NETWORK6000系统在青霉素发酵过程控制中的应用

NETWORK6000系统在青霉素发酵过程控制中的应用

李振海王泽楠

关键词:NETWORK6000系统组态青霉素发酵

0引言

随着生物技术的迅速发展，其生产设备和规模的不断扩大，生产过程的强化，现在对自动控制技术的快速发展也有了新的要求。而青霉素发酵过程不同于一般的工业过程，它涉及生命繁殖过程，机理十分复杂。发酵工艺参数又互相影响，互相制约，这就要求对过程控制参数能够精确的检测，精确的运算，精确的控制。把计算机技术和控制技术相结合，成为计算机控制技术，应用到青霉素发酵过程中，能够有效的完成生物发酵过程控制，提高系统的可靠性，增加收率。作为新型的集散控制系统——NETWORK6000系统被我们应用到了青霉素发酵过程控制系统之中，实现了控制过程的优化调整，并取得了很好的效果。

1系统及发酵工艺叙述

NETWORK6000系统是英国欧陆公司依其数十年过程控制经验，推出的全新一代集散控制系统，可用于连续，批量和离散过程控制，它具有安全，有效的体系结构，借助于开放所有层次的访问，融合了分散控制和集中管理的优势，成为工业控制领域的又一强有力的工具。NETWORK6000采用完全分散的数据库结构，从CPU，I/O，到通讯，电源，直至监控站各级均可实现冗余设备，具有高可靠性。NETWORK6000系统监控站采用通用PC机或小型机，其软件包以FIX，DMACS（由INTELLUTION公司开发的通用监控软件）为软件平台，采用面向对象的图形用户接口（GUI）；网络结构为开放的Client/Sever（客户机/服务器）模式，可提供广泛的DDE（动态数据交换）支持以集成I/O和充分利用WINDOWS的DDE资源，6000系统控制策略软件编制，对连续控制采用全图形化组态方式，逻辑控制/顺序控制采用最为简洁的SFT方式；对监控策略的生成包括监控画面（操作员，工程师画面，监控数据库等），采用半自动组态方式；并提供在线帮助，专家检查，自建文档，标准C语言编程等手段，使得应用软件的生成简捷直观。青霉素发酵过程需要进行补料，也就是向菌体提供生命活动所需的能量和合成青霉素所必需的前体。它们包括碳源（葡萄糖）提供菌体生命活动所需的能量，构成具体细胞及代谢产物。氮源（硫酸铵）主要用来构成菌体细胞物质（氨基酸，蛋白质，核酸），以及含氮代谢物。前体PAA（苯乙酸）用来参与抗生素合成，还需补水来调节发酵液的粘度，提高发酵液的溶氧水平，要是青霉素发酵达到预期的效果还需提供一个合适的生长环境；即合适的温度，PH，溶氧，还要合理的掌握发酵液的体积。我们将NETWORK6000系统及外围设备应用到青霉素发酵过程中，补料控制采用连续的滴加（包括糖，PAA，硫酸铵，水），PH，温度，液位进行了闭环控制，对发酵体积，溶氧，空气流量，压力等进行了在线检测。

2系统构成

NETWORK6000系统由两部分组成：上位机：上位机使用一台工业计算机，配有17′彩色显示器，高速打印机，鼠标器等。NETWORK6000系统软件为用户系统提供了控制和图形，组态等功能，有良好的图形人机界面及常用的工业装置图形库，可以动态显示车间的工艺流程和实时趋势曲线。系统的工作环境可由用户选择，这样用户可以很方便，灵活的组织，设计自己的应用系统。在运行状态下，该系统负责对整个发酵控制过程监控，它可对系统中运行的各参数进行采集，显示，存储，打印，报警等，它还可以对参数进行修改，控制，应用系统提供的功能设计模块，用户也可方便的运行一些较复杂的应用软件组态，或用VB程序语言来编辑程序模块，实现发酵过程中的高级控制。下位机：下位机是由T103单元控制器和执行机构所组成的。T103单元控制器不但能做基本控制，包括接收模拟量输入信号，发出模拟量输出信号，接收开关量输入信号，发出开关量输出信号，还能发送和接收频率脉冲信号，接收铂电阻或热电偶信号，T103电源控制器还能做协调/顺序控制，自备最大128点I/O容量。更大的系统可通过若干T103单元的内部连接来实现以形成分散系统。T103单元控制器除两个互为冗余的电源和两个冗余的CPU外，还有16个电源控制模块接口，这些接口上可任意地插接各种I/O模块，只需在上位机的系统软件中输入该固定位置上的模块种类即可。执行机构包括本单位针对发酵控制研制的补料系统和其它相关的PH，温度监测仪表及调节阀，开关阀等，补料系统是我们在总结以往经验的基础上，合理的配备了自己研制的设备，力求控制方法更加可靠，更加合理。我厂使用补料器控制计量罐计量补料方法，这也是国内发酵控制中多数厂家采用的一种方法。其重要特点是可进行自动控制，投资少，易于实现。虽然计量罐补料属间歇式的,但由于发酵罐体积大，发酵时间长，补料频率较快，其效果基本上与连续补料相同，完全能够满足发酵工艺上的要求。

3系统主要功能块及功能

我们在青霉素发酵过程中应用的T103单元控制器包括模入模块T122，模出模块T151，开入模块T140，开出模块T180。配合执行器来完成温度，PH等的参数的检测与控制，完成发酵补料的目的。T103单元控制器中T122模块是电压接收信号模块，共有8个通道，可接收8路0~10V直流电压信号，有单元控制器的CPU上传到上位机，在上位机上可以输入其具体电压范围，并对应输入温度或PH，流量，溶氧，压力等信号的量程，报警范围等。T151模块是电流信号输出模块，它可以输出8路0~20mA电流信号。在上位机的策略组态中可以将T122模块的输入信号进行处理，经过PID运算及相关的逻辑控制，然后将其控制电流由T151模块输出，实现一个完整的回路控制，在策略组态中还可以对输出信号进行翻转的设置，来实现反方向的控制，如现场执行机构的气开调节阀和气关调节阀的控制。T140模块为开关量输入模块，有8个通道，它可以接收由补料器传送来的加糖，硫铵或苯乙酸出现的报警信号，并输送到上位机进行处理，连锁控制，记录，提示等。该模块还可以直接接收电机，泵的反馈信号，以及液位电极的报警信号。T180模块为开关量输出模块，由8个通道，它可以与上位机进行软件设定，对补料的频率等做出限制，然后周期性的从本模块输出。它不但能向补料器发出补料信号，还能向电机，泵，开关阀等发出控制信号。

4结束语

总之，在几年的实验中，NETWORK6000系统能较好的应用到青霉素发酵过程控制系统中，这已是事实。因为它适合于大众，使操作人员，组态人员不需有太高的软件知识，即可完成操作或组态，从而使人们把精力放在策略的制定和优化上，放在发酵工艺的改进上。自从应用了NETWORK6000系统后，我厂的发酵收率不断有了新的突破。

参考文献：

[1]Eurotherm（欧陆公司）.T103/303unitcontroller/supervisorProductmanual.EurothermProcessAutomationLimited.1998.9.

[2]邱化元，郭殿杰.集散控制系统——过程控制发展的新技术.机械工业出版社.1991.12.