1、概述

在中藥提取車間生產(chǎn)中，大量品種的藥物生產(chǎn)工藝都需要用乙醇作為溶劑，進(jìn)行醇提、醇沉、大孔樹脂吸附等工序生產(chǎn)，一方面需要對(duì)生產(chǎn)所需的不同濃度、不同用量的乙醇進(jìn)行實(shí)時(shí)快速調(diào)配，另一方面還要精餾回收大量使用過的乙醇再次繼續(xù)使用，以滿足生產(chǎn)要求。本文介紹的乙醇自動(dòng)調(diào)配回收DCS控制裝置完全按照產(chǎn)品工藝單線運(yùn)行需求，在每個(gè)工序內(nèi)部按照模塊化設(shè)計(jì)，各工序之間明確了各控制模塊的邏輯關(guān)系和實(shí)時(shí)放行原則。

 

2 設(shè)計(jì)方案

乙醇回收流程如圖1所示

2.1 乙醇回收塔自動(dòng)控制

乙 醇 回 收

塔 主 要 控 制 功能 及 關(guān) 鍵 控 制點(diǎn)如表1所示。

2.1.1 冷 卻 水

聯(lián)動(dòng)控制啟 動(dòng) 濃 縮器時(shí)，自動(dòng)開啟對(duì)應(yīng)的冷卻水閥，開始進(jìn)料。濃縮達(dá)到濃縮終點(diǎn)后，系統(tǒng)進(jìn)入停止?jié)饪s程序，聯(lián)動(dòng)控制冷卻水閥關(guān)閉。

 

2.1.2 進(jìn)料控制

根據(jù)工藝需求，開啟相應(yīng)稀乙醇罐出液閥及輸送泵，通過進(jìn)液調(diào)節(jié)閥和流量計(jì)控制進(jìn)液速度；蒸餾開始后，進(jìn)液調(diào)節(jié)閥結(jié)合進(jìn)液流量計(jì)聯(lián)動(dòng)控制進(jìn)液流速，實(shí)現(xiàn)蒸餾過程的不同濃度乙醇蒸餾進(jìn)液流速的連續(xù)調(diào)節(jié)控制。

 

2.1.3 液位控制

液位在線監(jiān)測(cè)聯(lián)鎖控制，連續(xù)進(jìn)液排液，保持液位平穩(wěn)。

2.1.4 加熱蒸餾控制

（1）預(yù)熱控制：系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集反饋塔頂壓力及溫值，與預(yù)熱器加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥聯(lián)動(dòng)控制進(jìn)液乙醇溫度，穩(wěn)定控制精餾速度；

（2）蒸餾溫度控制：一次進(jìn)料完成后，精餾塔系統(tǒng)自動(dòng)開啟加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥，結(jié)合塔釜及塔頂溫度自整定PID控制，精確控制蒸餾溫度；

（3）蒸餾壓力控制：聯(lián)動(dòng)保持壓力在限定范圍。

 

2.1.5 回收比控制

蒸餾開始后，系統(tǒng)自動(dòng)結(jié)合塔頂溫度調(diào)節(jié)控制回流調(diào)節(jié)閥和出液調(diào)節(jié)閥，并結(jié)合回流流量計(jì)和出液流量計(jì)實(shí)現(xiàn)回流比自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。

 

2.1.6 排液控制

當(dāng)塔釜內(nèi)溫度升高到設(shè)定溫度，系統(tǒng)自動(dòng)排液，將幾乎沒有濃度的溶液直接排出，保證塔釜內(nèi)酒精濃度在一定時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定，維持系統(tǒng)成品酒精出液量的穩(wěn)定平衡。

 

2.1.7 精餾結(jié)束判斷

當(dāng)粗酒精進(jìn)料結(jié)束后，在精餾過程中，如果塔頂溫度大于設(shè)定溫度，系統(tǒng)判斷精餾結(jié)束，系統(tǒng)彈出結(jié)束提示，待人工確認(rèn)后打開排污閥進(jìn)行排污，精餾結(jié)束。

 

2.1.8 生產(chǎn)過程安全控制

在自動(dòng)程序運(yùn)行中，有相應(yīng)權(quán)限的操作人員可隨時(shí)暫停自動(dòng)程序，進(jìn)行手動(dòng)或其他操作，取消暫停后程序回到自動(dòng)程序運(yùn)行當(dāng)中。

 

2.1.9 儲(chǔ)罐自動(dòng)進(jìn)/出液控制

通過對(duì)酒精儲(chǔ)罐的進(jìn)/出液閥門自動(dòng)控制，結(jié)合液位計(jì)高低液位報(bào)警控制，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出液自動(dòng)控制。

2.1.10 儲(chǔ)罐容量控制

系統(tǒng)通過對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)液位計(jì)進(jìn)行控制，自動(dòng)換算罐內(nèi)乙醇量，并實(shí)現(xiàn)高低液位報(bào)警控制。

2.1.11 儲(chǔ)罐防跑料控制

系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警提示操作人員檢測(cè)儲(chǔ)罐出液閥狀態(tài)，避免跑料事故的發(fā)生。

2.1.12 輸送泵控制

系統(tǒng)自動(dòng)聯(lián)動(dòng)輸送泵電機(jī)，并對(duì)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警自動(dòng)監(jiān)控。

2.1.13 自動(dòng)清洗及排污控制

出液結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)清洗系統(tǒng)，定時(shí)噴淋清洗，人工確認(rèn)清洗效果，完成在線清洗過程，完成定時(shí)清洗及排污。

 

2.2 酒精調(diào)配罐自動(dòng)控制

酒精調(diào)配罐主要控制功能及關(guān)鍵控制點(diǎn)如表2所示。酒精調(diào)配罐控制功能主要包括配制 罐 液 位 檢 測(cè) ，循環(huán)混合控制，稀/濃酒精和水的計(jì)量，設(shè)定酒精濃度完成自動(dòng)調(diào)配功能，酒精輸送控制，輸送量和濃度檢測(cè)等。

2.2.1 設(shè)備聯(lián)動(dòng)控制

根據(jù)調(diào)配罐的位置，自動(dòng)選擇進(jìn)液設(shè)備，并聯(lián)動(dòng)控制進(jìn)出乙醇閥，計(jì)量添加各個(gè)稀/濃/成品濃度的乙醇量。

2.2.2 進(jìn)料控制

進(jìn)料前，系統(tǒng)自動(dòng)選擇調(diào)配酒精來源（新鮮酒精、回收高濃度酒精、回收稀濃度酒精、純化水）調(diào)配稀酒精，操作人員確認(rèn)后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)料完成稀溶媒進(jìn)料。流量計(jì)自動(dòng)計(jì)量添加稀/濃/成品濃度酒精量。

2.2.3 液位控制

酒精調(diào)配罐的液位計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)罐內(nèi)調(diào)配酒精的液位，修正因濃度影響液位變化導(dǎo)致的液位測(cè)量偏差，防止調(diào)配液溢出。

2.2.4 調(diào)配濃度控制

配置時(shí)采用計(jì)算法自動(dòng)計(jì)算，根據(jù)調(diào)配設(shè)置的乙醇濃度參數(shù)，同時(shí)根據(jù)在線濃度計(jì)檢測(cè)到的稀乙醇儲(chǔ)罐對(duì)應(yīng)濃度值，以及人工輸入的濃乙醇濃度值、成品乙醇濃度值，自動(dòng)計(jì)算稀/濃/成品乙醇的加入量，啟動(dòng)出液泵和罐出液閥門及循環(huán)閥，進(jìn)行自循環(huán)混合操作，使罐內(nèi)酒精濃度均勻。控制濃/稀酒精進(jìn)液量，實(shí)時(shí)檢測(cè)罐內(nèi)濃度，達(dá)到設(shè)定濃度目標(biāo)后停止進(jìn)液。

2.2.5 出液控制

酒精調(diào)配結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)完成調(diào)配后，酒精根據(jù)使用需求自動(dòng)輸送至使用點(diǎn)，并經(jīng)過在線質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量出液流量。

2.2.6 自動(dòng)清洗和排污

出液結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)清洗系統(tǒng)，定時(shí)噴淋清洗，人工確認(rèn)清洗效果，完成在線清洗過程，完成定時(shí)清洗及排污。

2.3 公用系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和聯(lián)動(dòng)控制

監(jiān)測(cè)蒸汽母管流量、壓力，壓縮空氣母管壓力，飲用水母管流量、壓力，循環(huán)水母管壓力、溫度，實(shí)現(xiàn)公用系統(tǒng)監(jiān)測(cè)及異常報(bào)警功能。斷氣、斷水、斷電實(shí)時(shí)系統(tǒng)安全保護(hù)。

 

2.4 DCS控制系統(tǒng)

2.4.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)投產(chǎn)后，操作人員在操作間操作站通過組態(tài)軟件可完成對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的監(jiān)控和運(yùn)行管理。DCS選用西門子高端、成熟的CPU；通信設(shè)備選用西門子高端交換機(jī)。以上硬件設(shè)備配合xianjin的人機(jī)界面軟件構(gòu)成一個(gè)可靠、高性能的自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)系統(tǒng)的監(jiān)控調(diào)度管理功能。操作人員通過人機(jī)界面即可實(shí)時(shí)監(jiān)控生產(chǎn)，并依據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度和管理。同時(shí)提供管理平臺(tái)，控制程序數(shù)據(jù)和工具的存取，對(duì)過程進(jìn)行管理、處理、歸檔和建立控制文件；同時(shí)在不組態(tài)狀態(tài)下，作為操作員站使用。

 

操作員站在Windows操作平臺(tái)下，結(jié)合DCS控制系統(tǒng)軟件，作為過程管理窗口，操作人員、維護(hù)人員以及監(jiān)控人員均可對(duì)操作人員的過程活動(dòng)進(jìn)行跟蹤，有權(quán)限的人員可修改工藝參數(shù)、批量順序、編輯需求的過程操作數(shù)值，或與過程設(shè)備進(jìn)行通信，同時(shí)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)報(bào)警和生產(chǎn)操作提示，以便操作人員進(jìn)行確認(rèn)。通過系統(tǒng)軟件建立操作靈活、人機(jī)界面友好的組態(tài)界面，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程可視化的生產(chǎn)過程概況，方便交叉瀏覽各種設(shè)備視圖，能快速識(shí)別各種事件，并簡(jiǎn)單、快速地完成所要求的操作輸入，從而保證設(shè)備的安全運(yùn)行。操作模式包含但不限以下三種：（1）現(xiàn)場(chǎng)人機(jī)界面上，現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)監(jiān)視和控制；（2）操作間操作站計(jì)劃總手動(dòng)監(jiān)視和控制；（3）操作間操作站集中自動(dòng)監(jiān)視和控制。

 

2.4.2 工藝單元自動(dòng)運(yùn)行

內(nèi)部設(shè)置程序模塊，可根據(jù)工藝流程需求進(jìn)行靈活組態(tài)，自動(dòng)調(diào)整。

2.4.3 聯(lián)鎖保護(hù)控制

程序提供兩種級(jí)別類型的聯(lián)鎖保護(hù)：設(shè)備級(jí)聯(lián)鎖和單元操作聯(lián)鎖。

2.4.4 監(jiān)控操作

可在程序組態(tài)監(jiān)控畫面通過按鈕執(zhí)行生產(chǎn)操作。

 

2.4.5 報(bào)警管理

可實(shí)現(xiàn)報(bào)警的自動(dòng)設(shè)置、自動(dòng)采集、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)分級(jí)、自動(dòng)發(fā)送功能。

2.4.6 報(bào)表、記錄的存儲(chǔ)功能

可連續(xù)存儲(chǔ)半年以上的報(bào)表和生產(chǎn)記錄數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用xianjin的動(dòng)態(tài)壓縮算法。

2.4.7 定接入智能制造體系。

 

3 應(yīng)用效果

上述方案在多個(gè)制藥企業(yè)提取生產(chǎn)車間實(shí)際配置使用，在解決了現(xiàn)場(chǎng)可能發(fā)生的諸多實(shí)際問題后，可達(dá)到無人值守、連續(xù)生產(chǎn)的控制效果，從乙醇調(diào)配到乙醇回收，通過DCS控制系統(tǒng)的自動(dòng)聯(lián)鎖運(yùn)行，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的完全自動(dòng)采集和監(jiān)測(cè)，通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行高效、準(zhǔn)確、完整的數(shù)據(jù)匯總和分析處理，避免了傳統(tǒng)手工記錄方式容易產(chǎn)生的生產(chǎn)數(shù)據(jù)滯后、缺失及出錯(cuò)等問題，既可滿足GMP驗(yàn)證要求的生產(chǎn)數(shù)據(jù)完整性以及審計(jì)追蹤需求，又可起到節(jié)能環(huán)保作用，系統(tǒng)投運(yùn)后，平均降低能耗15%～18%，同時(shí)節(jié)省人力投入，可減少操作人員3～5人，提升生產(chǎn)效率達(dá)30%，具有非常理想的推廣價(jià)值。

 

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