抗生素发酵生产自动化控制dcs工程可行性研究报告(doc31)-工程可研(编辑修改稿)

抗生素发酵生产自动化控制dcs工程可行性研究报告(doc31)-工程可研(编辑修改稿)内容摘要：

第 12 页 共 31 页 此资料来自 一个控制系统由 I/O 设备（传感器和执行器）、控制硬件、控制软件、人机接口及与信息系统的连接等组成。 设备级现场总线使 I/O 模件和控制箱得以分开，以太网使得现场采集的数据集成到企业应用中。 早期的集中式控制系统 80 年代初期，控制系统多使用以单板机组成的微机控制装置，与上位机系统连接多采用串行通信方式，所有模件集中布置在一个或几个机柜中。 由这些装置构成的系统多为集中式控制系统或分层控制系统。 这种系统为我国自动化控制系统发挥了重要作用 ，其开拓性的实践是今天控制系统丰富多彩的基础。 但是，这类系统技术上已经落后，不符合控制系统分布、开放的发展趋势。 DCS 控制系统 DCS 在我国控制系统中得到了广泛的应用。 传统的 DCS 主要有 4 层结构：第 1 层是 I/O 层；第 2 层是控制器层；第 3 层是人机接口层；第 4层是企业信息系统层。 这种结构除在第 3 层、第 4 层之间采用以太网外，其他都是专用网络，控制设备及软件也是专用的，开放程度不够，给系统维护及升级带来不便。 DCS 在设备配置上还要求网络、控制器、电源甚至模件等都为冗余结构，支持无扰切换和带电插拔， 由于设计上的高要求，导致 DCS 成本太高。 PLC 可编程逻辑控制器 严格说来，单独的 PLC 因缺少人机接口及信息系统等部分，不是一个控制系统。 PLC 由于其高可靠性及使用的方便性，占领着很大的市场份额。 从控制系统结构来看，传统的 PLC 相当于通用化的微机监控装置， 第 13 页 共 31 页 此资料来自 由电源模件、 CPU 模件、 I/O 模件、槽板及扩展插箱组成，使用厂家提供的梯形图逻辑语言进行编程。 但随着市场的需要及 DCS 的挑战， PLC 家族在以下几方面得到了发展：①分布式 I/O 连接能力方面，由于许多高档PLC 支持远程 I/O 及现场总线网络（如 DeviceNet， Profibus 等），使 PLC向下连接更分布；②厂级控制系统连接方面，许多 PLC 支持高速网络，如 Ether ， ControlNet， Profibus 等；③软件的开放性方面，由于许多 PLC 支持 OPC 标准（ object linking and embedding for process control），使软、硬件平台之间的数据通信找到了一个实现的标准。 这种部分开放加上部分专用所构成的系统可能还会延续一段时间。 但是， PLC 需配置额外的设备和电路，与 DCS 相比，虽有成本上的优势，但可靠性、 电气性能却不如 DCS。 FCS 现场总线控制系统 FCS（ fieldbus control system）顾名思义基于现场总线，根据 IEC标准及现场总线基金会的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。 现场总线系统应具有以下技术特点：①系统的开放性；②互可操作性与可用性；③现场设备的智能化与功能自治性；④系统结构的高度分散性；⑤对现场环境的适应性。 由于有以上技术要求，现场总线控制系统将是开放系统的主要支撑力量。 由于受集团利益的限制，现场总线网络本身目前 还未形成一个单一的标准。 现场总线控制系统不仅需要控制系统设备制造商的支持，更主要的是要得到分散在现场的传感器及执行设备的支持，以取代 DCS 的数字 /模 第 14 页 共 31 页 此资料来自 拟混合技术，成为全数字式系统。 这样的系统才会比 DCS 有很大的技术及成本优势，但现场总线控制系统近几年内难以实现。 针对上述所作比较，结合公司 DCS 第一期工程的经验得失，我们决定本期项目实施仍然以 DCS 技术为主体，兼顾现场总线技术。 2. 用 DCS 技术实现发酵过程监控方案设计 本工程将对我公司抗生素发酵规模较大的三个车间实现发酵计算机自动化控制。 主要内容： 包括六车间 14 个大罐 780T 发酵体积、二车间 14 个大罐 385T 发酵体积和九车间 10 个大罐 330T 发酵体积共计 1495T 发酵体积实现计算机自动化控制（ DCS）及与之配套的发酵工艺综合分析系统。 需求分析 要求以系统的先进性、成熟性、可适性、安全性、可靠性、可扩展性、可维护性和性能价格比等作为系统方案的设计原则。 功能目标 对抗生素发酵生产过程实现不间断连续监控，保证车间生产连续、稳定、安全、高效运行； 满足生产工艺要求，具有现场操作和参数修改、报警显示、实时和历史 趋势显示、生成报表（日报表、批报表等）及打印输出等功能； 具有网络通讯、数据库接口，可实现信息共享。 性能目标 系统的可靠性 第 15 页 共 31 页 此资料来自 系统选用美国 HONEYWELL 公司生产的 PLANTSCAPE 集散控制系统，该系统具有很强的可靠性、安全性，同时还具有易扩展等特点，在发酵控制领域应用较为广泛，由于控制器 I/O 口与现场直接相连，因此对可靠性的要求尤为重要，该系统平均无故障时间不小于 3 104 小时，系统可用率达 %，模板支持热插拔，可进行无扰动切换。 现场采集信号输入和输出用配 电器隔离； 系统的实时性 对现场监控信息实施实时监测， PLANTSCAPE 集散控制系统采集信号参数时间从 秒～ 60 秒不等，根据发酵生产工艺要求，采集参数时间为 2 秒，满足实时要求； 系统的安全性 系统对系统管理员、工程师、操作员有各自不同的操作权限，对一些重要的操作命令进行口令复核和操作复核，防止发生误操作和越权操作。 控制系统结构原理 DCS 系统对发酵过程控制进行实时数据采集、按生产工艺要求控制参数、生成历史曲线、生成日报表或批报表及向主干网传输实时数据和历史数据。 发 酵过程控制系统的构成见图： 以太21”显示器 15”显示器 服务器 (操作员站) 工作站 (工程师站 ) 打印机 打印机 第 16 页 共 31 页 此资料来自 网 以太网 上位机由一台服务器（兼做操作站）和一个工作站（管理员和工程师站）组成。 日常的生产操作在操作员站完成，管理关键参数整定工作在工程师站完成。 操作员站和工程师站各配置一台打印机，可进行报表打印及数据历史曲线打印。 控制器是 HONEYWELL 公司的 S9000 回路控制器，可并接多个控制器和连接数个扩展机箱。 控制器和服务器及工作站之间、控制器和控制器之间的网络通讯是以以太网（ Ether）实现的，先进的以太网（ Ether）通讯，为以后全公司计算机联网奠定了基础。 接口仪表如 SFPX 多功能配电器有效地将供电、信号输入、信号输出三者实施分离，抗共模干扰能力 3000V，切断测控元件和系统回路之间有害地电耦合，将干扰抑制到最小程度，将各通道之间的干扰抑制到最小程度。 传感器根据被测对象的内容， 分为温度传感器、 PH 传感器、压力传感器、 DO 传感器、尾气 CO2 传感器、流量传感器和称重传感器等。 传感器的参数及性能见表： 控制机柜 (控制器 1) 控制机柜 (扩 展箱 ) 接口仪表 现场变送器 现场执行机构。