FF现场总线在泰乐霉素发酵控制系统中的应用

摘要

泰乐霉素项目是山东鲁抗舍里乐药业有限公司在1998年引进的，原发酵控制系统技术比较落后，生产中仍以人工控制为主，手工操作，经验控制，不仅操作者劳动强度大，工作效率低，能耗大，而且生产缺少科学性，受人为因素影响大，容易出现失误，造成严重的经济损失。面对日益激烈的市场竞争，对生产控制技术进行改造已势在必行。 根据生产的要求和泰乐霉素发酵的特点，结合计算机软硬件技术、新材料技术和生物技术等，决定采用基于基金会现场总线技术(FF)的现场总线控制系统对发酵罐原有控制系统进行全面技术改造。 现场总线控制系统系统(FCS)是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统。FCS是应用在生产现场的，在测量控制设备之间实现双向、串行、多点通信的数字通信系统。 对整个发酵系统分成两步控制： 一、对一二级种子罐，检测种子罐的温度、压力和PH值，并对温度和压力进行调控，控制方案采用常规PID控制： 二、对大罐系统：需检测的参数有：发酵温度、pH值、溶氧DO、空气流量、罐压、发酵液体积以及公用工程等参数等。根据生物发酵过程包括复杂的物理过程、化学反应和生物反应过程，把整个发酵过程控制回路分为温度控制回路、溶解氧控制回路、压力控制回路、PH值控制回路和补料控制回路等共计五大回路。 该系统在实现泰乐发酵过程自动化的同时，实现了工艺优化，降低生产成本，获取较佳的经济效益。其过程自动控制方面的技术优势主要体现在以下几个方面： 1)快速测温技术：采用快速测温元件，保证冷却过程冷却温度的准确快速控制； 2)自动控制技术：实现自动检测、自动补料，保证精度、并达到最快的调控。 3)先进控制技术：温度控制采用Fuzzy-PID复合控制，通过控制加热器开关及调节冷却水流量对发酵温度进行控制，保证发酵温度的精确控制，克服了温度对象时滞特性；根据工艺要求溶解氧控制采用溶解氧和通气量组成串级控制系统，溶解氧为主控制回路，通气量为副控制回路；采用模糊控制，实现了PH值的调节更趋向于泰乐霉素的生长的要求；专家系统的应用，使泰乐霉素发酵的补料更加合理。 系统通过这次自动控制改造后，工艺参数得到进一步的优化，发酵生产水平有了很大的提高，平均发酵单位提高了10.8﹪，并且提高了我公司的工业自动化水平，减少了传统生产中的人为因素，使生产更科学化，降低了操作者的劳动强度，提高了生产效率，现在，这个产品每年为该公司盈利3000余万元，已逐渐成为鲁抗新的利润支撑点。同时也为我公司以后的工业自动化进一步的发展奠定了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章泰乐霉素产品简介及控制系统的现状

1.1引言

1.2我国发酵控制系统的现状

1.3泰乐霉素发酵控制系统的现状及改造的必要

1.4小结：

第二章FF现场总线综述

2.1现场总线的概述

2.2 FF的模型及ISO/OSI参考模型的关系

2.2.1物理层

2.2.2通信栈

2.2.3用户应用程序模块

2.3网络拓扑

第三章泰乐霉素发酵工艺及其控制

3.1泰乐霉素发酵的一般过程

3.2泰乐发酵温度影响及其控制

3.2.1温度对发酵工艺的影响

3.2.2温度的检测和控制

3.3 PH值的调控

3.3.1 PH值的检测

3.3.2 PH值的控制

3.4溶解氧浓度

3.5压力

3.6补料控制

3.6.1基质浓度

3.6.2问题的提出

3.6.3过程模型：

3.6.4生物发酵的仿真

3.7小结：

第四章泰乐霉素发酵控制系统的组成

4.1系统设计与安装指导原则

4.2泰乐发酵系统主要控制策略

4.2.1公司控制系统网络结构

4.2.2发酵系统组成和控制方案

4.3一、二级种子罐控制系统

4.3.1控制方案

4.3.2子罐系统硬件结构

4.3.3功能块

4.4发酵大罐控制系统

4.4.1发酵罐控制方案

4.4.2硬件配置

4.4.3现场仪表

4.4.4系统主要功能

4.4.5地址分配

4.4.6功能实现

第五章发酵计算机控制系统组态

5.1组态步骤

5.2系统运行

5.2.1系统启动

5.2.2、实时监控画面

第六章系统运行效果及安全分析

6.1系统的可靠性实现与传感器和执行器的选用

6.2软件安全

6.3系统维护

第七章结论

参考文献

致谢