制三个阀门的开度，即种子罐的排气阀、压缩空气的进气阀、冷却水的进水阀。现场信号检测与控制采用现场总线仪表，其中TT302是美国SMAR公司的现场总线智能温度变送器，用于检测罐内温度，罐内温度正常范围为29-30度；LD302是美国SMAR公司的现场总线智能压力变送器，用于检测罐内压力，罐内压力正常范围是0.02-0.05mpa；FY032是美国SMAR公司的现场总线智能阀门定位器，通过FISHEER公司的三个阀门控制种子罐的排气量、压缩空气的进入量、冷却水的进入量。流量计采用上海横河电机有限公司的涡街流量计，输出信号为标准的4-20ma电流信号，用于检测种子罐压缩空气的进入量，压缩空气流量正常范围为175-185每小时立方米；PH计选用METTLER公司生产的PH测量仪表，输出信号为标准的4-20ma电流信号。IF302是美国SMAR公司生产的4-20ma/现场总线转换器，他可以将标准的4-20ma电流信号转换为标准的FF现场总线信号，流量及PH信号通过IF302直接转换成FF现场总线信号。
二级种子罐控制系统涉及三个控制回路，回路均采用PID调节控制。

三、上位机监控系统设计
在控制室中通过一台计算机实时对现场生产参数监测，完成生产数据的采集、显示、报警、打印和数据管理。这一功能是由博微公司自行研究开发的HMI软件——NCS-SIAView完成的。SIAVIEW是用户生成动态生产过程流程图的一个集成开发环境，全面支持OPC和Activex控件，是一个操作简单、功能强大的实用工具。其主要特点有：
·支持OPC规范1.0及2.0
·是Activex容器，可集成第二方Activex控件
·丰富的工业对象图形库
·具有快速图形动画功能
·支持Internet连接
监测系统的主要功能特点：
·动静流程画面的布局设计。丰富的Active X控件支持多领域的 应用系统开发。
·实时过程显示，实时报警显示和管理，直观的趋势显示。
·高效的、基于多任务的OPC内部实时数据库引擎，既可以保证系统实时数据采集的快捷，又可以向支持OPC规范的多种系统开放。
·超大容量的实时数据记录和历史记录查询与统计的功能。
·完善的权限和安全管理机制。