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

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(gè)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(jìn)的自動(dòng)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(duì)自動(dòng)化科技、自動(dòng)化控制應(yīng)用的開發(fā)和研究，對(duì)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(yàn)。
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(dòng)和自動(dòng)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(shí)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?cè)谠O(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過多次驗(yàn)證和對(duì)程序的優(yōu)化，能夠達(dá)到工藝要求。系統(tǒng)采用較先進(jìn)的自動(dòng)控制方式。
二、結(jié)晶罐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
    為達(dá)到上述生產(chǎn)工藝要求，系統(tǒng)采用各控制點(diǎn)分別采用單點(diǎn)高精度控制器進(jìn)行單獨(dú)控制，各參數(shù)點(diǎn)分別采用單獨(dú)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)采集，將所有數(shù)據(jù)傳送至中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中顯示、分析和處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示：
    運(yùn)行在32位Windows NT網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)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(chǎng)控制站提供資料存取、歷史數(shù)據(jù)采集、報(bào)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(jì)算機(jī)、電動(dòng)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(hào)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(bào)警，正作用調(diào)節(jié)。

    選：增強(qiáng)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(jì)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(bào)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(gè)模塊時(shí)信號(hào)之間要電氣相互隔離。
    注：參數(shù)表可根據(jù)實(shí)際工藝要求修改 

    手動(dòng)自整定：由于自整定執(zhí)行時(shí)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(dòng)，故采用手動(dòng)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(qǐng)將*段溫度C 01 =改成常用溫度5度
    *步：按啟動(dòng)運(yùn)行（run）
    第二步：按手動(dòng)/自動(dòng)切換A/M鍵切手動(dòng)
    第三步：先用手動(dòng)方式進(jìn)行調(diào)節(jié)閥門，等手動(dòng)調(diào)節(jié)基本穩(wěn)定后，再在手動(dòng)狀態(tài)下啟動(dòng)自整定，按A/M鍵2秒鐘出現(xiàn)“At”字樣，此時(shí)儀表輸出值限制在當(dāng)前手動(dòng)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(chǎng)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(dòng)“At”字樣即可。此時(shí)自整定參數(shù)M5、P、t自動(dòng)計(jì)算出控制參數(shù)。

    此外，當(dāng)被控物理量反應(yīng)快速時(shí)，手動(dòng)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(yùn)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(bào)警。三線制輸入選J0模塊。
    選：4路顯示報(bào)警儀AI-704MAJ0J0J0L2L2S   
    注：參數(shù)表可根據(jù)實(shí)際工藝要求修改
 
3．遠(yuǎn)程電機(jī)三方控制啟停。
    計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制電機(jī)啟動(dòng)/停止要模擬手動(dòng)按鈕操作方式，要達(dá)到此要求，是為了保護(hù)電機(jī)熱過載后，電機(jī)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(dòng)畫反饋I5、I5模塊
    電器連接（見圖二）

在軟件組態(tài)時(shí)
    啟動(dòng)電機(jī)：下傳L5常開繼電器觸點(diǎn)閉合命令，1秒鐘后下傳繼電器觸點(diǎn)釋放命令
    停止電機(jī)：下傳L4常閉繼電器觸點(diǎn)斷開命令，1秒鐘后下傳繼電器觸點(diǎn)恢復(fù)常閉命令
  
五、系統(tǒng)軟件功能
    實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示：現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的各種數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場(chǎng)總線上傳至上位計(jì)算機(jī)，在上位機(jī)中被測(cè)對(duì)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(yùn)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(jìn)行分析。歷史數(shù)據(jù)還可以以趨勢(shì)曲線的形式進(jìn)行顯示，用戶可以通過歷史曲線了解某些物理量在一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢(shì)。
    圖形顯示：根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行的需要，可隨時(shí)從上位機(jī)中調(diào)出反應(yīng)實(shí)際工藝的流程圖，從而以更為直觀的方式把握系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
    數(shù)據(jù)報(bào)表打?。涸撥浖鶕?jù)用戶要求提供了多種數(shù)據(jù)報(bào)表，包括普通日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、年報(bào)表、累計(jì)流量報(bào)表等，可隨時(shí)打印輸出。
   
    數(shù)據(jù)輸入及參數(shù)修改：系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，用戶可在上位機(jī)上輸入控制信息，這些信息通過現(xiàn)場(chǎng)總線傳輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)智能儀表中，控制現(xiàn)場(chǎng)儀表的運(yùn)行，也可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)智能儀表直接進(jìn)行調(diào)整。
    報(bào)警處理：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)儀表的測(cè)量值偏離正常值時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)儀表就向上位機(jī)傳送報(bào)警信息，上位機(jī)在接收到報(bào)警信號(hào)后將自動(dòng)在屏幕上給出報(bào)警提示，并更新報(bào)警列表。
    人機(jī)接口：對(duì)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表的管理和監(jiān)控由控制室中的上位機(jī)完成，操作人員通過計(jì)算機(jī)發(fā)出監(jiān)控指令，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的控制和調(diào)節(jié)。同時(shí)，還可通過計(jì)算機(jī)顯示器獲取工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息。也可以在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)智能儀表直接進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。故障時(shí)可以采用手動(dòng)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

                                         寧波象山三合工程設(shè)備有限公司

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