現(xiàn)代制藥生產(chǎn)自動(dòng)化控制中DCS系統(tǒng)的應(yīng)用分析

1 DCS控制系統(tǒng)概念

DCS控制系統(tǒng)也稱(chēng)為分散型控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，集多種技術(shù)優(yōu)勢(shì)為一體，包括圖像顯示技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、監(jiān)控技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，當(dāng)前在化工、制藥、冶金領(lǐng)域中，應(yīng)用相對(duì)廣泛[1]。

在功能方面，DCS控制系統(tǒng)可以保證功能的實(shí)時(shí)性，對(duì)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，同時(shí)兼具報(bào)警與分析功能。具體來(lái)說(shuō)，①功能的實(shí)時(shí)性實(shí)質(zhì)指的是DCS控制系統(tǒng)可以基于輸入與輸出的自動(dòng)化，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，并向相關(guān)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)的反饋，大大減少了信息獲取過(guò)程中的時(shí)間差。另外，可以靈活對(duì)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)地調(diào)整，DCS控制系統(tǒng)可以結(jié)合生產(chǎn)工序中的參數(shù)情況（流量、溫度、壓力等），對(duì)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，為生產(chǎn)保駕護(hù)航。與此同時(shí)，DCS控制系統(tǒng)在調(diào)整功能上，同樣可以聚焦于能源與生產(chǎn)原料，最大程度降低成本，進(jìn)而在生產(chǎn)階段實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)成本的良好控制，從而有效提升生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。②DCS控制系統(tǒng)的報(bào)警功能，其實(shí)質(zhì)就是實(shí)時(shí)監(jiān)控各類(lèi)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，若存在異常情況，則借助自動(dòng)化控制系統(tǒng)，第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，并向廠(chǎng)內(nèi)維修人員傳達(dá)時(shí)間、地點(diǎn)等相關(guān)信息，方便維修人員快速做出響應(yīng)[2]。③DCS控制系統(tǒng)分析功能的實(shí)質(zhì)主要是現(xiàn)行狀態(tài)與系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)對(duì)比分析，通過(guò)對(duì)比分析實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)， 為查找設(shè)備故障， 檢修設(shè)備工作提供確切的參考依據(jù)。圖1所示為DCS控制系統(tǒng)。

2 DCS控制系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)

2.1 促進(jìn)系統(tǒng)可靠性的提升

DCS控制系統(tǒng)功能通常包含硬件設(shè)備控制、軟件控制、信號(hào)控制等不同方面，借助集中控制模式，使系統(tǒng)處在離散環(huán)境中時(shí)，也能加強(qiáng)監(jiān)管的集中性，從而達(dá)到優(yōu)化生產(chǎn)流程的目的。應(yīng)用DCS控制系統(tǒng)，可以全面控制有關(guān)硬件與電路系統(tǒng)，優(yōu)化相關(guān)變量，特別是信號(hào)傳輸形式的改善，完成了傳統(tǒng)電子模型信號(hào)向二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的過(guò)渡，在信號(hào)傳輸階段優(yōu)勢(shì)不容忽視。這種信號(hào)傳輸方式，不但能夠有效增強(qiáng)面對(duì)外界因素干擾的抵抗力，實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸質(zhì)量的提升，而且還能促進(jìn)傳輸誤差的減少，以保證信號(hào)傳輸相對(duì)準(zhǔn)確。除此之外，DCS控制系統(tǒng)的信號(hào)傳輸相對(duì)簡(jiǎn)潔，不會(huì)增加過(guò)多抗干擾器，因此促進(jìn)了DCS控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的提升。

2.2 促進(jìn)系統(tǒng)控制開(kāi)放性的提升

DCS控制系統(tǒng)在應(yīng)用階段，應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)化模式下完善有關(guān)設(shè)計(jì)，通過(guò)主計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行靜幀分析，從而達(dá)到控制效果。同時(shí)，通過(guò)借助企業(yè)局域網(wǎng)，加強(qiáng)信號(hào)通信效果，從而提高模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化水平，完善系統(tǒng)控制功能，使控制系統(tǒng)在接入子系統(tǒng)時(shí)能夠相對(duì)便利。另外也應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的模塊，提高系統(tǒng)行使控制功能時(shí)的靈活性。

2.3 促進(jìn)系統(tǒng)操作性能的提升

DCS控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量過(guò)程信息與生產(chǎn)狀態(tài)，并且通過(guò)收集各控制點(diǎn)信息以各類(lèi)信息（畫(huà)面、聲音、提示等）呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的可視化管理。從操作者角度講，若外界環(huán)境出現(xiàn)一定變化，可結(jié)合其運(yùn)行狀態(tài)，靈活調(diào)整液位、流量、壓力、系統(tǒng)溫度等參數(shù)，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量。另外，從設(shè)備維護(hù)者角度講，制藥或化工生產(chǎn)中用到的原料可能存在一定腐蝕性及爆炸性，通過(guò)DCS控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能及報(bào)表功能，協(xié)助人員完成設(shè)備的保養(yǎng)與維護(hù)，促進(jìn)系統(tǒng)工作效率的提升。

3 DCS控制系統(tǒng)在制藥生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)例

以原料藥（氯化鈉）的生產(chǎn)為例，對(duì)DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)討論。

3.1 企業(yè)概況

甲企業(yè)是重要的制藥企業(yè)，經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展，企業(yè)業(yè)務(wù)覆蓋飼料添加劑、原料藥和食用鹽的生產(chǎn)和銷(xiāo)售環(huán)節(jié)，年原料藥（氯化鈉）產(chǎn)量超過(guò)萬(wàn)噸。為提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，甲企業(yè)擬在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中加強(qiáng)DCS控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

3.2 系統(tǒng)方案和控制結(jié)構(gòu)

加強(qiáng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和完善，這也是能夠保障DCS控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提， 將對(duì)DCS控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、實(shí)時(shí)性產(chǎn)生較大影響。具體來(lái)說(shuō)，在一套DCS控制系統(tǒng)中，應(yīng)有I/O控制子站，以保證系統(tǒng)行使控制功能。通過(guò)這種方式，就能有效避免因一處站點(diǎn)失效，引發(fā)系統(tǒng)整體陷入癱瘓，“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性的提升。同樣，也能使采集數(shù)據(jù)的功能由不同站點(diǎn)相互分擔(dān)，促進(jìn)系統(tǒng)性能的整體提升。DCS控制系統(tǒng)操作員站，是一個(gè)重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，用于操作、監(jiān)視、報(bào)警、趨勢(shì)顯示、報(bào)表查詢(xún)打印、工藝參數(shù)修改等工作。工程師站可以針對(duì)DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行配置，對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制和監(jiān)督，并在DCS控制系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)科學(xué)設(shè)定系統(tǒng)參數(shù)，第一時(shí)間對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以保證DCS控制系統(tǒng)工作環(huán)境為最佳。

3.3 應(yīng)用具體情況和應(yīng)用范圍

結(jié)合原料藥（氯化鈉）的生產(chǎn)工藝，甲企業(yè)進(jìn)行了功能模板的設(shè)計(jì)，具體包括藥庫(kù)管理、電磁閥控制、空調(diào)凈化、功能切換（手動(dòng)/自動(dòng)）、蒸發(fā)結(jié)晶、鹵水凈化等。借助控制界面的功能，試驗(yàn)了相關(guān)工藝操作，實(shí)現(xiàn)了工作效率的極大提升。與此同時(shí)，結(jié)合各類(lèi)型軟件包，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)對(duì)軟件模塊自由配置，通過(guò)不同系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)不同功能的開(kāi)發(fā)。例如應(yīng)用和產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、物料需求計(jì)劃系統(tǒng)、試驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)等。

3.3.1 應(yīng)用于鹵水凈化、蒸發(fā)結(jié)晶模板

DCS控制系統(tǒng)可以借助控制界面，科學(xué)控制料液溫度、料液流量、 料液反應(yīng)時(shí)間、 料液酸堿度等參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)料液的精密過(guò)濾、加料、排料、轉(zhuǎn)料、計(jì)量、脫水、干燥等。在此過(guò)程中，DCS控制系統(tǒng)可以自動(dòng)存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，后期無(wú)論是檢索、查詢(xún)都相對(duì)簡(jiǎn)便，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，便于分析對(duì)比，方便找到問(wèn)題源頭，完全可以達(dá)到核心技術(shù)要求，在存儲(chǔ)上相對(duì)分散，卻基于全局角度進(jìn)行管理。

3.3.2 DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用于潔凈室

對(duì)潔凈室而言，最重要的標(biāo)準(zhǔn)就是潔凈度，而影響潔凈度的各項(xiàng)因素中，塵埃是首當(dāng)其沖的重要因素。通常情況下，可以通過(guò)盡量不開(kāi)門(mén)或者少開(kāi)門(mén)對(duì)塵埃進(jìn)行控制，這就需要在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中充分發(fā)揮門(mén)禁控制系統(tǒng)實(shí)用性的優(yōu)勢(shì)，從而避免在開(kāi)關(guān)門(mén)的問(wèn)題上投入較大人力成本。門(mén)禁系統(tǒng)控制功能，可以對(duì)DCS控制系統(tǒng)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)不同門(mén)相互之間的互鎖狀態(tài)，特別是處于人員凈化通道區(qū)域的門(mén)。舉例來(lái)說(shuō)，若人員想要從一更到二更，需要經(jīng)過(guò)凈化緩沖區(qū)，若此區(qū)域門(mén)尚處在開(kāi)啟狀態(tài)，此時(shí)就無(wú)法開(kāi)啟二更門(mén)，通過(guò)這種方式，就可以實(shí)現(xiàn)避免因管理問(wèn)題產(chǎn)生的交叉污染。通過(guò)科學(xué)控制保證制藥成品的質(zhì)量。

3.3.3 DCS控制系統(tǒng)應(yīng)用于凈化空調(diào)系統(tǒng)

（1）控制空氣潔凈度。控制潔凈度的實(shí)現(xiàn)條件，應(yīng)當(dāng)基于室內(nèi)需求，并且換氣量達(dá)到一定水平。過(guò)濾器性能的優(yōu)劣以及過(guò)濾器的堵塞、破損等都會(huì)對(duì)空氣潔凈度構(gòu)成較大負(fù)面影響。DCS控制系統(tǒng)搭配遠(yuǎn)傳式儀表，就能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與控制效果。

（2）控制溫度。溫度是由空調(diào)機(jī)組和空氣進(jìn)行冷熱交換獲得的，DCS控制系統(tǒng)可以通過(guò)室內(nèi)遠(yuǎn)傳感器，在調(diào)節(jié)器與變送器的作用下，自動(dòng)對(duì)溫度進(jìn)行控制。

（3）濕度控制。原料藥（氯化鈉）的產(chǎn)品質(zhì)量，同樣也會(huì)受到濕度因素影響。DCS控制系統(tǒng)可以通過(guò)控制程序?qū)穸冗M(jìn)行控制，通過(guò)室內(nèi)遠(yuǎn)傳感器，在調(diào)節(jié)器與變送器的作用下，自動(dòng)對(duì)濕度進(jìn)行控制，同時(shí)在控制過(guò)程中增加溫度補(bǔ)償功能，在提高控制自動(dòng)化水平的同時(shí)避免產(chǎn)生較大能耗成本。

（4）控制壓差。針對(duì)壓差進(jìn)行控制，是通過(guò)差壓變送器和DCS控制系統(tǒng)關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)，依照工藝要求對(duì)正壓與負(fù)壓狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。差壓變送器控制功能的實(shí)現(xiàn)，是通過(guò)對(duì)室內(nèi)壓力的監(jiān)測(cè)，在DCS控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)器的作用下，實(shí)現(xiàn)對(duì)回風(fēng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，并借助于對(duì)新風(fēng)量輔助控制。在此基礎(chǔ)上借助DCS控制系統(tǒng)與文丘里閥，對(duì)不同房間的回風(fēng)與送風(fēng)進(jìn)行控制，使系統(tǒng)的控制功能趨于簡(jiǎn)單。

3.4 工藝的實(shí)現(xiàn)和運(yùn)行效果

鹵水凈化工藝基于工藝要求，用不同段落對(duì)工藝整體進(jìn)行區(qū)分，其中包含a、b段以及精密過(guò)濾。精密過(guò)濾階段包含靜態(tài)混合調(diào)酸，將不同段的工藝用工藝流程圖進(jìn)行展示，其中有自動(dòng)調(diào)節(jié)酸度、監(jiān)控精鹵濁度、自動(dòng)控制溫度、顯示鹵水體積動(dòng)態(tài)等畫(huà)面。為防止工人出現(xiàn)眼部疲勞問(wèn)題，在畫(huà)面中只做了動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)，可以通過(guò)軟件邏輯，控制水動(dòng)態(tài)流動(dòng)。

原料藥（氯化鈉）的生產(chǎn)各環(huán)節(jié)中，蒸發(fā)結(jié)晶在其中的作用不容忽視，在此階段需要合理控制干燥溫度、沖洗時(shí)間、排鹽時(shí)間、壓力、溫度等參數(shù)。甲企業(yè)編制了特定的控制程序，可以通過(guò)DCS控制系統(tǒng)達(dá)到控制參數(shù)的目的，自由切換上述參數(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝方式的創(chuàng)新。

另外，DCS控制系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制調(diào)節(jié)蒸發(fā)室液位與閃發(fā)器等功能，鑒于調(diào)節(jié)回路的設(shè)定值并不是常量，會(huì)結(jié)合不同階段的需求，產(chǎn)生相應(yīng)變化。因此，在設(shè)計(jì)中引入基于PID調(diào)節(jié)的切換功能（手動(dòng)/自動(dòng)），在具體設(shè)計(jì)方案上，手動(dòng)狀態(tài)下是SP跟蹤PV，自動(dòng)狀態(tài)時(shí)基于切換狀態(tài)的SP值，對(duì)工藝過(guò)程值進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過(guò)這種方式，若操作人員以手動(dòng)方式合理調(diào)節(jié)工藝過(guò)程值，向自動(dòng)狀態(tài)切換時(shí)能做到過(guò)程平衡穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)工藝值的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。同時(shí)通過(guò)操作人員的不斷摸索與磨合，形成一整套經(jīng)驗(yàn)值，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到半自動(dòng)、 半自動(dòng)到全自動(dòng)的過(guò)渡， 促進(jìn)效率的不斷提升。從宏觀角度出發(fā)，企業(yè)可以基于系統(tǒng)自動(dòng)產(chǎn)生的報(bào)表，掌握生產(chǎn)工藝并進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)生產(chǎn)率的不斷上升。

4 結(jié)語(yǔ)

DCS控制系統(tǒng)在制藥生產(chǎn)過(guò)程中具備較大應(yīng)用開(kāi)發(fā)價(jià)值，相關(guān)行業(yè)的企業(yè)應(yīng)當(dāng)引起重視，結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)需求，合理應(yīng)用系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。

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