新華TisNet-P600系統在制藥企業發酵系統中的應用

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,可以將發酵過程的控制方式組態為DCS分散控制系統，使得發酵系統整個生產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，對每個發酵罐上增加兩種補料系統，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方式編程，“畫面即組態，所見即所得”，在控制系統的監控畫面上可直接觀察各個罐的運行參數，對各參數進行修改設定。

1 TisNet-P600系統介紹

TisNet是新華集團公司推出的新一代基于網絡的智能工業信息化控制系統解決方案TisNet系列∶TisNet-P400、TisNet-P600、TisNet-XDC800 新華智能過程控制系統。系統控制功能分散、管理集中，集數據采集、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、面向整個生產過程的先進過程控制系統。

TisNet智能過程控制系統以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的操作和監控人機界面,靈活配置輸入輸出I/O模件、人機接口HMI，利用工業以太網實現現場信息采集和系統通訊，以靈活多樣的分布式I/O接受現場傳感檢測信號。新華TisNet采用可視化圖形組態技術,符合IEC 61131-3國際標準的編程軟件。該系統提供常用的現場設備信息及功能模塊,大大簡化組態工作。

TisNet系統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絡系統組成。

HMI人機操作接口站是操作人員對發酵系統DCS系統實現操作與控制的接口,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，存儲系統信息和過程控制策略與數據，通過冗余的實時數據網絡與HMI節點及其他XCU連接，通過I/O網絡與I/O站節點連接,提供雙向的信息交換，實現各種先進的控制策略，完成數據采集、模擬調節、順序控制、高級控制、專家系統以及其他不同用戶的特殊功能要求。分布式處理器XCU根據需要采用雙冗配置。

TisNet系統的I/O卡件是專為TisNet系統而設計的系列卡件，用于完成現場數據的實時采集與控制。

2 發酵系統控制方案

2.1 工藝簡介

藥品發酵就是細菌在適宜生長的環境下，補充適當的養料，以利于細菌快速生長。適宜的環境是發酵罐溫度恒定、溶解氧氣量恒定、PH值為中性。發酵是放熱過程，控制冷水調節閥開度，使進入發酵罐冷卻管冷水量變化，達到發酵罐溫度恒定；流量恒定，通過控制攪拌機轉速，使發酵罐內發酵液的溶解氧最佳；發酵是放酸過程，采樣測量PH值，使補堿通知加量變化,達到發酵罐內PH值為中性。糖、玉米漿是細菌生長過程中所需要的養料，根據發酵的不同周期，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

1）發酵罐溫度控制

發酵罐溫度控制是一個典型的單回路控制系統，因為PID控制穩態精度高的特點，采用PID控制方式，如圖1所示。

2）氧控制

氧控制是串級控制（外環為溶氧，內環為空氣流量）系統，如圖2所示。

3）PH 值控制

大罐PH值由采樣測量,根據實測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，通過調節長短可調節計量體積。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單向導電，容易使料液電解粘住電極，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，首次采用固態繼電器加以控制。使用1年多以來運行穩定可靠。具體實現為，固態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小時內所加料量積累。積累加量是在發酵周期內共加料量累計。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、計量系統等。

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溫度超出設定溫度范圍后溫度顯示數字變紅，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，表示可能出現逃液，要到現場查看。

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。當某個參數達到報警設定時，該數據會閃爍并伴隨聲音報警。歷史紀錄根據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，系統功能強大，界面友好，軟件組態十分方便靈活，能實時修改參數或邏輯功能而無需編譯下裝程序，即改即得。該系統使得工程師在復雜的智能控制調試中，無論是修改程序還是訓練參數，都具有不可比擬的優越性。該系統軟件及硬件穩定可靠，完全可與進口系統媲美。