新華TisNet-P600系統(tǒng)在制藥企業(yè)發(fā)酵系統(tǒng)中的應用

楊海清

華北制藥華勝有限公司（052160）

采用新華集團公司的TisNet-P600系統(tǒng),可以將發(fā)酵過程的控制方式組態(tài)為DCS分散控制系統(tǒng)，使得發(fā)酵系統(tǒng)整個生產(chǎn)過程可以方便地使用視窗架構的人機界面進行操作和管理，對每個發(fā)酵罐上增加兩種補料系統(tǒng)，并且在補料的安全性和準確性進行了改進，增加了操作人員的操作記錄和安全報警功能。使用可視化圖形組態(tài)方式編程，“畫面即組態(tài)，所見即所得”，在控制系統(tǒng)的監(jiān)控畫面上可直接觀察各個罐的運行參數(shù)，對各參數(shù)進行修改設定。

1 TisNet-P600系統(tǒng)介紹

TisNet是新華集團公司推出的新一代基于網(wǎng)絡的智能工業(yè)信息化控制系統(tǒng)解決方案TisNet系列∶TisNet-P400、TisNet-P600、TisNet-XDC800 新華智能過程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)控制功能分散、管理集中，集數(shù)據(jù)采集、過程控制、信息管理于一體，是一個全集成的、結構完整、功能完善、面向整個生產(chǎn)過程的先進過程控制系統(tǒng)。

TisNet智能過程控制系統(tǒng)以32位CPU組成的新華控制器XCU為核心,采用新華集團公司開發(fā)的操作和監(jiān)控人機界面,靈活配置輸入輸出I/O模件、人機接口HMI，利用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)現(xiàn)場信息采集和系統(tǒng)通訊，以靈活多樣的分布式I/O接受現(xiàn)場傳感檢測信號。新華TisNet采用可視化圖形組態(tài)技術,符合IEC 61131-3國際標準的編程軟件。該系統(tǒng)提供常用的現(xiàn)場設備信息及功能模塊,大大簡化組態(tài)工作。

TisNet系統(tǒng)主要有人機操作接口站HMI、新華分布式處理器XCU、I/O控制站電源模塊以及網(wǎng)絡系統(tǒng)組成。

HMI人機操作接口站是操作人員對發(fā)酵系統(tǒng)DCS系統(tǒng)實現(xiàn)操作與控制的接口,包括工程師站（ENG）、操作員站（OPS）等。兩臺計算機通過不同的密碼來登錄完成不同的工作。

新華分布式處理器XCU是TisNet的過程控制站，存儲系統(tǒng)信息和過程控制策略與數(shù)據(jù)，通過冗余的實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與HMI節(jié)點及其他XCU連接，通過I/O網(wǎng)絡與I/O站節(jié)點連接,提供雙向的信息交換，實現(xiàn)各種先進的控制策略，完成數(shù)據(jù)采集、模擬調(diào)節(jié)、順序控制、高級控制、專家系統(tǒng)以及其他不同用戶的特殊功能要求。分布式處理器XCU根據(jù)需要采用雙冗配置。

TisNet系統(tǒng)的I/O卡件是專為TisNet系統(tǒng)而設計的系列卡件，用于完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采集與控制。

2 發(fā)酵系統(tǒng)控制方案

2.1 工藝簡介

藥品發(fā)酵就是細菌在適宜生長的環(huán)境下，補充適當?shù)酿B(yǎng)料，以利于細菌快速生長。適宜的環(huán)境是發(fā)酵罐溫度恒定、溶解氧氣量恒定、PH值為中性。發(fā)酵是放熱過程，控制冷水調(diào)節(jié)閥開度，使進入發(fā)酵罐冷卻管冷水量變化，達到發(fā)酵罐溫度恒定；流量恒定，通過控制攪拌機轉速，使發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液的溶解氧最佳；發(fā)酵是放酸過程，采樣測量PH值，使補堿通知加量變化,達到發(fā)酵罐內(nèi)PH值為中性。糖、玉米漿是細菌生長過程中所需要的養(yǎng)料，根據(jù)發(fā)酵的不同周期，改變補糖、玉米漿通知加量，以適應細菌不同生長周期之所需。

2.2 控制系統(tǒng)

1）發(fā)酵罐溫度控制

發(fā)酵罐溫度控制是一個典型的單回路控制系統(tǒng)，因為PID控制穩(wěn)態(tài)精度高的特點，采用PID控制方式，如圖1所示。

2）氧控制

氧控制是串級控制（外環(huán)為溶氧，內(nèi)環(huán)為空氣流量）系統(tǒng)，如圖2所示。

3）PH 值控制

大罐PH值由采樣測量,根據(jù)實測PH值改變補料的加量，達到PH值為中性。

2.3 糖、硫氨、氨水、玉米漿補料控制

1）補料計量罐控制

補料計量罐由補料電極、進料閥、出料閥組成。補料電極為一根金屬棒從補料計量罐上端插入，和計量罐絕緣，通過調(diào)節(jié)長短可調(diào)節(jié)計量體積。補料電極作為DI模塊的正端、補料計量罐為金屬作為DI模塊的負端，糖、硫氨、氨水、玉米漿導電液體，當料液上升碰到電極時，電極和料罐短路，DI模塊導通。但是DI模塊采樣電壓力為直流24 V單向?qū)щ姡菀资沽弦弘娊庹匙‰姌O，長久使用導致電極導電性能下降,所以外加交流24 V中間轉換繼電器隔離后再進入DI卡件。

補料進入補料計量罐時間很短，為準確控制補料上升碰到電極即停止，首次采用固態(tài)繼電器加以控制。使用1年多以來運行穩(wěn)定可靠。具體實現(xiàn)為，固態(tài)繼電器輸入端為交流24 V,輸出為兩組觸點,一組常開一組常閉。常開觸點接到DI模塊輸入端，常閉觸點串到進料閥控制回路。控制流程∶DO模塊輸出補料信號→進料閥開→料液進入計量罐→碰觸電極→固態(tài)繼電器動作→進料閥關、電極信號進入DI模塊輸入端。

2）加料控制

通知加量范圍從0～1 100，每個計量罐計量體積已事先定義好,按照4或8小時為計算單位，每到一個周期加一罐料,周期的計算按T=4或8小時通知加量。實際加量是在4或8小時內(nèi)所加料量積累。積累加量是在發(fā)酵周期內(nèi)共加料量累計。剩余時間是距離下次加料所需時間，每一個加料周期后要重新計算。每到時間T，上料閥打開開始進料，當料液上升碰到電極時，關閉上料閥。加料控制過程還要考慮故障報警、啟動停止系統(tǒng)、計量系統(tǒng)等。

補料故障報警有不來料報警、電極故障報警、不出料報警。出現(xiàn)補料報警后，需手動點擊報警消除才能正常補料。

溫度故障報警是當罐內(nèi)溫度超出設定溫度范圍后溫度顯示數(shù)字變紅，在報警畫面顯示具體報警信息。

流量故障報警是空氣流量突然減小，表示可能出現(xiàn)逃液，要到現(xiàn)場查看。

3 小罐溫度控制

小罐溫度控制采用位式控制，如圖3所示。

4 報警功能以及歷史紀錄

TisNet-P600系統(tǒng)還具有完善的報警功能以及所需要的歷史紀錄。當某個參數(shù)達到報警設定時，該數(shù)據(jù)會閃爍并伴隨聲音報警。歷史紀錄根據(jù)需要可保存相應的時間。

5 結語

本方案是采用上海新華集團公司的TisNet-P600構成的DCS系統(tǒng)，系統(tǒng)功能強大，界面友好，軟件組態(tài)十分方便靈活，能實時修改參數(shù)或邏輯功能而無需編譯下裝程序，即改即得。該系統(tǒng)使得工程師在復雜的智能控制調(diào)試中，無論是修改程序還是訓練參數(shù)，都具有不可比擬的優(yōu)越性。該系統(tǒng)軟件及硬件穩(wěn)定可靠，完全可與進口系統(tǒng)媲美。