自动控制系统在无菌结晶罐控制中的应用和设计

在制药行业中也面临按标准来规范作业流程生产工艺的问题,因此生产的关键设备就成了一个非常重要的生产瓶颈。而目前国内的许多制药厂所采用的重结晶工艺非常落后，达不到无菌要求结晶纯度不够，根本不能满足现代生产的需要，急需采用较先进的自动控制方式来解决问题。我公司与大连理工大学经过3年共同对自动化科技、自动化控制应用的开发和研究，对于本领域的应用已经在结晶方面有一定的经验。
一、FDP原料车间结晶罐工艺要求
     原料车间的结晶工艺的关键设备是结晶罐，在结晶过程有比较严格的工艺要求：

    1． 无菌无人操作，手动和自动双模式，三方按钮控制。
    2． 冷却水的高精度温度控制（±0.1C°）
    3． 冷却时间控制
    4． 结晶罐内温度显示

    根据上述的工艺要求，我们在原设备进行了优化实验，经过多次验证和对程序的优化，能够达到工艺要求。系统采用较先进的自动控制方式。
二、结晶罐温度控制系统设计方案
    为达到上述生产工艺要求，系统采用各控制点分别采用单点高精度控制器进行单独控制，各参数点分别采用单独的数据采集设备进行单独采集，将所有数据传送至中心计算机进行集中显示、分析和处理。系统结构如图所示：
    运行在32位Windows NT网络平台上，可挂接局域网或广域网，并和程控网、工厂数据库等连接，从工程师站及现场控制站提供资料存取、历史数据采集、报警事件处理及为工厂数据库提供资 料存取服务。
三、系统硬件
    系统硬件主要包括AI程序调节器、工业控制计算机、电动执行器，传感器等
图1：无菌、无人重结晶室 、三方控制系统流程图
 
图2：电器控制回路原理图

四、仪表选型及参数和自整定

    1．结晶罐的程序升温控制0～50.00 C°。传感器PT100要求显示2位小数，输出4～20mA信号给调节阀，间接控制冷却水罐的温度（±0.1C°），正负偏差报警，正作用调节。

    选：增强型30段程序控制人工智能调节器AI-808PAXL2L2S4

    输入：PTI00铂电阻显示二位小数，采用自定义输入规格Sn=10根据法执: 计算A01=1×1＋0×8＋1×16＋3×64＝209,A02=8333 A03=3209 A04=6418 d00 d01等参数,采用表格输出值就是显示值如下：将表格内参数输入仪表。

    输出：控制电子调节阀选X模块；设置参数O p t =4输出4～20mA电流
    正负偏差报警：选L2 、L2模块；设置参数AOP=0035正偏差则由AL1输出；负偏差则由AU1输出
    通讯：选S4通讯模块；注：配置多个模块时信号之间要电气相互隔离。
    注：参数表可根据实际工艺要求修改 

    手动自整定：由于自整定执行时采用位式调节。此系统采用的执行器是调节阀，输出不允许大幅度的波动，故采用手动自整定。此仪表是程序表AI-808PXL2L2S4首先设定好程序，

    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
    请将*段温度C 01 =改成常用温度5度
    *步：按启动运行（run）
    第二步：按手动/自动切换A/M键切手动
    第三步：先用手动方式进行调节阀门，等手动调节基本稳定后，再在手动状态下启动自整定，按A/M键2秒钟出现“At”字样，此时仪表输出值限制在当前手动值±10％的范围，而不是OPL及OPH定义的范围，从而避免了生产现场不允许阀门大幅度变化的现象。经2～3次振荡后，显示器停止闪动“At”字样即可。此时自整定参数M5、P、t自动计算出控制参数。

    此外，当被控物理量反应快速时，手动自整定方式能获得更准确的自整定效果。
    自定结束后恢复工艺程序，即可投入运行。

    2．系统温度采集0～50.0℃,传感器PT100铂电阻三线制，1位小数，上下限报警。三线制输入选J0模块。
    选：4路显示报警仪AI-704MAJ0J0J0L2L2S   
    注：参数表可根据实际工艺要求修改
 
3．远程电机三方控制启停。
    计算机远程控制电机启动/停止要模拟手动按钮操作方式，要达到此要求，是为了保护电机热过载后，电机自保持失效
    选：4路开关量输出模块AI-301ME5L4L5L4S

    模块要求：
    输出有常开/常闭继电器L4、L4模块
    输出这有常开继电器L5模块
    输入动画反馈I5、I5模块
    电器连接（见图二）

在软件组态时
    启动电机：下传L5常开继电器触点闭合命令，1秒钟后下传继电器触点释放命令
    停止电机：下传L4常闭继电器触点断开命令，1秒钟后下传继电器触点恢复常闭命令
  
五、系统软件功能
    实时数据显示：现场智能仪表的各种数据通过现场总线上传至上位计算机，在上位机中被测对象的数值将在流程图以及单仪表窗口内以数值、曲线、棒图等形式体现。 
    历史数据显示：系统运行过程中的各种数据被采集后存入历史数据库中，用户可以随意的从历史库中调出任一组数据进行分析。历史数据还可以以趋势曲线的形式进行显示，用户可以通过历史曲线了解某些物理量在一段时间内的变化趋势。
    图形显示：根据系统运行的需要，可随时从上位机中调出反应实际工艺的流程图，从而以更为直观的方式把握系统的运行状态。
    数据报表打印：该软件根据用户要求提供了多种数据报表，包括普通日报表、月报表、年报表、累计流量报表等，可随时打印输出。
   
    数据输入及参数修改：系统运行时，用户可在上位机上输入控制信息，这些信息通过现场总线传输到现场智能仪表中，控制现场仪表的运行，也可以在现场对智能仪表直接进行调整。
    报警处理：当现场仪表的测量值偏离正常值时，现场仪表就向上位机传送报警信息，上位机在接收到报警信号后将自动在屏幕上给出报警提示，并更新报警列表。
    人机接口：对现场智能仪表的管理和监控由控制室中的上位机完成，操作人员通过计算机发出监控指令，完成对现场仪表的控制和调节。同时，还可通过计算机显示器获取工业现场的测量数据和状态信息。也可以在现场对智能仪表直接进行控制和调节。故障时可以采用手动控制，保证工艺的完整。

三合企业：宁波华子制药设备制造有限公司

                                         宁波象山三合工程设备有限公司

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