抗生素工程可行性研究报告样本.doc

抗生素发酵生产自动化控制（DCS）工程

可行性研究汇报

抗生素发酵生产自动化控制(DCS)工程
可行性研究汇报
一、概述
1．项目概况
1．1 项目名称：抗生素发酵生产自动化控制（DCS）工程
1．2 项目负担单位：岳阳中湘XX药业集团
1．3 项目责任人：杨生武
1．4 项目起止时间：元月—6月
1．5 项目主管部门：湖南省信息产业厅
1．6 项目简明内容及实施目标：利用计算机集散控制技术实现企业关键抗生素生产车间（包含六、九、十车间累计1495T红霉素发酵体积）发酵自动化控制。
2．企业概况
2．1 企业介绍
2．1．1 企业名称：岳阳中湘XX药业集团
2．1．2 法定代表人：罗永清
2．1．3 全部制性质：国有独资
2．1．4 隶属关系：中国医药集团总企业下属中国医药工业企业全资子企业
2．1．5 企业地址：湖南省岳阳市九华山一号
2．1．6 电话：0730—8320411
2．1．7 邮政编码：414000
2．2 人员情况
2．2．1 职员总数：2053人
2．2．2 工程技术人员： 605人
其中 高级职称： 11人
中级职称：175 人
初级职称：419 人
2．2．3 计算机、自控及相关专业人数：28人
2．3 企业资产信用情况
2．3．1 资产总额： 42386 万元
2．3．2 固定资产原值： 29248 万元
2．3．3 固定资产净值： 22368 万元
2．3．4 流动资产： 17405 万元
2．3．5 负债总额： 31726 万元
2．3．6 流动负债： 12584 万元
2．3．7 全部者权益总额：10659 万元
2．3．8 收入总额： 25628 万元
2．3．9 关键营业收入： 25628 万元
2．3．10 税后利润总额： 1605 万元
2．3．11 银行借款总额： 19628 万元
2．3．12 银行信用等级： A级
2．3．13 税务局情况统计：纳税优异单位
2．4 企业生产经营情况
岳阳中湘XX药业集团是以生产抗生素原料药为主，同时生产制剂、中成药大型医药企业，现有六条抗生素原料生产线（其发酵规模名列全国同行业厂家第四位）、三条合成药生产线、一个制剂分厂、一个药品研究所，下辖五个子企业和一个合资企业。1999年完成工业总产值 43557 万元，销售收入 22794 万元，上交利税 1463 万元，实现利润 1129 万元；完成工业总产值 49821 万元，销售收入 24848 万元，上交利税 1554 万元，实现利润 1325万元。企业有自营进出口权，产品畅销全国各地，远销东南亚、意大利、西班牙、东欧等国家，国家级新药阿瑞被列为国家高新技术产业化计划。
二、项目开发必需性
1．项目提出背景
中湘XX前身为岳阳市制药一厂，多年来一直关键生产红霉素、螺旋霉素等抗生素原料系列产品。因为产品结构单一、融资渠道不畅、设备装备水平较低、营销网络不够健全、信息搜集手段落后等多方面原因影响，中湘XX整体竞争能力比较差，尤其是在90年代末期表现得尤为突出。1996至1998年，企业连续三年亏损，生产经营举步维艰。1999年，企业决议层实施战略结构调整，提出原料药、制剂药和中成药三分天下、齐头并进发展思绪，并经过实施吞并重组、技术创新、设备改造、健全营销网络等很多强有力方法，一举扭转了生产经营被动局面，当年实现了扭亏为盈目标。但日趋猛烈市场竞争态势迫使我们必需愈加冷静地面对现实，中国加入世界贸易组织既给我们带来了发展机遇，又使我们面临着更大挑战。，中国市场上伴随系列红霉素衍生物不停开发问世，红霉素原料药市场需求量对应地得到了增加，但红霉素原料药生产厂家也在不停地增多，红霉素原料市场总趋势是供大于求，一场没有硝烟价格大战已经打响；国际市场方面则表现为欧洲发达国家有大量进口中国红霉素原料药迹象，但进口门槛较高，对产品质量提出了更高要求。作为红霉素老牌生产厂家，我们惟有深入加紧技术创新步伐，努力降低产品制造成本，全方面增强企业竞争能力，才能在如此猛烈市场竞争环境下站稳脚跟，并据此取得出口先机。
众所周知，利用信息技术改造传统产业已在中国开展了十几年科学实践，自动化控制技术在医药、化工等领域研究和应用出现了大量成功范例。即使红霉素含有生产周期长、生产过程复杂、控制难度大等特点，但我们仍然对应用和研究“红霉素发酵生产自动化控制”抱有信心。在反复考察论证基础上，我们提出了“应用计算机自动化技术控制发酵生产，改造传统生产工艺过程，提升红霉素发酵生产水平”技术创新思绪。
，湖南省电子信息系统推广应用工作小组办公室下达了《相关申报电子信息应用贷款项目标通知》，我们决定将“抗生素发酵自动化控制（DCS）工程”作为国家倍增计划贷款贴息项目进行申报，以借助国家资金扶助将企业信息化工作推上一个新台阶。
2．中国外同类项目标应用情况
2．1项目标工作原理
抗生素发酵工艺生产过程是生物、化学和工程等学科理论和技术综合利用，其机理十分复杂，控制过程很困难。抗生素发酵计算机控制就是经过对菌种环境条件要求和代谢改变规律各参数改变进行测量，结合代谢调控基础理论来有效地控制发酵，使菌种代谢改变沿着最好方向进行，以较低能量和物料消耗生产更多发酵产品。
2．2 中国外应用情况
国外工业控制起步较早，尤其是美国、日本和德国等西方资本主义国家，在医药生产领域有着很高计算机控制水平，但为了追求巨额利润，发达国家通常将关键精力放在成品药制作、研究和控制上。中国是抗生素原料药生产大国，但生产技术水平落后，以手工操作方法为主，生产效益低。直到八十年代中期，原国家医药局和国务院电振办才把用优异电子信息技术、控制技术改造传统医药产业列为“八五”、“九五”期间工作关键。现在，计算机控制技术在青霉素、土霉素、金霉素等产品发酵生产过程中取得了较大突破，技术水平已靠近国外优异水平。但红霉素发酵含有周期长、中间补料多、控制复杂等特点，对红霉素发酵进行自动化控制研究和应用工作一直没有重大进展。
3．该项目开发前和投入使用后，企业在生产、经营、质量、技术和管理等方面改变及成效
红霉素发酵自动化控制项目投入正常使用后，企业可望取得很显著生产经营成效，具体可表现为以下多个方面：
3．1生产方面
◆适时参数检测和控制将使发酵生产愈加稳定，生产产量由此可得到大幅度提升。
3．2管理方面
◆数据统计：真实可靠，实时统计，避免了过去人工统计数据随意性和错误；
◆工作监督：从统计数据能够随时检验生产正常是否，可增强工人责任心，帮助车间管理人员开展生产督察工作；
◆职员培训：自动化控制系统是一个复杂辅助生产系统，对操作和维护管理人员素质要求较高，围绕自控系统开展各项培训工作可提升职员技能水平；
◆决议调度：企业领导和生产调度等各级管理人员经过网络可实时查询生产信息，增强了生产决议和生产调度科学性和合理性。
3．3技术方面
◆补料自控：补料自控改变了传统补料方法。传统补料方法是每隔较长一段时间一次性大批量补加料液，这对微生物生长环境产生巨大冲击，影响发酵水平；自控补料则是依据设定好补料速度，连续均匀少许地补加营养物质，因为连续补料对微生物生产环境冲击降低，从而达成提升发酵水平目标。
◆消沫自控：在发酵期间，有时微生物生长旺盛，产生大量泡沫，抬高了发酵液液位，可能会出现逃液现象。传统手工控制时，常常不能立即发觉泡沫产生，即便发觉泡沫也难以加入适量消沫剂控制逃液。而消沫自控则能立即检测到泡沫产生，并自动连续补加消沫剂，直到消除泡沫为止。
◆优化工艺：对发酵生产进行自动化控制，可由此得到大量实时正确生产数据，这为优化生产工艺研究和工艺改变提供了极大帮助。发酵过程中以往传统控制方法，均是以动力学为基础，采取最好工艺控制点为依据静态操作方法，这种控制忽略了发酵过程中动态改变及其和其它发酵过程参数关系，在生产控制过程中有较大不足。以动态生产实时数据为基础，我们可进行发酵新理论研究和探索，即以细胞代谢流量分析和控制为关键发酵工程学见解，来控制发酵过程。自动化控制技术和发酵分析计算机软件引入，使得研究细胞和工程水平问题并实现过程数据优化成为现实，经过不停工艺优化，可使红霉素发酵水平发生巨大改变，发酵生产得到质飞跃。
3．4质量方面
◆发酵液组分和提炼收率和产品质量有着极为亲密联络，经过自控技术引用，可大大改善发酵液组分，使得关键组分（如A组分）百分比增大，而B组分（含毒性）和C组分（含杂质）对应降低，从而使提炼出来产品质量得到大幅提升。
3．5经营方面
◆红霉素产品产量和质量提升，为生产经营发明了良好内部环境，有利于营销战线掌握市场营销工作主动，我们可经过优异产品质量和相对较低市场价格赢得市场优势，从而可望带来崭新营销工作新局面。
三、协作单位选定理由
1．协作单位概况及其优势分析比较
1．1 协作单位概况
协作单位北京康拓生化控制工程企业（即国家医药管理局控制工程中心）成立于1993年7月，隶属国家医药管理局，是一家依靠航天工业部502研究所，实施企业化管理研究开发机关。企业凭借502所雄厚技术力量和灵活市场机制，建立了一支人员素质高、新技术开发和工程能力强技术队伍，关键从事制药行业自动化控制技术研究和开发应用。现有职员30多名，其中研究员一名，含有中高级以上职称18人，其它均为从事自控或相关专业科技骨干。几年来，康拓企业系统和产品已经成功地推广应用到几十家制药行业十多个品种，经济效益显著，带动了整个行业生产水平提升。
1．2 协作单位优势分析
和其它从事自控技术研究单位相比，康拓企业含有以下优势：
◆ 技术力量雄厚，有国家医药管理局和航天部502研究所作坚强后盾；
◆ 专业性强，专门从事医药抗生素发酵领域研究和开发；
◆ 工控产品质量过硬，康拓前后研制开发成功KT型智能补料控制器、系列防污染控制装置、生产过程控制系统及抗腐蚀、耐高温控制阀门等一系列优异工控产品；
◆ 实施能力强，多年来在抗生素发酵领域积累了大量实施经验，并有很多成功范例。
2．和中国外同类系统或产品在性能、价格、服务等方面比较
XX发酵生产自动化控制（DCS）工程关键采取美国Honeywell企业最新生产PlantScape集散控制系统，现场实施机构大多选择性能优越国外产品或康拓企业自制产品，系统平均无故障时间大于30000小时，可用率达成99.99%，和中国外其它系统（如横河XLDCS控制系统，西门子控制系统，欧陆控制系统）相比含有很高性能价格比，成熟性和可靠性全部能够得到确保且技术水平位居世界领先行列。另外，在系统维护方面，康拓企业能够确保提供二十四小时电话支持服务和48小时现场服务，并能够立即供给多种系统维修配件。
四、项目标内容及目标
1．项目标关键内容
本项目将对我企业抗生素发酵规模较大三个红霉素车间实现计算机自动化控制，关键内容包含：
二车间14个大罐385T发酵体积；
六车间14个大罐780T发酵体积；
九车间10个大罐330T发酵体积；
累计1495T发酵体积实现计算机自动化控制及和之配套发酵工艺综合分析系统。
关键技术参数有：
1．1检测参数：发酵温度、罐压力、空气流量、PH值、溶解氧、空气流量、发酵液体积、尾气中二氧化碳和二氧化碳含量和公用系统参数检测；
1．2控制参数：温度控制、PH控制、补料控制、消沫控制、空气流量控制等。
2．项目标目标
2．1 功效目标
2．1．1对抗生素发酵生产过程实现不间断连续监控，确保车间生产连续、稳定、安全、高效运行；
2．1．2满足生产工艺要求，含有现场操作、参数修改、报警显示、实时和历史趋势显示、报表自动生成和打印输出等功效；
2．1．3含有网络通讯、数据库接口，可实现信息共享。
2．2 性能目标
2．2．1系统可靠性：因为控制器I/O端口和现场直接连接，所以对可靠性要求尤为严格，拟选择集散控制系统平均无故障时间应大于30000小时。
2．2．2系统实时性：对现场监控信息实施实时监测，系统采集信号时间必需满足发酵生产工艺要求，既采集参数时间为2秒实时要求。
2．2．3系统安全性：系统必需对系统管理员、工程师和操作员设置不一样操作权限，要预防发生误操作和越权操作。
2．3 效益目标
发酵水平提升10%，单罐消耗下降5%，产量提升8%以上。
五、项目标技术可行性
1.中国测控领域控制系统结构发展
一个控制系统由I/O设备（传感器和实施器）、控制硬件、控制软件、人机接口及和信息系统连接等组成。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数据集成到企业应用中。
1.1早期集中式控制系统
80年代早期，控制系统多使用以单板机组成微机控制装置，和上位机系统连接多采取串行通信方法，全部模件集中部署在一个或多个机柜中。由这些装置组成系统多为集中式控制系统或分层控制系统。这种系统为中国自动化控制系统发挥了关键作用，其开拓性实践是今天控制系统丰富多彩基础。不过，这类系统技术上已经落后，不符合控制系统分布、开放发展趋势。
1.2 DCS控制系统
DCS在中国控制系统中得到了广泛应用。传统DCS关键有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层之间采取以太网外，其它全部是专用网络，控制设备及软件也是专用，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、电源甚至模件等全部为冗余结构，支持无扰切换和带电插拔，因为设计上高要求，造成DCS成本太高。
1.3 PLC可编程逻辑控制器
严格说来，单独PLC因缺乏人机接口及信息系统等部分，不是一个控制系统。PLC因为其高可靠性及使用方便性，占领着很大市场份额。从控制系统结构来看，传统PLC相当于通用化微机监控装置，由电源模件、CPU模件、I/O模件、槽板及扩展插箱组成，使用厂家提供梯形图逻辑语言进行编程。但伴随市场需要及DCS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，因为很多高级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，很多PLC支持高速网络，如Ethernet ，ControlNet，Profibus等；③软件开放性方面，因为很多PLC支持OPC标准（object linking and embedding for process control），使软、硬件平台之间数据通信找到了一个实现标准。这种部分开放加上部分专用所组成系统可能还会延续一段时间。
不过，PLC需配置额外设备和电路，和DCS相比，虽有成本上优势，但可靠性、电气性能却不如DCS。
1.4 FCS现场总线控制系统
FCS（fieldbus control system）顾名思义基于现场总线，依据IEC标准及现场总线基金会定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统数字式双向传输、多分支结构通信网络。现场总线系统应含有以下技术特点：①系统开放性；②互可操作性和可用性；③现场设备智能化和功效自治性；④系统结构高度分散性；⑤对现场环境适应性。
因为有以上技术要求，现场总线控制系统将是开放系统关键支撑力量。因为受集团利益限制，现场总线网络本身现在还未形成一个单一标准。
现场总线控制系统不仅需要控制系统设备制造商支持，更关键是要得到分散在现场传感器及实施设备支持，以替换DCS数字/模拟混合技术，成为全数字式系统。这么系统才会比DCS有很大技术及成本优势，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，结合企业DCS第一期工程经验得失，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
本工程将对我企业抗生素发酵规模较大三个车间实现发酵计算机自动化控制。
关键内容：
包含六车间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发酵体积累计1495T发酵体积实现计算机自动化控制（DCS）及和之配套发酵工艺综合分析系统。
2.1需求分析
要求以系统优异性、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设计标准。
2.1.1功效目标
2.1.1.1对抗生素发酵生产过程实现不间断连续监控，确保车间生产连续、稳定、安全、高效运行；
2.1.1.2满足生产工艺要求，含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）及打印输出等功效；
2.1.1.3含有网络通讯、数据库接口，可实现信息共享。
2.1.2性能目标
2.1.2.1系统可靠性
系统选择美国HONEYWELL企业生产PLANTSCAPE集散控制系统，该系统含有很强可靠性、安全性，同时还含有易扩展等特点，在发酵控制领域应用较为广泛，因为控制器I/O口和现场直接相连，所以对可靠性要求尤为关键，该系统平均无故障时间大于3×104小时，系统可用率达99.99%，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；
2.1.2.2系统实时性
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0.1秒～60秒不等，依据发酵生产工艺要求，采集参数时间为2秒，满足实时要求；
2.1.2.3系统安全性
系统对系统管理员、工程师、操作员有各自不一样操作权限，对部分关键操作命令进行口令复核和操作复核，预防发生误操作和越权操作。
2.2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。
发酵过程控制系统组成见图：

21”显示器
打印机
15”显示器
工作站
(工程师站)
服务器
(操作员站)
打印机
以太网 以太网
控制机柜
(扩展箱)
控制机柜
(控制器1)
现场实施机构
现场变送器
接口仪表

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企业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网络通讯是以以太网（Ethernet）实现，优异以太网（Ethernet）通讯，为以后全企业计算机联网奠定了基础。
接口仪表如SFP-X多功效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，将各通道之间干扰抑制到最小程度。
传感器依据被测对象内容，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。传感器参数及性能见表：
传感器
温度
压力
PH
DO
尾气CO2
流量
称重
型号
Pt100

2400仪表
4500仪表
4500仪表

9m毛细管
量程
0-150/200℃
0-0.25/
0.7Mpa
0-14PH
0-100%
0-100%
待定
待定
精度
±0.3℃
±0.3%
±0.01
Mpa
±0.1%
±0.1%
±1.0%
±0.2%
输出
4-20mA
4-20mA
4-20mA
4-20mA
4-20mA
4-20mA
4-20mA
工位
公用工程
公用工程
大罐
大罐
大罐
大罐
大罐
实施机构是DCS系统对现场实施控制实施器。实施器应满足生产过程中多种环境要求，耐高温、耐腐蚀、动作灵敏、不染菌等。采取北京康拓企业自行研制不锈钢波纹管隔膜汽动阀系列产品满足了以上要求。
2.3系统组态
HONEYWELL PLANTSCAPE组态软件是在Windows Nt基础上开发组态软件。PLANTSCAPE 服务器维护着系统实时数据采集，生成实时数据库，很方便地经过网络来监视、控制目前生产过程，利用Excel Data Exchange 实现任意点、任意时刻数据报表生成。
2.3.1下位机系统组态
在系统组态中，对信号点定义均使用7个字母，按以下方法定义：
物理量+罐号+特征
XX +XXX + XX
如：TC301PV—301温度检测值
物理量符号：TC—温度 PA—压力
FA—流量 PH—PH值
DO—溶氧 CO—CO2
特征：PV—检测值 SP—设定值
AR—报警范围 KP—百分比系数
KD—微分系数 KI—积分系数
TM—最大输出时间 HT—加热水最大时间
2.3.1.1 大罐温度控制组态
依据被控对象要求，计划设定各输入输出模件和控制器类型和地址，制订组态方案。以301大罐温度控制为例，介绍用连续控制图（CCC）实现连续控制组态方案。见图1：
UAI 1
Add0

PID 2
RSP AL1*
AL2*

TC301SP

AO 3
Add32

图1：连续控制组态（CCC）方案
在发酵过程中，微生物生长代谢大部分是产热过程，温度控制就是要将菌种生长过程控制在一定温度范围。通常情况下，发酵罐产热量大于散热量，所以我们实施控制实际上是一个降温过程。发酵罐体积较大，且伴随发酵过程进行，发酵液体积也不停增大，所以系统惯性和滞后较大，PID调整规律是最经典控制方法。
经典PID算法方程式以下：
（1）
（1）式中，e(t)：控制输入信号，通常是指输入信号和反馈信号之差，这里指301罐温度模拟值输入值。
U(t)：控制输出信号，通常为受控对象控制信号，这里指调整阀阀位。
Kp：控制百分比系数。
Ti：控制积分系数，这里指积分时间。
Td：控制微分系数，这里指微分时间。
将（1）式表为增量形式，即为：
△u(k)=Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)] （2）
在实际控制中，大多采取增量式PID算法，优点是：
第一，计算机只输出增量，误差动作影响小，实施器只进行增量动作。
第二，算式中不需要累加，增量大小只和近几次采样值相关。
第三，对任何故障或切换冲击小。
Honeywell Configration组态软件将PID运算“模块”化处理，在开发软件过程中，调用对应“模块”即可。见上图。“模块”软件PID1包含了（2）式运算过程，依据生产工艺要求，修改“模块”中Kp百分比系数、Ki积分系数、Kd微分系数，正确完成PID1“模块”内容组态，即实现了完整PID运算。PID控制除此之外还有PID2串级控制，PID3串级加连锁控制等方法。“模块”AO是“模块”PID1运算结果赋值（△u(k)），AO增量大小改变实施器动作，实现温度控制。空气流量、水流量等参数控制和大罐温度控制过程一致，且实施器均为调整阀。
Honeywell Configration组态软件连续控制图（CCC）还实现了其它运算“模块”化，如梯形逻辑运算、布尔运算、算术运算、常见函数计算、设定点程序、报警等。
2.3.1.2 PH控制组态
以301罐PH控制为例，介绍用梯形逻辑控制图实现逻辑控制方案。
发酵过程中PH值改变决定着菌种生产特征，正确检测PH值，和将PH值控制在菌种生长最好条件，是发酵过程中至关关键条件。通常说来，抗生素发酵是一个产酸过程，在生产过程中往往采取加碱水或氨水方法调整PH值。
发酵液PH值改变原因很多，关键原因是菌种本身代谢特征。发酵罐体积较大，发酵液伴随发酵过程进行体积也不停增大，所以PH值也是一个大惯性、大滞后控制对象。PH值控制输出是开阀时间，经过控制开阀时间长短控制加氨量或加碱量，控制算法采取带时间百分比百分比微分PD运算。
PD算法方程式以下：
（3）
用增量形式表示以下：
△u(k)=Kpe(k) +Kd[e(k)- e(k-1)] （4）
（4）式中，e（k）：第k次采样值偏差，e(k-1)为上次偏差。
Kp：百分比系数。 Kd：微分系数，这里指微分时间。
若控制敏感精度在0.1PH，讨论（4）式运算，有以下多个情况：
△u(k) = 1，Kpe(k) +Kd[e(k)- e(k-1)] 0<e(k)<0.1PH
2，100% e(k)>0.1PH
3，0 e(k)<0
4，0 关断备用阀 e(k)<0且e(k)-e(k-1)<0.1PH
把逻辑控制和PD运算控制结合起来，用步骤图形式表示以下：
补碱开车操作 入口
自动吗？ N

控制周期到否？ N

采PH值，计算e(k)

e(k)<0且e(k)-e(k-1)<0.1PH Y 报警，关闭

e(k)>0.1PH Y △u(k)=100%？

按公式计算△u(k)

开阀，加碱

返回
PH值控制软件开发是用梯形逻辑（RLL）控制图实现。
2.3.1.3 补料控制组态
以下介绍301罐补料控制方案。
补料控制目标是不使菌种在发酵过程中耗尽基础料，造成生产环境破坏，终止代谢，影响产品质量。补料计量是采取等时间间隔一罐一罐地向发酵罐注入料液，而且每罐料液放料过程能够采取“脉冲流加”方法，即数次少许逐步放料，直至放完本罐，进入下一个补料周期。其原理示意图以下：

视 计算机

4L或2L计量罐 镜

V1
V2

当补料过程工艺要求补料时，计算机发出补料指令，开始第一周期补料过程，V1阀开，V2阀闭，料液注入补料罐，当料液触及到罐顶采样电极时，料液注满计量罐，（4L或2L），计算机给出指令，V1阀闭，V2阀开。为确保料液匀速注入发酵罐，放料过程采取“脉冲流加”方法，分数次开V2，直至料液放完为止，进入下一个补料周期，以次类推。计算机采集补料次数，依据计量罐地体积，计算出补料总量，并实时显示。
补料控制过程需要多个参数：
补料速率：每小时补料地体积，体积单位为L。
最大V1入料阀开阀时间：t1max
最大V2出料阀开阀时间：t2max
确定这多个参数，和补料过程出现意外相关，计算机依据此参数进行报警。
2.3.2上位机组态
检测点和控制点确定以后，进行下位机组态，过程点数据留存在PLANTSCAPE数据库中。PLANTSCAPE服务器运行在Windows Nt网络操作系统环境下，采取以太网（ethernet）结构、SQL数据库、TCP/IP协议，因为使用了这些工业标准化技术，所以很轻易开发一个集成、开放监控系统。PLANTSCAPE已经有准备好标准组态界面，内容多样，形式丰富，也有为用户自己开发界面文件而设置应用功效块。
PLANTSCAPE系统标准显示和功效有：
.时间汇总显示
.操作组显示
.报警汇总显示
.趋势图显示
.报表汇总
.操作站状态显示
.通讯通道状态显示
.控制器状态显示
.组态菜单
2.4 报表设计：PLANTSCAPE服务器维护着系统实时数据采集，生成实时数据库，很方便地经过网络来监控目前生产过程，利用Excel Data Exchange来实现任意点和任意时刻数据报表自动生成。
2.5 发酵工艺综合分析：利用DCS监控取得罐上实时数据信息（如温度、压力、溶解氧（DO）、pH、称重、变频转速、空气流量、补料速率、尾气氧和尾气二氧化碳等）画出历史曲线，依据曲线图观察各参数对发酵过程影响和多个参数综合作用所出现现象从而对发酵全过程进行深入研究，达成优化生产工艺目标。
六、工程费用计划及设备选型
费用或设备项目
产地或企业
数量
单位
单价
金额
计算机及控制设备
HoneyWell
2
套
75
150
仪器仪表
康拓
2
套
18
36
实施机构
康拓
METTLER
2
套
82
164
传感器
康拓
METTLER
2
套
150
300
分析仪器和软件
上海
2
套

100
设计调试集成等

2
套
25
50
辅材及配套改造等

62
支付工程利息

138
合 计（万元）

1000
七、项目实施计划
1．项目实施计划时间表
1．1 项目进度计划
实施步骤
目 标
完成时间
第一阶段
完成二车间14个大罐和九车间10个大罐计算机自动化控制
元月—9月
第二阶段
完成六车间14个大罐计算机自动化控制，并完成整体集成
10月—
6月
1．2 项目培训计划
培训步骤
培训内容
参与人员
完成时间
第一步
计算机自动化控制基础原理及集散控制系统相关知识
参与项目实施专业技术人员
1-3月
第二步
系统控制知识讲座，要求培训人员知道控制通常性原理
参与项目实施车间管理人员和仪表工
4月
第三步
系统调试、安装基础要求和注意事项
参与系统安装、调试车间相关人员等
4月—9月
第四步
系统调试运行基础要求，系统操作及日常维护注意事项等
车间相关操作人员和仪表工等
6月——3月

1．3 项目投资计划
投资期
费用项目
关键用途
金额
第一阶段
二、九车间系统实施
关键用于购置计算机及控制系统、传感器、实施机构、仪器仪表和计算机软件等；还包含前期安装辅助材料和技术指导费
600万元
第二阶段
六车间
系统实施
关键用于购置计算机及控制系统、传感器、实施机构、仪器仪表和计算机软件等；还包含前期安装辅助材料和技术指导费
400万元
2．项目实施确保方法
2．1 组织确保
成立项目实施工作小组，由企业副总经理杨生武同志担任组长，生产总监李水龙同志为副组长，小组组员由计算机中心、机动部、供给部和各车间相关人员组成。计算机中心关键负责方案设计、协议签署、计算机组态技术和控制技术应用、系统调试等工作，机动部和车间负责现场安装、配套设备改造、仪器仪表调试等，供给部负责辅材采购。
2．2 条件确保
2．2．1 资金确保：千方百计筹措资金，经过贷款和挤占自有资金相互结合措施来满足项目实施资金要求；
2．2．2人力确保：加强学习和培训，提升项目实施人员技能水平，为项目标成功应用提供人力确保；
2．2．3 制度确保：出台计算机自动化控制实施及运行系列管理要求，从制度上确保项目标成功应用；
2．2．4其它条件：宣传发动，群策群力，改变系统应用环境，尽力做好项目开启前各项准备工作。
2．3 协作单位
要成功应用发酵自动化控制系统，就必需有一只经验丰富、技术实力雄厚开发和实施队伍。为此，我们在充足考察和论证基础上，确定北京康拓生化控制工程企业作为项目标关键协作单位。北京康拓企业亦确保给项目实施最大程度支持，如安排最为精干力量投入该项目，并在开发经费上作出优惠和让步。
八、总投资估算和资金筹措
1．总投资估算
本项目利用中湘XX现有设备和水、电、汽、气等配套公用设施，增加计算机自动控制系统所需设备。项目所需资金估算以下表：
单位：万元
序号
项目名称
资金估算
1
计算机及控制设备
150.00
2
仪器仪表
36.00
3
实施机构
164.00
4
传感器
300.00
5
分析仪器及软件
100.00
6
设计调试集成等
50.00
7
辅材及配套改造等
62.00
8
工程利息
138.00
9
累计
1000.00
2．资金筹措
2．1 资金利用计划：
计划利用资金总额 1000万元
其中：计划使用 700万元
计划使用 300万元
2．2 资金起源计划：
新增资金 1000万元
其中：自筹 300万元
银行贷款 700万元
2．3 贷款偿还计划：
偿还700万元本金及其对应利息。
九、经济、社会效益评价
1．财务成本分析
1．1产品生产成本分析：红霉素罐批材料消耗估计平均下降5%，DCS实施前后，红霉素产品成本可比较以下：
项目
DCS实施前
DCS实施后
差额
产品产量
（6000+1+5000）×12=276000十亿
（6000+1+5000）×1.08×12=298080十亿
22080十亿
原材料成本
37000000.00
35150000.00
-1850000.00
动力成本
46199640.00
46199640.00
0.00
人工成本
4901760.00
4901760.00
0.00
制造费用
9600000.00
1039.00
79.00
产品总成本
97701400.00
96643400.00
-1058000.00
产品单位成本
353.99
324.22
-29.77
从上表中看，本项目实施后，因为