ＮＥＴＷＯＲＫ ６０００系統(tǒng)在青霉素發(fā)酵過程控制中的應(yīng)用

摘要:本文簡介了工控組態(tài)軟件NETWORK 6000系統(tǒng)的特點，給出了一個在青霉素發(fā)酵過程控制中的應(yīng)用實例。

關(guān)鍵詞:NETWORK 6000系統(tǒng) 組態(tài) 青霉素發(fā)酵

0 引言

隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展，其生產(chǎn)設(shè)備和規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)過程的強(qiáng)化，現(xiàn)在對自動控制技術(shù)的快速發(fā)展也有了新的要求。而青霉素發(fā)酵過程不同于一般的工業(yè)過程，它涉及生命繁殖過程，機(jī)理十分復(fù)雜。發(fā)酵工藝參數(shù)又互相影響，互相制約，這就要求對過程控制參數(shù)能夠精確的檢測，精確的運算，精確的控制。把計算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合，成為計算機(jī)控制技術(shù)，應(yīng)用到青霉素發(fā)酵過程中，能夠有效的完成生物發(fā)酵過程控制，提高系統(tǒng)的可靠性，增加收率。作為新型的集散控制系統(tǒng)——NETWORK 6000系統(tǒng)被我們應(yīng)用到了青霉素發(fā)酵過程控制系統(tǒng)之中，實現(xiàn)了控制過程的優(yōu)化調(diào)整，并取得了很好的效果。

1 系統(tǒng)及發(fā)酵工藝敘述

NETWORK 6000系統(tǒng)是英國歐陸公司依其數(shù)十年過程控制經(jīng)驗，推出的全新一代集散控制系統(tǒng)，可用于連續(xù)，批量和離散過程控制，它具有安全，有效的體系結(jié)構(gòu)，借助于開放所有層次的訪問，融合了分散控制和集中管理的優(yōu)勢，成為工業(yè)控制領(lǐng)域的又一強(qiáng)有力的工具。NETWORK 6000采用完全分散的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，從CPU，I/O，到通訊，電源，直至監(jiān)控站各級均可實現(xiàn)冗余設(shè)備，具有高可靠性。NETWORK 6000系統(tǒng)監(jiān)控站采用通用PC機(jī)或小型機(jī)，其軟件包以FIX，DMACS（由INTELLUTION公司開發(fā)的通用監(jiān)控軟件）為軟件平臺，采用面向?qū)ο蟮膱D形用戶接口（GUI）；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為開放的Client/Sever（客戶機(jī)/服務(wù)器）模式，可提供廣泛的DDE（動態(tài)數(shù)據(jù)交換）支持以集成I/O和充分利用WINDOWS的DDE資源， 6000系統(tǒng)控制策略軟件編制，對連續(xù)控制采用全圖形化組態(tài)方式，邏輯控制/順序控制采用最為簡潔的SFT方式；對監(jiān)控策略的生成包括監(jiān)控畫面（操作員，工程師畫面，監(jiān)控數(shù)據(jù)庫等），采用半自動組態(tài)方式；并提供在線幫助，專家檢查，自建文檔，標(biāo)準(zhǔn)C語言編程等手段，使得應(yīng)用軟件的生成簡捷直觀。青霉素發(fā)酵過程需要進(jìn)行補料，也就是向菌體提供生命活動所需的能量和合成青霉素所必需的前體。它們包括碳源（葡萄糖）提供菌體生命活動所需的能量，構(gòu)成具體細(xì)胞及代謝產(chǎn)物。氮源（硫酸銨）主要用來構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)（氨基酸，蛋白質(zhì)，核酸），以及含氮代謝物。前體PAA（苯乙酸）用來參與抗生素合成，還需補水來調(diào)節(jié)發(fā)酵液的粘度，提高發(fā)酵液的溶氧水平，要是青霉素發(fā)酵達(dá)到預(yù)期的效果還需提供一個合適的生長環(huán)境；即合適的溫度，PH，溶氧，還要合理的掌握發(fā)酵液的體積。我們將NETWORK 6000系統(tǒng)及外圍設(shè)備應(yīng)用到青霉素發(fā)酵過程中，補料控制采用連續(xù)的滴加（包括糖，PAA，硫酸銨，水），PH，溫度，液位進(jìn)行了閉環(huán)控制，對發(fā)酵體積，溶氧，空氣流量，壓力等進(jìn)行了在線檢測。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

NETWORK 6000系統(tǒng)由兩部分組成：上位機(jī)：上位機(jī)使用一臺工業(yè)計算機(jī)，配有17′彩色顯示器，高速打印機(jī)，鼠標(biāo)器等。NETWORK 6000系統(tǒng)軟件為用戶系統(tǒng)提供了控制和圖形，組態(tài)等功能，有良好的圖形人機(jī)界面及常用的工業(yè)裝置圖形庫，可以動態(tài)顯示車間的工藝流程和實時趨勢曲線。系統(tǒng)的工作環(huán)境可由用戶選擇，這樣用戶可以很方便，靈活的組織，設(shè)計自己的應(yīng)用系統(tǒng)。在運行狀態(tài)下，該系統(tǒng)負(fù)責(zé)對整個發(fā)酵控制過程監(jiān)控，它可對系統(tǒng)中運行的各參數(shù)進(jìn)行采集，顯示，存儲，打印，報警等，它還可以對參數(shù)進(jìn)行修改，控制，應(yīng)用系統(tǒng)提供的功能設(shè)計模塊，用戶也可方便的運行一些較復(fù)雜的應(yīng)用軟件組態(tài)，或用VB程序語言來編輯程序模塊，實現(xiàn)發(fā)酵過程中的高級控制。下位機(jī)：下位機(jī)是由T103單元控制器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)所組成的。T103單元控制器不但能做基本控制，包括接收模擬量輸入信號，發(fā)出模擬量輸出信號，接收開關(guān)量輸入信號，發(fā)出開關(guān)量輸出信號，還能發(fā)送和接收頻率脈沖信號，接收鉑電阻或熱電偶信號，T103電源控制器還能做協(xié)調(diào)/順序控制，自備最大128點I/O容量。更大的系統(tǒng)可通過若干T103單元的內(nèi)部連接來實現(xiàn)以形成分散系統(tǒng)。T103單元控制器除兩個互為冗余的電源和兩個冗余的CPU外，還有16個電源控制模塊接口，這些接口上可任意地插接各種I/O模塊，只需在上位機(jī)的系統(tǒng)軟件中輸入該固定位置上的模塊種類即可。執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括本單位針對發(fā)酵控制研制的補料系統(tǒng)和其它相關(guān)的PH，溫度監(jiān)測儀表及調(diào)節(jié)閥，開關(guān)閥等，補料系統(tǒng)是我們在總結(jié)以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，合理的配備了自己研制的設(shè)備，力求控制方法更加可靠，更加合理。我廠使用補料器控制計量罐計量補料方法，這也是國內(nèi)發(fā)酵控制中多數(shù)廠家采用的一種方法。其重要特點是可進(jìn)行自動控制，投資少，易于實現(xiàn)。雖然計量罐補料屬間歇式的，但由于發(fā)酵罐體積大，發(fā)酵時間長，補料頻率較快，其效果基本上與連續(xù)補料相同，完全能夠滿足發(fā)酵工藝上的要求。

3 系統(tǒng)主要功能塊及功能

我們在青霉素發(fā)酵過程中應(yīng)用的T103單元控制器包括模入模塊T122，模出模塊T151，開入模塊T140，開出模塊T180。配合執(zhí)行器來完成溫度，PH等的參數(shù)的檢測與控制，完成發(fā)酵補料的目的。T103單元控制器中T122模塊是電壓接收信號模塊，共有8個通道，可接收8路0~10V直流電壓信號，有單元控制器的CPU上傳到上位機(jī)，在上位機(jī)上可以輸入其具體電壓范圍，并對應(yīng)輸入溫度或PH，流量，溶氧，壓力等信號的量程，報警范圍等。T151模塊是電流信號輸出模塊，它可以輸出8路0~20mA電流信號。在上位機(jī)的策略組態(tài)中可以將T122模塊的輸入信號進(jìn)行處理，經(jīng)過PID運算及相關(guān)的邏輯控制，然后將其控制電流由T151模塊輸出，實現(xiàn)一個完整的回路控制，在策略組態(tài)中還可以對輸出信號進(jìn)行翻轉(zhuǎn)的設(shè)置，來實現(xiàn)反方向的控制，如現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣開調(diào)節(jié)閥和氣關(guān)調(diào)節(jié)閥的控制。T140模塊為開關(guān)量輸入模塊，有8個通道，它可以接收由補料器傳送來的加糖，硫銨或苯乙酸出現(xiàn)的報警信號，并輸送到上位機(jī)進(jìn)行處理，連鎖控制，記錄，提示等。該模塊還可以直接接收電機(jī)，泵的反饋信號，以及液位電極的報警信號。T180模塊為開關(guān)量輸出模塊，由8個通道，它可以與上位機(jī)進(jìn)行軟件設(shè)定，對補料的頻率等做出限制，然后周期性的從本模塊輸出。它不但能向補料器發(fā)出補料信號，還能向電機(jī)，泵，開關(guān)閥等發(fā)出控制信號。

4 結(jié)束語

總之，在幾年的實驗中，NETWORK 6000系統(tǒng)能較好的應(yīng)用到青霉素發(fā)酵過程控制系統(tǒng)中，這已是事實。因為它適合于大眾，使操作人員，組態(tài)人員不需有太高的軟件知識，即可完成操作或組態(tài)，從而使人們把精力放在策略的制定和優(yōu)化上，放在發(fā)酵工藝的改進(jìn)上。自從應(yīng)用了NETWORK 6000系統(tǒng)后，我廠的發(fā)酵收率不斷有了新的突破。

參考文獻(xiàn)：

[1]Eurotherm（歐陸公司）.T103/303 unit controller/supervisor Product manual.Eurotherm Process Automation Limited.1998.9.

[2]邱化元，郭殿杰.集散控制系統(tǒng)——過程控制發(fā)展的新技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.1991.12.