基金會現(xiàn)場總線FF技術(shù)在二級種子罐控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　? 溫度 :

　　? 罐內(nèi)溫度：集中顯示，現(xiàn)場顯示

　　? 壓力 :

　　? 罐內(nèi)壓力：集中顯示，現(xiàn)場顯示

　　? 流量 :

　　? 罐內(nèi)壓縮空氣流量：集中顯示，現(xiàn)場顯示

　　? PH值:

　　? 物料 PH值：集中顯示

　　4 ．系統(tǒng)的控制功能
　　本控制系統(tǒng)根據(jù)工藝要求，主要對反應(yīng)罐內(nèi)溫度、壓力、壓縮空氣通氣量進(jìn)行自動(dòng)控制以及 PH 值的自動(dòng)連續(xù)檢測，在此基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)種子罐的生化反應(yīng)過程的最優(yōu)控制，同時(shí)，對反應(yīng)罐內(nèi)溫度、壓力、壓縮空氣通氣量 等關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置報(bào)警， 及時(shí)向操作人員反饋現(xiàn)場情況，保障了生產(chǎn)的安全及產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

　　系統(tǒng)主要的報(bào)警、聯(lián)鎖和控制如下：

　　? 反應(yīng)罐內(nèi)溫度、壓力、壓縮空氣通氣量 等自動(dòng)報(bào)警，當(dāng)以上測量值達(dá)到報(bào)警界限時(shí)，在監(jiān)控軟件界面顯示報(bào)警狀態(tài)，操作員站工控機(jī)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲音，提示操作人員及時(shí)處理

　　? 罐內(nèi) 溫度控制： 罐內(nèi)溫度正常范圍為 29-30度， 采用 FF現(xiàn)場總線溫度變送器檢測 二級種子罐的罐內(nèi)溫度，F(xiàn)F現(xiàn)場總線FI儀表（將總線信號轉(zhuǎn)換為傳統(tǒng)4-20mA信號）控制“ 冷卻水調(diào)節(jié)閥”調(diào)節(jié)罐內(nèi)溫度

　　? 罐內(nèi)壓力控制： 罐內(nèi)壓力正常范圍是 0.02-0.05MPa ， 采用 FF現(xiàn)場總線 壓力 變送器檢測 二級種子罐的罐內(nèi)壓力， FF現(xiàn)場總線FI儀表控制 二級種子罐的“排氣調(diào)節(jié)閥”調(diào)節(jié)罐內(nèi)壓力

　　? 罐內(nèi)空氣流量控制： 壓縮空氣流量正常范圍為 175-185每小時(shí)立方米， 流量計(jì)采用上海橫河電機(jī)有限公司的渦街流量計(jì)， 輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號， 用于檢測二級種子罐的壓縮空氣的進(jìn)入量，采用 FF現(xiàn)場總線IF儀表（將傳統(tǒng)4-20mA信號轉(zhuǎn)換為總線信號）將 流量計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為 FF總線信號， FF現(xiàn)場總線FI儀表控制 二級種子罐的 “ 壓縮空氣進(jìn)氣調(diào)節(jié)閥”調(diào)節(jié)罐內(nèi)壓縮空氣流量

　　? 罐內(nèi) PH值檢測：　PH計(jì)選用 METTLER公司生產(chǎn)的PH測量儀表，輸出信號為標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA電流信號， 采用 FF現(xiàn)場總線IF儀表將 PH計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為FF總線信號

　　? 動(dòng)靜流程畫面的布局設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)過程顯示，實(shí)時(shí)報(bào)警顯示和管理，直觀的趨勢顯示

　　5 ．主要控制策略和系統(tǒng)特點(diǎn)

　　主要控制策略

　　本控制系統(tǒng)通過控制反應(yīng)罐內(nèi)溫度、壓力、壓縮空氣通氣量來滿足工藝要求，實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)過程的最優(yōu)控制。由于是制藥行業(yè)生化反應(yīng)，控制精度高，以罐內(nèi)溫度為例，與設(shè)定值誤差不超過 0.1攝氏度，不易于實(shí)現(xiàn)，因此，在進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及現(xiàn)場調(diào)試過程中，充分考慮到以上要求，除選擇精度高的進(jìn)口執(zhí)行設(shè)備（如調(diào)節(jié)閥）外，還利用FF現(xiàn)場總線智能儀表先進(jìn)的PID調(diào)節(jié)算法， 構(gòu)成PID控制回路，并將該算法下載到現(xiàn)場智能儀表中，做到真正的分布式控制，極大提高了系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性。 控制圖如下：

系統(tǒng)特點(diǎn)

? FF 現(xiàn)場總線每個(gè)網(wǎng)段（一個(gè) FF HSE/H1 接口模塊可支持四個(gè)網(wǎng)段）可以掛接個(gè) 6 本安型 FF 現(xiàn)場總線設(shè)備或 32 個(gè)非本安型 FF 現(xiàn)場總線設(shè)備， 本方案中 FF HSE/H1 接口模塊帶一個(gè)網(wǎng)段， 該網(wǎng)段上現(xiàn)掛有 4 個(gè)非本安型 FF 現(xiàn)場總線設(shè)備， 還可再掛接 124 個(gè)非本安型 FF 現(xiàn)場總線設(shè)備，有利于將來罐體增加測點(diǎn)。

? 操作員站采用工業(yè) PC ，適合惡劣的工業(yè)環(huán)境。

? FF H1 現(xiàn)場總線為通訊網(wǎng)絡(luò)，總線設(shè)備可帶電上、下網(wǎng)，有利于在線投入。

? 系統(tǒng)采用 FF 現(xiàn)場總線智能儀表提供的 PID 算法，保證系統(tǒng)調(diào)節(jié)功能最佳。

? 使用 OPC 技術(shù)，高效的、基于多任務(wù)的 OPC 內(nèi)部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫引擎，既可以保證系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的快捷， 又可以向支持 OPC 規(guī)范的多種系統(tǒng)開放。

四．應(yīng)用效果

系統(tǒng)運(yùn)行后，達(dá)到了以下一些顯著效果：
　 1 ．可靠而穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)了對現(xiàn)場工藝參數(shù)的記錄、顯示以及儲存，為改善工藝及生產(chǎn)管理提供了寶貴的依據(jù)。
2 ．實(shí)現(xiàn)了對 3 個(gè)被控量的全自動(dòng)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了對 3 個(gè)調(diào)節(jié)閥的遠(yuǎn)程控制，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
3 ．生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量較手工操作穩(wěn)定，生產(chǎn)效率得到大幅提高，使 VC 的 總收率由 51% 提高至 60% ，成本下降 41% ，產(chǎn)量增至 11500 噸， 自 2001 年 3 月正式投入運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，整套控制系統(tǒng)具有施工簡單、操作方便、控制品質(zhì)高、 易于集成、監(jiān)視直觀等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的應(yīng)用效果，為企業(yè)創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

　　在生物化工領(lǐng)域，大量存在類似反應(yīng)罐控制需求，因工藝不同，生產(chǎn)流程、控制對象和控制參數(shù)不盡相同，但都需要對溫度、壓力（微正壓）、流量以及 PH 值等進(jìn)行精確控制，中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所推出的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)具有全數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和開放的特點(diǎn)，以 FF 現(xiàn)場總線技術(shù)為核心， OPC 技術(shù)為紐帶， 將現(xiàn)場總線儀表、模擬儀表、 分布式智能 I/O 、 DCS 和 PLC 等工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備有機(jī)地集成在一起，自動(dòng)化程度和控制精度都較高，為企業(yè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)提供一套完整的解決方案。