产生大量泡沫，抬高了发酵液液位，可能会出现逃液现象。传统手工控制时，常常不能及时发现泡沫的产生，即便发现泡沫也难以加入适量的消沫剂控制逃液。而消沫自控则能马上检测到泡沫的产生，并自动连续补加消沫剂，直到消除泡沫为止。优化工艺对发酵生产进行自动化控制，可由此得到大量实时准确的生产数据，这为优化生产工艺的研究和工艺改变提供了极大的帮助。发酵过程中以往传统的控制方法，均是以动力学为基础，采用最佳工艺控制点为依据的静态操作方法，这种控制忽略了发酵过程中的动态变化及其与其他发酵过程参数的关系，在生产控制过程中有较大的局限性。以动态生产实时数据为基础，我们可进行发酵新理论的研究和探索，即以细胞代谢流量分析与控制为核心的发酵工程学的观点，来控制发酵过程。自动化控制技术和发酵分析计算机软件的引入，使得研究细胞与工程水平问题并实现过程数据优化成为现实，通过不断的工艺优化，可使红霉素发酵水平发生巨大的变化，发酵生产得到质的飞跃。质量方面发酵液的组分与提炼收率和产品质量有着极为密切的联系，通过自控技术的引用，可大大改善发酵液的组分，使得主要组分如组分比例增大，而组分含毒性和组分含杂质相应降低，从而使提炼出来的产品质量得到大幅提升。经营方面红霉素产品产量和质量的提高，为生产经营创造了良好的内部环境，有利于营销战线掌握市场营销工作的主动，我们可通过优异的产品质量和相对较低的市场价格赢得市场的优势，从而可望带来崭新的营销工作新局面。三协作单位的选定理由协作单位的概况及其优势分析比较协作单位概况协作单位北京康拓生化控制工程公司即国家医药管理局控制工程中心成立于年月，隶属国家医药管理局，是家依托航天工业部研究所，实行企业化管理的研究开发事业单位。公司凭借所雄厚的技术力量和灵活的市场机制，建立了支人员素质高新技术开发和工程能力强的技术队伍，主要从事制药行业自动化控制技术的研究与开发应用。现有员工多名，其中研究员名，具有中高级以上职称的人，其余均为从事自控或相关专业的科技骨干。几年来，康拓公司的系统和产品已经成功地推广应用到几十家制药行业的十多个品种，经济效益显著，带动了整个行业生产水平的提高。协作单位优势分析与其他从事自控技术研究的单位相比，康拓公司具有以下优势技术力量雄厚，有国家医药管理局和航天部研究所作坚强的后盾专业性强，专门从事医药抗生素发酵领域的研究与开发工控产品质量过硬，康拓先后研制开发成功型智能补料控制器系列防污染控制装置生产过程控制系统及抗腐蚀耐高温控制阀门等系列优秀的工控产品实施能力强，多年来在抗生素发酵领域积累了大量的实施经验，并有许多成功的范例。与国内外同类系统或产品在性能价格服务等方面的比较发酵生产自动化控制工程主要采用美国公司最新生产集散控制系统，现场执行机构大多选用性能优越的国外产品或康拓公司自制产品，系统平均无故障时间不小于小时，可用率达到，与国内外其他系统如横河控制系统，西门子控制系统，欧陆控制系统相比具有很高的性能价格比，成熟性和可靠性都能够得到保证且技术水平位居世界领先行列。此外，在系统维护方面，康拓公司能够保证提供小时的电话支持服务和小时的现场服务，并能够及时供应各种系统维修配件。四项目的内容及目标项目的主要内容本项目将对我公司抗生素发酵规模较大的三个红霉素车间实现计算机自动化控制，主要内容包括二车间个大罐发酵体积六车间个大罐发酵体积九车间个大罐发酵体积共计发酵体积实现计算机自动化控制及与之配套的发酵工艺综合分析系统。主要技术参数有检测参数发酵温度罐压力空气流量值溶解氧空气流量发酵液体积尾气中的二氧化碳和二氧化碳含量以及公用系统的参数检测控制参数温度控制控制补料控制消沫控制空气流量控制等。项目的目标功能目标对抗生素发酵生产过程实现不间断连续监控，保证车间生产连续稳定安全高效运行满足生产工艺要求，具有现场操作参数修改报警显示实时和历史趋势显示报表自动生成以及打印输出等功能具有网络通讯数据库接口，可实现信息共享。性能目标系统的可靠性由于控制器端口与现场直接连接，因此对可靠性要求尤为严格，拟选用的集散控制系统的平均无故障时间应大于小时。系统的实时性对现场监控信息实施实时监测，系统采集信号时间必须满足发酵生产工艺要求，既采集参数时间为秒的实时要求。系统的安全性系统必须对系统管理员工程师和操作员设置不同的操作权限，要防止发生误操作和前生产过程，运用实现任意点任意时刻数据报表生成。下位机系统组态在系统组态中，对信号点定义均使用个字母，按如下方式定义物理量罐号特征如温度检测值物理量的符号温度压力流量值溶氧特征检测值设定值报警范围比例系数微分系数积分系数最大输出时间加热水最大时间大罐温度控制组态根据被控对象的要求，规划设定各输入输出模件和控制器的类型与地址，制定组态方案。以大罐温度控制为例，介绍用连续控制图实现连续控制的组态方案。见图图连续控制组态的方案在发酵过程中，微生物生长代谢大部分是产热过程，温度控制就是要将菌种生长过程控制在定温度范围。通常情况下，发酵罐的产热量大于散热量，因此我们实施的控制实际上是个降温过程。发酵罐的体积较大，且随着发酵过程的进行，发酵液体积也不断增大，因此系统的惯性和滞后较大，调节规律是最经典的控制方法。经典算法的方程式如下式中，控制的输入信号，般是指输入信号和反馈信号之差，这里指罐温度模拟值的输入值。控制的输出信号，般为受控对象的控制信号，这里指调节阀的阀位。控制比例系数。控制积分系数，这里指积分时间。控制微分系数，这里指微分时间。将式表为增量形式，即为在实际控制中，大多采用增量式算法，优点是第，计算机只输出增量，误差动作影响小，执行器只进行增量动作。第二，算式中不需要累加，增量大小只与近几次采样值有关。第三，对任何故障或切换冲击小。组态软件将运算模块化处理，在开发软件过程中，调用相应模块即可。见上图。模块软件包含了式的运算过程，根据生产工艺要求，修改模块中比例系数积分系数微分系数，正确完成模块内容组态，即实现了完整的运算。控制除此之外还有串级控制，串级加连锁控制等方式。模块是模块运算结果的赋值，增量的大小改变执行器的动作，实现温度的控制。空气流量水流量等参数的控制与大罐的温度控制过程致，且执行器均为调节阀。组态软件连续控制图还实现了其他运算模块化，如梯形逻辑运算布尔运算算术运算常用函数计算设定点程序报警等。控制组态以罐控制为例，介绍用梯形逻辑控制图实现逻辑控制的方案。发酵过程中值的变化决定着菌种的生产特性，准确检测值，以及将值控制在菌种生长的最佳条件，是发酵过程中至关重要的条件。般说来，抗生素发酵是个产酸过程，在生产过程中往往采用加碱水或氨水的方法调节值。发酵液值变化原因很多，主要原因是菌种自身的代谢特性。发酵罐体积较大，发酵液随着发酵过程的进行体积也不断增大，因此值也是个大惯性大滞后的控制对象。值控制的输出是开阀时间，通过控制开阀时间长短控制加氨量或加碱量，控制算法采用带时间比例的比例微分运算。算法的方程式如下用增量形式表示如下式中，第次采样值偏差，为上次偏差。比例系数。微分系数，这里指微分时间。若控制敏感精度在，讨论式运算，有以下几种情况按公式计算开阀，加碱返回值控制的软件开发是用梯形逻辑控制图实现的。补料控制组态以下介绍罐补料控制方案。补料控制的目的是不使菌种在发酵过程中耗尽基础料，导致生产环境破坏，终止代谢，影响产品的质量。补料计量是采用等时间间隔罐罐地向发酵罐注入料液，而且每罐料液放料过程可以采用脉冲流加方式，即多次少量逐渐放料，直至放完本罐，进入下个补料周期。其原理示意图如下视计算机或计量罐镜当补料过程工艺要求补料时，计算机发出补料指令，开始第周期补料过程，阀开，阀闭，料液注入补料罐，当料液触及到罐顶采样电极时，料液注满计量罐，或，计算机给出指令，阀闭，阀开。为保证料液匀速注入发酵罐，放料过程采用脉冲流加方式，分数次开，直至料液放完为止，进入下个补料周期，以次类推。计算机采集补料次数，根据计量罐地体积，计算出补料总量，并实时显示。补料控制过程需要几个参数补料速率每小时补料地体积，体积单位为。最大入料阀开阀时间最大出料阀开阀时间确定这几个参数，与补料过程出现意外有关，计算机根据此参数进行报警。上位机组态检测点和控制点确定以后，进行下位机组态，过程点数据留存在数据库中。服务器运行在网络操作系统环境下，采用以太网结构数据库协议，由于使用了这些工业标准化技术，因此很容易开发个集成的开放的监控系统。已有准备好的标准的组态界面，内容多样，形式丰富，也有为用户自己开发界面文件而设置的应用功能块。系统标准显示和功能有时间汇总显示操作组显示报警汇总显示趋势图显示报表汇总操作站状态显示通讯通道状态显示控制器状态显示组态菜单报表设计服务器维护着系统实时数据的采集，生成实时数据库，非常方便地通过网络来监控当前的生产过程，运用来实现任意点和任意时刻数据报表的自动生成。发酵工艺综合分析利用监控获得的罐上实时数据信息如温度压力溶解氧称重变频转速空气流量补料速率尾气氧和尾气二氧化碳等画出历史曲线，根据曲线图观察各参数对发酵过程的影响以及多种参数的综合作用所出现的现象从而对发酵全过程进行深入研究，达到优化生产工艺的目的。六工程费用计划及设备选型费用或设备项目产地或公司数量单位单价金额计算机及控制设备套仪器仪表康拓套执行机构康拓套传感器康拓套分析仪器和软件上海套设计调试集成等套辅材及配套改造等支付工程利息合计万元七项目实施计划项目实施计划时间表项目进度计划实施步骤目标完成时间第阶段完成二车间个大罐和九车间个大罐的计算机自动化控制年元月月第二阶段完成六车间个大罐的计算机自动化控制，并完成整体集成年月