新华TisNet-P600系统在制药企业发酵系统中的应用

杨海清

华北制药华胜有限公司（052160）

采用新华集团公司的TisNet-P600系统,可以将发酵过程的控制方式组态为DCS分散控制系统，使得发酵系统整个生产过程可以方便地使用视窗架构的人机界面进行操作和管理，对每个发酵罐上增加两种补料系统，并且在补料的安全性和准确性进行了改进，增加了操作人员的操作记录和安全报警功能。使用可视化图形组态方式编程，“画面即组态，所见即所得”，在控制系统的监控画面上可直接观察各个罐的运行参数，对各参数进行修改设定。

1 TisNet-P600系统介绍

TisNet是新华集团公司推出的新一代基于网络的智能工业信息化控制系统解决方案TisNet系列∶TisNet-P400、TisNet-P600、TisNet-XDC800 新华智能过程控制系统。系统控制功能分散、管理集中，集数据采集、过程控制、信息管理于一体，是一个全集成的、结构完整、功能完善、面向整个生产过程的先进过程控制系统。

TisNet智能过程控制系统以32位CPU组成的新华控制器XCU为核心,采用新华集团公司开发的操作和监控人机界面,灵活配置输入输出I/O模件、人机接口HMI，利用工业以太网实现现场信息采集和系统通讯，以灵活多样的分布式I/O接受现场传感检测信号。新华TisNet采用可视化图形组态技术,符合IEC 61131-3国际标准的编程软件。该系统提供常用的现场设备信息及功能模块,大大简化组态工作。

TisNet系统主要有人机操作接口站HMI、新华分布式处理器XCU、I/O控制站电源模块以及网络系统组成。

HMI人机操作接口站是操作人员对发酵系统DCS系统实现操作与控制的接口,包括工程师站（ENG）、操作员站（OPS）等。两台计算机通过不同的密码来登录完成不同的工作。

新华分布式处理器XCU是TisNet的过程控制站，存储系统信息和过程控制策略与数据，通过冗余的实时数据网络与HMI节点及其他XCU连接，通过I/O网络与I/O站节点连接,提供双向的信息交换，实现各种先进的控制策略，完成数据采集、模拟调节、顺序控制、高级控制、专家系统以及其他不同用户的特殊功能要求。分布式处理器XCU根据需要采用双冗配置。

TisNet系统的I/O卡件是专为TisNet系统而设计的系列卡件，用于完成现场数据的实时采集与控制。

2 发酵系统控制方案

2.1 工艺简介

药品发酵就是细菌在适宜生长的环境下，补充适当的养料，以利于细菌快速生长。适宜的环境是发酵罐温度恒定、溶解氧气量恒定、PH值为中性。发酵是放热过程，控制冷水调节阀开度，使进入发酵罐冷却管冷水量变化，达到发酵罐温度恒定；流量恒定，通过控制搅拌机转速，使发酵罐内发酵液的溶解氧最佳；发酵是放酸过程，采样测量PH值，使补碱通知加量变化,达到发酵罐内PH值为中性。糖、玉米浆是细菌生长过程中所需要的养料，根据发酵的不同周期，改变补糖、玉米浆通知加量，以适应细菌不同生长周期之所需。

2.2 控制系统

1）发酵罐温度控制

发酵罐温度控制是一个典型的单回路控制系统，因为PID控制稳态精度高的特点，采用PID控制方式，如图1所示。

2）氧控制

氧控制是串级控制（外环为溶氧，内环为空气流量）系统，如图2所示。

3）PH 值控制

大罐PH值由采样测量,根据实测PH值改变补料的加量，达到PH值为中性。

2.3 糖、硫氨、氨水、玉米浆补料控制

1）补料计量罐控制

补料计量罐由补料电极、进料阀、出料阀组成。补料电极为一根金属棒从补料计量罐上端插入，和计量罐绝缘，通过调节长短可调节计量体积。补料电极作为DI模块的正端、补料计量罐为金属作为DI模块的负端，糖、硫氨、氨水、玉米浆导电液体，当料液上升碰到电极时，电极和料罐短路，DI模块导通。但是DI模块采样电压力为直流24 V单向导电，容易使料液电解粘住电极，长久使用导致电极导电性能下降,所以外加交流24 V中间转换继电器隔离后再进入DI卡件。

补料进入补料计量罐时间很短，为准确控制补料上升碰到电极即停止，首次采用固态继电器加以控制。使用1年多以来运行稳定可靠。具体实现为，固态继电器输入端为交流24 V,输出为两组触点,一组常开一组常闭。常开触点接到DI模块输入端，常闭触点串到进料阀控制回路。控制流程∶DO模块输出补料信号→进料阀开→料液进入计量罐→碰触电极→固态继电器动作→进料阀关、电极信号进入DI模块输入端。

2）加料控制

通知加量范围从0～1 100，每个计量罐计量体积已事先定义好,按照4或8小时为计算单位，每到一个周期加一罐料,周期的计算按T=4或8小时通知加量。实际加量是在4或8小时内所加料量积累。积累加量是在发酵周期内共加料量累计。剩余时间是距离下次加料所需时间，每一个加料周期后要重新计算。每到时间T，上料阀打开开始进料，当料液上升碰到电极时，关闭上料阀。加料控制过程还要考虑故障报警、启动停止系统、计量系统等。

补料故障报警有不来料报警、电极故障报警、不出料报警。出现补料报警后，需手动点击报警消除才能正常补料。

温度故障报警是当罐内温度超出设定温度范围后温度显示数字变红，在报警画面显示具体报警信息。

流量故障报警是空气流量突然减小，表示可能出现逃液，要到现场查看。

3 小罐温度控制

小罐温度控制采用位式控制，如图3所示。

4 报警功能以及历史纪录

TisNet-P600系统还具有完善的报警功能以及所需要的历史纪录。当某个参数达到报警设定时，该数据会闪烁并伴随声音报警。历史纪录根据需要可保存相应的时间。

5 结语

本方案是采用上海新华集团公司的TisNet-P600构成的DCS系统，系统功能强大，界面友好，软件组态十分方便灵活，能实时修改参数或逻辑功能而无需编译下装程序，即改即得。该系统使得工程师在复杂的智能控制调试中，无论是修改程序还是训练参数，都具有不可比拟的优越性。该系统软件及硬件稳定可靠，完全可与进口系统媲美。