抗生素發(fā)酵生產(chǎn)自動化可行性研究報告

1 抗生素發(fā)酵生產(chǎn)自動化控制（ 程 可行性研究報告 抗生素發(fā)酵生產(chǎn)自動化控制 (程 可行性研究報告 一、概述 2 1項目概況 1 1 項目名稱：抗生素發(fā)酵生產(chǎn)自動化控制（ 程 1 2 項目承擔(dān)單位：岳陽中湘 1 3 項目負(fù)責(zé)人： 4 項目起止時間： 2001年元月 2002年 6月 1 5 項目主管部門：湖南省信息產(chǎn)業(yè)廳 1 6 項目簡要內(nèi)容及實施目標(biāo)：利用計算機集散控制技術(shù)實現(xiàn)公司主要抗生素生產(chǎn)車間（包括六 、九、十車間共計 1495發(fā)酵自動化控制。 2企業(yè)概況 2 1 企業(yè)簡介 2 1 1 企業(yè)名稱：岳陽中湘 2 1 2 法定代表人 ： 1 3 所有制性質(zhì)：國有獨資 2 1 4 隸屬關(guān)系：中國醫(yī)藥集團總公司下屬中國醫(yī)藥工業(yè)公司的全資子公司 2 1 5 企業(yè)地址：湖南省岳陽市 2 1 6 電話： 07308 1 7 郵政編碼： 414000 2 2 人員情況 2 2 1 職工總數(shù)： 2053人 2 2 2 工程技術(shù)人員： 605人 其中 高級職稱： 11人 中級職稱： 175 人 初級職稱： 419 人 2 2 3 計算機、自控及相關(guān)專業(yè)人數(shù)： 28人 2 3 企業(yè)資產(chǎn)信用狀況 2 3 1 資產(chǎn)總額： 42386 萬元 2 3 2 固定資產(chǎn)原值： 29248 萬元 2 3 3 固定資產(chǎn)凈值： 22368 萬元 2 3 4 流動資產(chǎn)： 17405 萬元 2 3 5 負(fù)債總額： 31726 萬元 2 3 6 流動負(fù)債： 12584 萬元 2 3 7 所有者權(quán)益總額： 10659 萬元 2 3 8 收入總額： 25628 萬元 3 2 3 9 主要營業(yè)收入： 25628 萬元 2 3 10 稅后利潤總額： 1605 萬元 2 3 11 銀行借款總額： 19628 萬元 2 3 12 銀行信用等級： 2 3 13 稅務(wù)局情況記錄：納稅先進單位 2 4 企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營情況 岳陽中湘 同時生產(chǎn)制劑、中成藥的大型醫(yī)藥企業(yè)，現(xiàn)有六條抗生素原料生產(chǎn)線（其發(fā)酵規(guī)模名列全國同行業(yè)廠家第四位）、三條合成藥生產(chǎn)線、一個制劑分廠、一個藥物研究所，下轄五個子公司和一個合資公司。 1999年完成工業(yè)總產(chǎn)值 43557 萬元，銷售收入 22794 萬元，上交利稅 1463 萬元，實現(xiàn)利潤 1129 萬元； 2000年完成工業(yè)總產(chǎn)值 49821 萬元，銷售收入 24848 萬元，上交利稅 1554 萬元，實現(xiàn)利潤 1325萬元。公司有自營進出口權(quán)，產(chǎn)品暢銷全國各地，遠銷東南亞、意大利、西班牙、東歐等國家，國家級新藥 阿瑞被列為國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃。 二、項目開發(fā)的必要性 1項目提出的背景 中湘 年來一直主要生產(chǎn)紅霉素、螺旋霉素等抗生素原料系列產(chǎn)品。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、融資渠道不暢、設(shè)備裝備水平較低、營銷網(wǎng)絡(luò)不夠健全、信息收集手段落后等多方面因素的影響，中湘 別是在 90年代末期表現(xiàn)得尤為突出。 1996至 1998年，企業(yè)連續(xù)三年虧損，生產(chǎn)經(jīng)營舉步維艱。 1999年，公司決策層實施戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整，提出原料藥、制劑藥和中成藥三分天下、齊頭并進的發(fā)展思路，并通過實施兼并 重組、技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備改造、健全營銷網(wǎng)絡(luò)等諸多強有力措施，一舉扭轉(zhuǎn)了生產(chǎn)經(jīng)營的被動局面，當(dāng)年實現(xiàn)了扭虧為盈的目標(biāo)。但日趨激烈的市場競爭態(tài)勢迫使我們必須更加冷靜地面對現(xiàn)實，中國加入世界貿(mào)易組織既給我們帶來了發(fā)展的機遇，又使我們面臨著更大的挑戰(zhàn)。 2000年，國內(nèi)市場上隨著系列紅霉素衍生物的不斷開發(fā)問世，紅霉素原料藥的市場需求量相應(yīng)地得到了增長，但紅霉素原料藥的生產(chǎn)廠家也在不斷地增多，紅霉素原料市場總的趨勢是供大于求，一場沒有硝煙的價格大戰(zhàn)已經(jīng)打響；國際市場方面則表現(xiàn)為歐洲發(fā)達國家有大量進口中國紅霉素原料藥的跡象， 但進口的門檻較高，對產(chǎn)品的質(zhì)量提出了更高的要求。作為紅霉素老牌生產(chǎn)廠家，我們惟有進一步加快技術(shù)創(chuàng)新的步伐，努力降低產(chǎn)品制造成本，全面增 4 強企業(yè)的競爭能力，才能在如此激烈的市場競爭環(huán)境下站穩(wěn)腳跟，并據(jù)此獲得出口的先機。 眾所周知，利用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)已在我國開展了十幾年的科學(xué)實踐，自動化控制技術(shù)在醫(yī)藥、化工等領(lǐng)域的研究與應(yīng)用出現(xiàn)了大量成功的范例。雖然紅霉素具有生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)過程復(fù)雜、控制難度大等特點，但我們?nèi)匀粚?yīng)用和研究 “紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)自動化控制 ”抱有信心。在反復(fù)考察論證的基礎(chǔ)上，我們提出了 “應(yīng)用計算機 自動化技術(shù)控制發(fā)酵生產(chǎn)，改造傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝過程，提高紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)水平 ”的技術(shù)創(chuàng)新思路。 2000年，湖南省電子信息系統(tǒng)推廣應(yīng)用工作小組辦公室下達了關(guān)于申報 2001年電子信息應(yīng)用貸款項目的通知，我們決定將 “抗生素發(fā)酵自動化控制（ 程 ”作為國家倍增計劃貸款貼息項目進行申報，以借助國家資金扶助將企業(yè)信息化工作推上一個新的臺階。 2國內(nèi)外同類項目的應(yīng)用情況 2 1項目的工作原理 抗生素發(fā)酵工藝生產(chǎn)過程是生物、化學(xué)和工程等學(xué)科的理論和技術(shù)的綜合利用，其機理十分復(fù)雜，控制過程非常困難?？股匕l(fā)酵計算機控制 就是通過對菌種的環(huán)境條件要求和代謝變化規(guī)律各參數(shù)的變化進行測量，結(jié)合代謝調(diào)控的基礎(chǔ)理論來有效地控制發(fā)酵，使菌種的代謝變化沿著最佳的方向進行，以較低的能量和物料消耗生產(chǎn)更多的發(fā)酵產(chǎn)品。 2 2 國內(nèi)外應(yīng)用情況 國外的工業(yè)控制起步較早，特別是美國、日本和德國等西方資本主義國家，在醫(yī)藥生產(chǎn)領(lǐng)域有著很高的計算機控制水平，但為了追求巨額利潤，發(fā)達國家一般將主要精力放在成品藥的制作、研究和控制上。我國是抗生素原料藥的生產(chǎn)大國，但生產(chǎn)技術(shù)水平落后，以手工操作方式為主，生產(chǎn)效益低。直到八十年代中期，原國家醫(yī)藥局和國務(wù)院電振 辦才把用先進的電子信息技術(shù)、控制技術(shù)改造傳統(tǒng)醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)列為 “八五 ”、“九五 ”期間的工作重點。目前，計算機控制技術(shù)在青霉素、土霉素、金霉素等產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)過程中取得了較大的突破，技術(shù)水平已接近國外先進水平。但紅霉素發(fā)酵具有周期長、中間補料多、控制復(fù)雜等特點，對紅霉素發(fā)酵進行自動化控制的研究和應(yīng)用工作一直沒有重大進展。 3該項目開發(fā)前與投入使用后，企業(yè)在生產(chǎn)、經(jīng)營、質(zhì)量、技術(shù)與管理等方面的變化及成效 紅霉素發(fā)酵自動化控制項目投入正常使用后，企業(yè)可望取得非常顯 5 著的生產(chǎn)經(jīng)營成效，具體可表現(xiàn)為以下幾個方面： 3 1生 產(chǎn)方面 適時的參數(shù)檢測和控制將使發(fā)酵生產(chǎn)更加穩(wěn)定，生產(chǎn)產(chǎn)量由此可得到大幅度的提高。 3 2管理方面 數(shù)據(jù)記錄：真實可靠，實時記錄，避免了過去人工記錄數(shù)據(jù)的隨意性和錯誤； 工作監(jiān)督：從記錄的數(shù)據(jù)可以隨時檢查生產(chǎn)的正常與否，可增強工人的責(zé)任心，協(xié)助車間管理人員開展生產(chǎn)的督察工作； 職工培訓(xùn)：自動化控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的輔助生產(chǎn)系統(tǒng)，對操作和維護管理人員素質(zhì)要求較高，圍繞自控系統(tǒng)開展的各項培訓(xùn)工作可提高職工的技能水平； 決策調(diào)度：公司領(lǐng)導(dǎo)和生產(chǎn)調(diào)度等各級管理人員通過網(wǎng)絡(luò)可實時查詢生產(chǎn)信息，增強了生產(chǎn)決策和 生產(chǎn)調(diào)度的科學(xué)性和合理性。 3 3技術(shù)方面 補料自控：補料自控改變了傳統(tǒng)的補料方式。傳統(tǒng)補料方式是每隔較長一段時間一次性大批量的補加料液，這對微生物的生長環(huán)境產(chǎn)生巨大沖擊，影響發(fā)酵水平；自控補料則是根據(jù)設(shè)定好的補料速度，連續(xù)均勻少量地補加營養(yǎng)物質(zhì)，由于連續(xù)補料對微生物生產(chǎn)環(huán)境沖擊減少，從而達到提高發(fā)酵水平的目的。 消沫自控：在發(fā)酵期間，有時微生物生長旺盛，產(chǎn)生大量泡沫，抬高了發(fā)酵液液位，可能會出現(xiàn)逃液現(xiàn)象。傳統(tǒng)手工控制時，常常不能及時發(fā)現(xiàn)泡沫的產(chǎn)生，即便發(fā)現(xiàn)泡沫也難以加入適量的消沫劑控制逃液。而消沫自控 則能馬上檢測到泡沫的產(chǎn)生，并自動連續(xù)補加消沫劑，直到消除泡沫為止。 優(yōu)化工藝：對發(fā)酵生產(chǎn)進行自動化控制，可由此得到大量實時準(zhǔn)確的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，這為優(yōu)化生產(chǎn)工藝的研究和工藝改變提供了極大的幫助。發(fā)酵過程中以往傳統(tǒng)的控制方法，均是以動力學(xué)為基礎(chǔ)，采用最佳工藝控制點為依據(jù)的靜態(tài)操作方法，這種控制忽略了發(fā)酵過程中的動態(tài)變化及其與其他發(fā)酵過程參數(shù)的關(guān)系，在生產(chǎn)控制過程中有較大的局限性。以動態(tài)生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，我們可進行發(fā)酵新理論的研究和探索，即以細胞代謝流量分析與控制為核心的發(fā)酵工程學(xué)的觀點，來控制發(fā)酵過程。自動化控 制技術(shù)和發(fā)酵分析計算機軟件的引入，使得研究細胞與工程水平問題并實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)優(yōu)化成為現(xiàn)實，通過不斷的工藝優(yōu)化，可使紅霉素發(fā)酵水平發(fā)生巨大的變化，發(fā)酵生產(chǎn)得到質(zhì)的飛躍。 6 3 4質(zhì)量方面 發(fā)酵液的組分與提煉收率和產(chǎn)品質(zhì)量有著極為密切的聯(lián)系，通過自控技術(shù)的引用，可大大改善發(fā)酵液的組分，使得主要組分（如 例增大，而 毒性）和 雜質(zhì)）相應(yīng)降低，從而使提煉出來的產(chǎn)品質(zhì)量得到大幅提升。 3 5經(jīng)營方面 紅霉素產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高，為生產(chǎn)經(jīng)營創(chuàng)造了良好的內(nèi)部環(huán)境，有利于營銷戰(zhàn)線掌握市場營銷工作的主 動，我們可通過優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量和相對較低的市場價格贏得市場的優(yōu)勢，從而可望帶來嶄新的營銷工作新局面。 三、協(xié)作單位的選定理由 1協(xié)作單位的概況及其優(yōu)勢分析比較 1 1 協(xié)作單位概況 協(xié)作單位北京康拓生化控制工程公司（即國家醫(yī)藥管理局控制工程中心）成立于 1993年 7月，隸屬國家醫(yī)藥管理局，是一家依托航天工業(yè)部 502研究所，實行企業(yè)化管理的研究開發(fā)事業(yè)單位。公司憑借 502所雄厚的技術(shù)力量和靈活的市場機制，建立了一支人員素質(zhì)高、新技術(shù)開發(fā)和工程能力強的技術(shù)隊伍，主要從事制藥行業(yè)自動化控制技術(shù)的研 究與開發(fā)應(yīng)用?，F(xiàn)有員工 30多名，其中研究員一名，具有中高級以上職稱的18人，其余均為從事自控或相關(guān)專業(yè)的科技骨干。幾年來，康拓公司的系統(tǒng)和產(chǎn)品已經(jīng)成功地推廣應(yīng)用到幾十家制藥行業(yè)的十多個品種，經(jīng)濟效益顯著，帶動了整個行業(yè)生產(chǎn)水平的提高。 1 2 協(xié)作單位優(yōu)勢分析 與其他從事自控技術(shù)研究的單位相比，康拓公司具有以下優(yōu)勢： 技術(shù)力量雄厚，有國家醫(yī)藥管理局和航天部 502研究所作堅強的后盾； 2 專業(yè)性強，專門從事醫(yī)藥抗生素發(fā)酵領(lǐng)域的研究與開發(fā)； 工控產(chǎn)品質(zhì)量過硬，康拓先后研制開發(fā)成功 列防 污染控制裝置、生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)及抗腐蝕、耐高溫控制閥門等一系列優(yōu)秀的工控產(chǎn)品； 實施能力強，多年來在抗生素發(fā)酵領(lǐng)域積累了大量的實施經(jīng)驗，并有許多成功的范例。 2與國內(nèi)外同類系統(tǒng)或產(chǎn)品在性能、價格、服務(wù)等方面的比較 程主要采用美國 最新生產(chǎn) 場執(zhí)行機構(gòu)大多選用性能優(yōu)越的國外產(chǎn)品或康拓公司自制產(chǎn)品，系統(tǒng)平均無故障時間不小于 30000小時，可用率達到 與國內(nèi)外其他系統(tǒng)（如橫河 門子控制系統(tǒng) ，歐陸控制系統(tǒng)）相比具有很高的性能價格比，成熟性和可靠性都能夠得到保證且技術(shù)水平位居世界領(lǐng)先行列。此外，在系統(tǒng)維護方面，康拓公司能夠保證提供 24小時的電話支持服務(wù)和 48小時的現(xiàn)場服務(wù)，并能夠及時供應(yīng)各種系統(tǒng)維修配件。 四、項目的內(nèi)容及目標(biāo) 1項目的主要內(nèi)容 本項目將對我公司抗生素發(fā)酵規(guī)模較大的三個紅霉素車間實現(xiàn)計算機自動化控制，主要內(nèi)容包括： 二車間 14個大罐 385 六車間 14個大罐 780 九車間 10個大罐 330 共計 1495套的發(fā)酵工藝綜合分析系統(tǒng)。 主要技術(shù)參數(shù)有： 1 1檢測參數(shù)：發(fā)酵溫度、罐壓力、空氣流量、 解氧、空氣流量、發(fā)酵液體積、尾氣中的二氧化碳和二氧化碳含量以及公用系統(tǒng)的參數(shù)檢測； 1 2控制參數(shù)：溫度控制、 料控制、消沫控制、空氣流量控制等。 2項目的目標(biāo) 2 1 功能目標(biāo) 2 1 1對抗生素發(fā)酵生產(chǎn)過程實現(xiàn)不間斷連續(xù)監(jiān)控，保證車間生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定、安全、高效運行； 2 1 2滿足生產(chǎn)工藝要求，具有現(xiàn)場操作、參數(shù)修改、報警顯示、實時和歷史趨勢顯示、報表自動生成以及打印輸出等功能； 2 1 3具有網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)庫接口，可實現(xiàn)信息共享。 2 2 性能目標(biāo) 2 2 1系統(tǒng)的可靠性： 由于控制器 I/此對可靠性要求尤為嚴(yán)格，擬選用的集散控制系統(tǒng)的平均無故障時間應(yīng)大于 30000小時。 8 2 2 2系統(tǒng)的實時性： 對現(xiàn)場監(jiān)控信息實施實時監(jiān)測，系統(tǒng)采集信號時間必須滿足發(fā)酵生產(chǎn)工藝要求，既采集參數(shù)時間為 2秒的實時要求。 2 2 3系統(tǒng)的安全性： 系統(tǒng)必須對系統(tǒng)管理員、工程師和操作員設(shè)置不同的操作權(quán)限，要防止發(fā)生誤操作和越權(quán)操作。 2 3 效益目標(biāo) 發(fā)酵水平提高 10%，單罐消耗下降 5%，產(chǎn)量提高 8%以上。 五、項目的技術(shù)可行性 一個控制系統(tǒng)由 I/感器和執(zhí)行器）、控制硬件、控制軟件、人機接口及與信息系統(tǒng)的連接等組成。設(shè)備級現(xiàn)場總線使 I/太網(wǎng)使得現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)集成到企業(yè)應(yīng)用中。 80年代初期，控制系統(tǒng)多使用以單板機組成的微機控制裝置，與上位機系統(tǒng)連接多采用串行通信方式，所有模件集中布置在一個或幾個機柜中。由這些裝置構(gòu)成的系統(tǒng)多為集中式控制系統(tǒng)或分層控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)為我國自動化控制系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，其 開拓性的實踐是今天控制系統(tǒng)豐富多彩的基礎(chǔ)。但是，這類系統(tǒng)技術(shù)上已經(jīng)落后，不符合控制系統(tǒng)分布、開放的發(fā)展趨勢。 統(tǒng)的 層結(jié)構(gòu)：第 1層是 I/ 2層是控制器層；第 3層是人機接口層；第 4層是企業(yè)信息系統(tǒng)層。這種結(jié)構(gòu)除在第 3層、第 4層之間采用以太網(wǎng)外，其他都是專用網(wǎng)絡(luò)，控制設(shè)備及軟件也是專用的，開放程度不夠，給系統(tǒng)維 9 護及升級帶來不便。 制器、電源甚至模件等都為冗余結(jié)構(gòu)，支持無擾切換和帶電插拔，由于 設(shè)計上的高要求，導(dǎo)致 嚴(yán)格說來，單獨的 是一個控制系統(tǒng)。 領(lǐng)著很大的市場份額。從控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，傳統(tǒng)的 電源模件、 I/板及擴展插箱組成，使用廠家提供的梯形圖邏輯語言進行編程。但隨著市場的需要及 分布式 I/于許多高檔（如 使 廠級控制系統(tǒng)連接方面，許多 軟件的開放性方面，由于許多 使軟、硬件平臺之間的數(shù)據(jù)通信找到了一個實現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)。這種部分開放加上部分專用所構(gòu)成的系統(tǒng)可能還會延續(xù)一段時間。 但是， 有成本上的優(yōu)勢，但可靠性、電氣 性能卻不如 名思義基于現(xiàn)場總線，根據(jù) 0 標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)場總線基金會的定義：現(xiàn)場總線是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)應(yīng)具有以下技術(shù)特點：系統(tǒng)的開放性；互可操作性與可用性；現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性；對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。 由于有以上技術(shù)要求，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)將是開放系統(tǒng)的主要支撐力量。由于受集團利益的限制，現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)本身目前還未 形成一個單一的標(biāo)準(zhǔn)。 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)不僅需要控制系統(tǒng)設(shè)備制造商的支持，更主要的是要得到分散在現(xiàn)場的傳感器及執(zhí)行設(shè)備的支持，以取代 模擬混合技術(shù)，成為全數(shù)字式系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)才會比 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)近幾年內(nèi)難以實現(xiàn)。 針對上述所作比較，結(jié)合公司 們決定本期項目實施仍然以 顧現(xiàn)場總線技術(shù)。 2. 用 本工程將對我公司抗生素發(fā)酵規(guī)模較大的三個車間實現(xiàn)發(fā)酵計算機自動化控制。 主要內(nèi)容： 包括 六車間 14個大罐 780車間 14個大罐 3850個大罐 330495與之配套的發(fā)酵工藝綜合分析系統(tǒng)。 11 要求以系統(tǒng)的先進性、成熟性、可適性、安全性、可靠性、可擴展性、可維護性和性能價格比等作為系統(tǒng)方案的設(shè)計原則。 證車間生產(chǎn)連續(xù)、穩(wěn)定、安全、高效運行； 有現(xiàn)場操作和參數(shù)修改、報警顯示、實時和歷史趨勢 顯示、生成報表（日報表、批報表等）及打印輸出等功能； 據(jù)庫接口，可實現(xiàn)信息共享。 系統(tǒng)選用美國 系統(tǒng)具有很強的可靠性、安全性，同時還具有易擴展等特點，在發(fā)酵控制領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，由于控制器 I/此對可靠性的要求尤為重要，該系統(tǒng)平均無故障時間不小于 3 104小時，系統(tǒng)可用率達 模板支持熱插拔，可進行無擾動切換?，F(xiàn)場采集信號輸入和輸出用配電器 隔離； 對現(xiàn)場監(jiān)控信息實施實時監(jiān)測， 60秒不等，根據(jù)發(fā)酵生產(chǎn)工藝要求，采集參數(shù)時間 12 為 2秒，滿足實時要求； 系統(tǒng)對系統(tǒng)管理員、工程師、操作員有各自不同的操作權(quán)限，對一些重要的操作命令進行口令復(fù)核和操作復(fù)核，防止發(fā)生誤操作和越權(quán)操作。 生產(chǎn)工藝要求控制參數(shù)、生成歷史曲線、生成日報表或批報表及向主干網(wǎng)傳輸實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。 發(fā)酵過 程控制系統(tǒng)的構(gòu)成見圖： 以太網(wǎng) 以太網(wǎng) 13 上位機由一臺服務(wù)器（兼做操作站）和一個工作站（管理員和工程師站）組成。日常的生產(chǎn)操作在操作員站完成，管理關(guān)鍵參數(shù)整定工作在工程師站完成。操作員站和工程師站各配置一臺打印機，可進行報表打印及數(shù)據(jù)歷史曲線打印。 控制器是 9000回路控制器，可并接多個控制器和連接數(shù)個擴展機箱?？刂破骱头?wù)器及工作站之間、控制器和控制器之間的網(wǎng)絡(luò)通訊是以以太網(wǎng)（ 現(xiàn)的，先進的以太網(wǎng)（ 訊，為以后全公司計算機聯(lián)網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。 接口儀表如 號輸入、信號輸出三者實施分離，抗共模干擾能力 3000V，切斷測控元件和系統(tǒng)回路之間有害地電耦合，將干擾抑制到最小程度，將各通道之間的干擾抑制到最小程度。 傳感器根據(jù)被測對象的內(nèi)容，分為溫度傳感器、 力傳感器、 尾氣 量傳感器和稱重傳感器等。傳感器的參數(shù)及性能見表： 傳感器 溫度 壓力 O 尾氣 量 稱重 型號 2400儀表 4500儀表 4500儀表 9量程 000 0待定 待定 精度 輸出 4位 公用工程 公用工程 大罐 大罐 大罐 大罐 大罐 14 執(zhí)行機構(gòu)是 行器應(yīng)滿足生產(chǎn)過程中的各種環(huán)境要求，耐高溫、耐腐蝕、動作靈敏、不染菌等。采用北京康拓公司自行研制的不銹鋼波紋管隔膜汽動閥系列產(chǎn)品滿足了以上要求。 務(wù)器維護著系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)的采集，生成實時數(shù)據(jù)庫，非常方便地通過網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)視、控制當(dāng)前生產(chǎn)過程，運用 現(xiàn)任意點、任意時刻數(shù)據(jù)報表生成。 在系統(tǒng)組態(tài)中，對信號點定義均使用 7個字母，按如下方式定義： 物理量 +罐號 +特征 ： 01溫度檢測值 物理量的符號： 度 力 量 氧 征： 測值 定值 警范圍 例系數(shù) 分系數(shù) 分系數(shù) 大輸出時間 熱水最大時間 15 罐溫度控制組態(tài) 根據(jù)被控對象的要求，規(guī)劃設(shè)定各輸入輸出模件和控制器的類型與地址，制定組態(tài)方案。以 301大罐溫度控制為例，介紹用連續(xù)控制圖（ 現(xiàn)連續(xù)控制的組態(tài)方案。見圖 1： 1：連續(xù)控制組態(tài)（ 方案 在發(fā)酵過程中，微生物生長代謝大部分是產(chǎn)熱過程，溫度控 制就是要將菌種生長過程控制在一定溫度范圍。通常情況下，發(fā)酵罐的產(chǎn)熱量大于散熱量，因此我們實施的控制實際上是一個降溫過程。發(fā)酵罐的體積較大，且隨著發(fā)酵過程的進行，發(fā)酵液體積也不斷增大，因此系統(tǒng)的慣性和滯后較大， 經(jīng)典 （ 1） （ 1）式中， e(t)：控制的輸入信號，一般是指輸入信號和反饋信號之差，這里指 301罐溫度模擬值的輸入值。 U(t)：控制的輸出信號，一般為受控對象的控制信號，這里指調(diào)節(jié) 16 閥的閥位。 制比例系數(shù)。 制積分系數(shù)，這里指積分時間。 制微分系數(shù)，這里指微分時間。 將（ 1）式表為增量形式，即為： u(k)=Kpe(k)-e(+k)+kde(k)e( （ 2） 在實際控制中，大多采用增量式 點是： 第一，計算機只輸出增量，誤差動作影響小，執(zhí)行器只進行增量動作。 第二，算式中不需要累加，增量大小只與近幾次采樣值有關(guān)。 第三，對任何故障或切換沖擊小。 模塊 ”化處理，在開發(fā)軟件過程中，調(diào)用相應(yīng) “模塊 ”即可。見上圖。 “模塊 ”軟件 2）式的運算過程，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，修改 “模塊 ”中 確完成 塊 ”內(nèi)容組態(tài)，即實現(xiàn)了完整的 “模塊 ”模塊 ” u(k)）， 現(xiàn)溫度的控制?？諝饬髁?、水流量等參數(shù)的控制與大罐的溫度控制過程一致，且執(zhí)行器均為調(diào)節(jié)閥。 實現(xiàn)了其 17 他運算 “模塊 ”化，如梯形邏輯運算、布爾運算、算術(shù)運算、常用函數(shù)計算、設(shè)定點程序、報警等。 以 301罐 紹用梯形邏輯控制圖實現(xiàn)邏輯控制的方案。 發(fā)酵過程中 確檢測 及將 發(fā)酵過程中至關(guān)重要的條件。一般說來，抗生素發(fā)酵是一個產(chǎn)酸過程，在生產(chǎn)過程中往往采用加堿水或氨水的方法調(diào)節(jié) 發(fā)酵液 要原因是菌種自身的代謝特 性。發(fā)酵罐體積較大，發(fā)酵液隨著發(fā)酵過程的進行體積也不斷增大，因此 滯后的控制對象。 過控制開閥時間長短控制加氨量或加堿量，控制算法采用帶時間比例的比例微分 （ 3） 用增量形式表示如下： u(k)=k) +Kde(k)- e( （ 4） （ 4）式中， e（ k）：第 e(上次偏差。 例系數(shù)。 分系數(shù)，這里指微分時間。 若控制敏 感精度在 論（ 4）式運算，有以下幾種情況： u(k) = 1， k) +Kde(k)- e( 18 3， 0 e(k) Y u(k)=100%？ 按公式計算 u(k) 開閥，加堿 返回 制圖實現(xiàn)的。 料控 制組態(tài) 以下介紹 301罐補料控制方案。 19 補料控制的目的是不使菌種在發(fā)酵過程中耗盡基礎(chǔ)料，導(dǎo)致生產(chǎn)環(huán)境破壞，終止代謝，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。補料計量是采用等時間間隔一罐一罐地向發(fā)酵罐注入料液，而且每罐料液放料過程可以采用 “脈沖流加 ”方式，即多次少量逐漸放料，直至放完本罐，進入下一個補料周期。其原理示意圖如下： 視 計算機 4 鏡 2 當(dāng)補料過程工藝要求補料時，計算機發(fā)出補料指令，開始第一周期補料過程， 液注入補料罐，當(dāng)料液觸及到罐頂采樣電極時，料液注滿計量罐，（ 4L），計算機給出指令， 保證料液勻速注入發(fā)酵罐，放料過程采用 “脈沖流加 ”方式，分?jǐn)?shù)次開 至料液放完為止，進入下一個補料周期，以次類推。計算機采集補料次數(shù)，根據(jù)計量罐地體積，計算出補料總量，并實時顯示。 補料控制過程需要幾個參數(shù)： 補料速率：每小時補料地體積，體積單位為 L。 20 最大 最大 定這幾個參數(shù)，與補料過程出現(xiàn)意外有關(guān)，計算機根據(jù)此參數(shù)進行報警。 檢測點和控制點確定以后，進行下位機組態(tài)，過程點數(shù)據(jù)留存在用以太網(wǎng)（ 構(gòu)、 于使用了這些工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)，因此很容易開發(fā)一個集成的、開放的監(jiān)控系統(tǒng)。 容多樣，形式豐富，也有為用戶自己開發(fā)界面文件而設(shè)置的應(yīng)用功能塊。 21 表設(shè)計： 成實時數(shù)據(jù)庫，非常方便地通過網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)控當(dāng)前的生產(chǎn)過程，運用 酵工藝綜合分析：利用 溫度、壓力、溶解氧（ 重、變頻轉(zhuǎn)速、空氣流量、補料速率、尾氣氧和尾氣二氧化碳等）畫出歷史曲線，根據(jù)曲線圖觀察各參數(shù)對發(fā)酵過程的影響以及多種參數(shù)的綜合作用所出現(xiàn)的現(xiàn)象從而對發(fā)酵全過程進行深入研究，達到優(yōu)化生產(chǎn)工藝的目的。 六、工程費用計劃及設(shè)備選型 費用或設(shè)備項目 產(chǎn)地或公司 數(shù)量 單位 單價 金額 計算機及控制設(shè)備 套 75 150 儀器儀表 康拓 2 套 18 36 執(zhí)行機構(gòu) 康拓 套 82 164 傳感器 康拓 套 150 300 分析儀器和軟件 上海 2 套 100 設(shè)計調(diào)試集成等 2 套 25 50 輔材及配套改造等 62 支付工程利息 138 22 合 計（萬元） 1000 七、項目實施計劃 1項目實施計劃時間表 1 1 項目進度計劃 實施步驟 目 標(biāo) 完成時間 第一階段 完成二車間 14個大罐和九車間 10個大罐的計算機自動化控制 2001年元月 9月 第二階段 完成六車間 14個大罐的計算機 自動化控制，并完成整體集成 2001年 10月 2002年 6月 1 2 項目培訓(xùn)計劃 培訓(xùn)步驟 培訓(xùn)內(nèi)容 參加人員 完成時間 第一步 計算機自動化控制基本原理及集散控制系統(tǒng)相關(guān)知識 參與項目實施的專業(yè)技術(shù)人員 2001年 1第二步 系統(tǒng)控制知識講座，要求培訓(xùn)人員懂得控制的一般性原理 參與項目實施的車間管理人員和儀表工 2001年 4月 第三步 系統(tǒng)調(diào)試、安裝的基本要求和注意事項 參與系統(tǒng)安裝、調(diào)試的車間有關(guān)人員等 2001年 4月 9月 第四步 系統(tǒng)調(diào)試運行基本要求， 車間相關(guān)操作人員 2001年 6月 23 系統(tǒng)操作及日常維護的注意事項 等 和儀表工等 2002年 3月 1 3 項目投資計劃 投資期 費用項目 主要用途 金額 第一階段 二、九車間系統(tǒng)實施 主要用于購置計算機及控制系統(tǒng)、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、儀器儀表和計算機軟件等；還包括前期安裝的輔助材料和技術(shù)指導(dǎo)費 600萬元 第二階段 六車間 系統(tǒng)實施 主要用于購置計算機及控制系統(tǒng)、傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、儀器儀表和計算機軟件等；還包括前期安裝的輔助材料和技術(shù)指導(dǎo)費 400萬元 2項目實施的保證措施 2 1 組織保證 成立項目實施工作小組，由公司副總經(jīng)理 楊生武同志擔(dān)任組長，生產(chǎn)總監(jiān)李水龍同志為副組長，小組成員由計算機中心、機動部、供應(yīng)部和各車間相關(guān)人員組成。計算機中心主要負(fù)責(zé)方案設(shè)計、合同簽訂、計算機組態(tài)技術(shù)和控制技術(shù)的應(yīng)用、系統(tǒng)調(diào)試等工作，機動部和車間負(fù)責(zé)現(xiàn)場安裝、配套設(shè)備改造、儀器儀表的調(diào)試等，供應(yīng)部負(fù)責(zé)輔材的采購。 2 2 條件保證 2 2 1 資金保證：千方百計籌措資金，通過貸款和擠占自有資金相互結(jié)合的辦法來滿足項目實施的資金要求； 2 2 2人力保證：加強學(xué)習(xí)與培訓(xùn)，提高項目實施人員的技能水平，為項目的成功應(yīng)用提供人力保證； 2 2 3 制度保證 ：出臺計算機自動化控制實施及運行系列管理規(guī)定，從制度上保證項目的成功應(yīng)用； 2 2 4其他條件：宣傳發(fā)動，群策群力，改變系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境，竭力做好項目啟動前的各項準(zhǔn)備工作。 24 2 3 協(xié)作單位 要成功應(yīng)用發(fā)酵自動化控制系統(tǒng)，就必須有一只經(jīng)驗豐富、技術(shù)實力雄厚的開發(fā)和實施隊伍。為此，我們在充分考察和論證的基礎(chǔ)上，擬定北京康拓生化控制工程公司作為項目的主要協(xié)作單位。北京康拓公司亦保證給予項目實施最大限度的支持，如安排最為精干的力量投入該項目，并在開發(fā)經(jīng)費上作出優(yōu)惠和讓步。 八、總投資估算和資金籌措 1總投資估算 本 項目利用中湘 、汽、氣等配套公用設(shè)施，增加計算機自動控制系統(tǒng)所需設(shè)備。項目所需資金估算如下表： 單位：萬元 序號 項目名稱 資金估算 1 計算機及控制設(shè)備 儀器儀表 執(zhí)行機構(gòu) 傳感器 分析儀器及軟件 設(shè)計調(diào)試集成等 輔材及配套改造等 工程利息 合計 資金籌措 2 1 資金運用計劃： 計劃運用資金總額 1000萬元 其