自動控制系統(tǒng)在無菌結(jié)晶罐控制中的應(yīng)用和設(shè)計

在制藥行業(yè)中也面臨按標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范作業(yè)流程生產(chǎn)工藝的問題,因此生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備就成了一個非常重要的生產(chǎn)瓶頸。而目前國內(nèi)的許多制藥廠所采用的重結(jié)晶工藝非常落后，達(dá)不到無菌要求結(jié)晶純度不夠，根本不能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需要，急需采用較先進的自動控制方式來解決問題。我公司與大連理工大學(xué)經(jīng)過3年共同對自動化科技、自動化控制應(yīng)用的開發(fā)和研究，對于本領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)在結(jié)晶方面有一定的經(jīng)驗。
一、FDP原料車間結(jié)晶罐工藝要求
     原料車間的結(jié)晶工藝的關(guān)鍵設(shè)備是結(jié)晶罐，在結(jié)晶過程有比較嚴(yán)格的工藝要求：

    1． 無菌無人操作，手動和自動雙模式，三方按鈕控制。
    2． 冷卻水的高精度溫度控制（±0.1C°）
    3． 冷卻時間控制
    4． 結(jié)晶罐內(nèi)溫度顯示

    根據(jù)上述的工藝要求，我們在原設(shè)備進行了優(yōu)化實驗，經(jīng)過多次驗證和對程序的優(yōu)化，能夠達(dá)到工藝要求。系統(tǒng)采用較先進的自動控制方式。
二、結(jié)晶罐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計方案
    為達(dá)到上述生產(chǎn)工藝要求，系統(tǒng)采用各控制點分別采用單點高精度控制器進行單獨控制，各參數(shù)點分別采用單獨的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進行單獨采集，將所有數(shù)據(jù)傳送至中心計算機進行集中顯示、分析和處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：
    運行在32位Windows NT網(wǎng)絡(luò)平臺上，可掛接局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)，并和程控網(wǎng)、工廠數(shù)據(jù)庫等連接，從工程師站及現(xiàn)場控制站提供資料存取、歷史數(shù)據(jù)采集、報警事件處理及為工廠數(shù)據(jù)庫提供資 料存取服務(wù)。
三、系統(tǒng)硬件
    系統(tǒng)硬件主要包括AI程序調(diào)節(jié)器、工業(yè)控制計算機、電動執(zhí)行器，傳感器等
圖1：無菌、無人重結(jié)晶室 、三方控制系統(tǒng)流程圖
 
圖2：電器控制回路原理圖

四、儀表選型及參數(shù)和自整定

    1．結(jié)晶罐的程序升溫控制0～50.00 C°。傳感器PT100要求顯示2位小數(shù)，輸出4～20mA信號給調(diào)節(jié)閥，間接控制冷卻水罐的溫度（±0.1C°），正負(fù)偏差報警，正作用調(diào)節(jié)。

    選：增強型30段程序控制人工智能調(diào)節(jié)器AI-808PAXL2L2S4

    輸入：PTI00鉑電阻顯示二位小數(shù)，采用自定義輸入規(guī)格Sn=10根據(jù)法執(zhí): 計算A01=1×1＋0×8＋1×16＋3×64＝209,A02=8333 A03=3209 A04=6418 d00 d01等參數(shù),采用表格輸出值就是顯示值如下：將表格內(nèi)參數(shù)輸入儀表。

    輸出：控制電子調(diào)節(jié)閥選X模塊；設(shè)置參數(shù)O p t =4輸出4～20mA電流
    正負(fù)偏差報警：選L2 、L2模塊；設(shè)置參數(shù)AOP=0035正偏差則由AL1輸出；負(fù)偏差則由AU1輸出
    通訊：選S4通訊模塊；注：配置多個模塊時信號之間要電氣相互隔離。
    注：參數(shù)表可根據(jù)實際工藝要求修改 

    手動自整定：由于自整定執(zhí)行時采用位式調(diào)節(jié)。此系統(tǒng)采用的執(zhí)行器是調(diào)節(jié)閥，輸出不允許大幅度的波動，故采用手動自整定。此儀表是程序表AI-808PXL2L2S4首先設(shè)定好程序，

    第1段C 01 = 30 t 01 = 60
    第2段C 02 = 5 t 02 = 30
    第3段C 03=5 t 03 =－121
    請將*段溫度C 01 =改成常用溫度5度
    *步：按啟動運行（run）
    第二步：按手動/自動切換A/M鍵切手動
    第三步：先用手動方式進行調(diào)節(jié)閥門，等手動調(diào)節(jié)基本穩(wěn)定后，再在手動狀態(tài)下啟動自整定，按A/M鍵2秒鐘出現(xiàn)“At”字樣，此時儀表輸出值限制在當(dāng)前手動值±10％的范圍，而不是OPL及OPH定義的范圍，從而避免了生產(chǎn)現(xiàn)場不允許閥門大幅度變化的現(xiàn)象。經(jīng)2～3次振蕩后，顯示器停止閃動“At”字樣即可。此時自整定參數(shù)M5、P、t自動計算出控制參數(shù)。

    此外，當(dāng)被控物理量反應(yīng)快速時，手動自整定方式能獲得更準(zhǔn)確的自整定效果。
    自定結(jié)束后恢復(fù)工藝程序，即可投入運行。

    2．系統(tǒng)溫度采集0～50.0℃,傳感器PT100鉑電阻三線制，1位小數(shù)，上下限報警。三線制輸入選J0模塊。
    選：4路顯示報警儀AI-704MAJ0J0J0L2L2S   
    注：參數(shù)表可根據(jù)實際工藝要求修改
 
3．遠(yuǎn)程電機三方控制啟停。
    計算機遠(yuǎn)程控制電機啟動/停止要模擬手動按鈕操作方式，要達(dá)到此要求，是為了保護電機熱過載后，電機自保持失效
    選：4路開關(guān)量輸出模塊AI-301ME5L4L5L4S

    模塊要求：
    輸出有常開/常閉繼電器L4、L4模塊
    輸出這有常開繼電器L5模塊
    輸入動畫反饋I5、I5模塊
    電器連接（見圖二）

在軟件組態(tài)時
    啟動電機：下傳L5常開繼電器觸點閉合命令，1秒鐘后下傳繼電器觸點釋放命令
    停止電機：下傳L4常閉繼電器觸點斷開命令，1秒鐘后下傳繼電器觸點恢復(fù)常閉命令
  
五、系統(tǒng)軟件功能
    實時數(shù)據(jù)顯示：現(xiàn)場智能儀表的各種數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線上傳至上位計算機，在上位機中被測對象的數(shù)值將在流程圖以及單儀表窗口內(nèi)以數(shù)值、曲線、棒圖等形式體現(xiàn)。 
    歷史數(shù)據(jù)顯示：系統(tǒng)運行過程中的各種數(shù)據(jù)被采集后存入歷史數(shù)據(jù)庫中，用戶可以隨意的從歷史庫中調(diào)出任一組數(shù)據(jù)進行分析。歷史數(shù)據(jù)還可以以趨勢曲線的形式進行顯示，用戶可以通過歷史曲線了解某些物理量在一段時間內(nèi)的變化趨勢。
    圖形顯示：根據(jù)系統(tǒng)運行的需要，可隨時從上位機中調(diào)出反應(yīng)實際工藝的流程圖，從而以更為直觀的方式把握系統(tǒng)的運行狀態(tài)。
    數(shù)據(jù)報表打?。涸撥浖鶕?jù)用戶要求提供了多種數(shù)據(jù)報表，包括普通日報表、月報表、年報表、累計流量報表等，可隨時打印輸出。
   
    數(shù)據(jù)輸入及參數(shù)修改：系統(tǒng)運行時，用戶可在上位機上輸入控制信息，這些信息通過現(xiàn)場總線傳輸?shù)浆F(xiàn)場智能儀表中，控制現(xiàn)場儀表的運行，也可以在現(xiàn)場對智能儀表直接進行調(diào)整。
    報警處理：當(dāng)現(xiàn)場儀表的測量值偏離正常值時，現(xiàn)場儀表就向上位機傳送報警信息，上位機在接收到報警信號后將自動在屏幕上給出報警提示，并更新報警列表。
    人機接口：對現(xiàn)場智能儀表的管理和監(jiān)控由控制室中的上位機完成，操作人員通過計算機發(fā)出監(jiān)控指令，完成對現(xiàn)場儀表的控制和調(diào)節(jié)。同時，還可通過計算機顯示器獲取工業(yè)現(xiàn)場的測量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。也可以在現(xiàn)場對智能儀表直接進行控制和調(diào)節(jié)。故障時可以采用手動控制，保證工藝的完整。

三合企業(yè)：寧波華子制藥設(shè)備制造有限公司

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