新华 TisNet-P600 系统在制药企业发酵系统中的应用探析

新华 TisNet-P600 系统在制药企业发酵系统中的应用探析

张茂华

广州广健生物科技股份有限公司 510000

摘要：作为制药的基础，发酵工程向来受到制药企业重视，基于DCS分散控制系统的发酵过程控制则属于近年来我国制药企业关注的焦点。基于此，本文将简单介绍新华TisNet-P600系统，并深入探讨制药企业发酵系统中新华TisNet-P600系统的具体应用，希望研究内容能够给相关从业人员以启发。

关键词：新华TisNet-P600系统；制药企业；发酵系统；甲醇过滤装置

前言：TisNet-P600系统属于典型的DCS分散控制系统，并基于视窗架构的人机界面实现对发酵系统整个生产过程的操作和管理，甲醇过滤装置、发酵罐待放装置的优化操作和管理也可随之实现。为保证新华TisNet-P600系统更好服务于制药企业，正是本文围绕制药企业发酵系统开展相关研究的原因所在。

1. 新华TisNet-P600系统介绍

作为新一代智能工业信息化控制系统解决方案，本文研究的TisNet-P600系统属于典型的智能过程控制系统，系统管理集中、控制功能分散，集信息管理、过程控制、数据采集于一体，属于面向整个生产过程、功能完善、结构完整、全集成的先进过程控制系统。TisNet-P600系统的核心为新华控制器XCU，属于32位CPU，辅以专门开发的监控和操作人机界面，以及灵活配置的人机接口HMI、输出输入I/O模件，可基于工业以太网实现系统通讯和现场信息采集，现场传感检测信号接受可基于灵活多样的分布式I/O实现。在可视化图形组态技术支持下，TisNet-P600系统符合国际标准，通过提供的常用功能模块和现场设备信息，组态工作可基于该系统大幅简化。TisNet-P600系统由网络系统、I/O控制站电源模块、XCU处理器、HMI人机操作接口站组成。HMI人机操作接口站属于操作人员操作与控制发酵系统DCS系统的接口，包括OPS操作员站、ENG工程师站等，两台计算机不同的工作完成需通过不同的密码登录实现。XCU处理器属于系统的过程控制站，负责过程控制数据与策略、系统信息的存储，与其他XCU及HMI节点的连接通过冗余的实时数据网络实现，与I/O站节点的连接基于I/O网络实现，双向的信息交换也可同时提供，先进的控制策略实现、采集数据、顺序控制、模拟调节、专家系统、高级控制及特殊功能要求均可由此完成，采用双冗配置的XCU分布式处理器。系统的I/O卡件属于专业设计的系列卡件，实时的现场数据采集与控制可由此完成^[1]。

2. 制药企业发酵系统中新华TisNet-P600系统的具体应用

2.1工艺简介

在适宜生长环境下的细菌通过适当养料的补充，即可为细菌快速生长提供支持，这属于药品发酵的实质，而中性的PH值、恒定的溶解氧气量、恒定的发酵罐温度则属于适宜环境的关键。作为放热过程，发酵需要对冷水调节阀开度进行控制，发酵罐冷却管冷水量的进入可由此发生变化，发酵罐温度恒定也可随之实现。在流量恒定的前提下，对搅拌机转速进行控制，即可得到溶解氧最佳的发酵罐内发酵液。在放酸过程中，PH值的采样测量同样极为关键，基于补碱通知加量变化，即可得到中性的发酵罐内PH值。细菌生长过程中离不开玉米浆和糖这两种养料的支持，而基于不同周期的发酵，补糖、玉米浆通知加量必须针对性改变，细菌不同生长周期需要可由此更好满足。此外，制药企业的发酵生产还需要得到甲醇过滤装置、发酵罐待放装置的支持，这同样需要引起重视。

2.2控制系统分析

作为制药的基础，发酵工程在制药企业中的重要性较高。在制药企业的发酵过程中，需实现恒温室的温湿度控制、压力流量显示、补料系统控制、温度自动控制、自动报警、各种信号的历史记录等。PLC加组态软件曾长期用于我国制药企业的发酵控制，但这种控制存在售后服务差、配件供货周期长、造价高等问题，且整个发酵系统会因PLC系统主机死机而瘫痪，直接影响生产。本文研究的TisNet-P600系统主要负责制药企业发酵系统的发酵罐温度控制、氧控制、PH值控制。发酵罐温度控制基于单回路控制系统实现，基于PID控制方式及温度调节阀，即可实现高精度稳态控制；氧控制采用串级控制系统，内环、外环分别为空气流量、溶氧；PH值控制基于采样测量大罐PH值，补料加量的改变基于实测PH值控制^[2]。

2.3补料控制

TisNet-P600系统在制药企业发酵系统中的应用关键为补料控制，具体涉及玉米浆、氨水、硫铵、糖。在补料计量罐控制中，研究围绕由出料阀、进料阀、补料电极组成的补料计量罐展开。补料电极和计量罐绝缘，属于从补料计量罐上端插入的金属棒，计量体积可基于长短调节进行调节。补料电极、金属补料计量罐分别为DI模块的正端、负端，结合玉米浆、氨水、硫铵、糖导电液体进行分析可以发现，上升碰到电极时的料液会导致料罐和电极短路，此时存在导通的DI模块，但对于直流24V单向导电的DI模块采样电压力来说，料液电解粘住电极情况很容易促销，因此进入DI卡件前需要外加交流24V中间转换继电器隔离。基于较短的补料进入补料计量罐时间，为保证碰到电极的补料上升立即停止，具体控制采用固态继电器，采用交流24V的输入端为以及一组常开一组常闭的两组触点输出，DI模块输入端与常开触点连接，进料阀控制回路与常闭触点串接，具体控制流程为：“补料信号→打开进料阀→计量罐料液进入→碰触电极→固态继电器动作→关闭进料阀→电极信号进入DI模块输入端”。

2.4加料控制

TisNet-P600系统的加料控制同样不容忽视，基于0~1100通知加量范围以及定义好的每个计量罐计量体积，计算单位采用4h或8h，一罐料每到一个周期加一次，即可按T=4h或8h进行周期的计算并通知加量，4h或8h内所加料量积累属于实际加量，发酵周期内共加料量累计属于积累加量，距离下次加料所需时间为剩余时间，相关计算需在每一个加料周期后重新开展。上料阀会在时间T打开并开始进料，碰到电极的料液会使上料阀自动关闭。加料控制过程需考虑计量系统、启动停止系统、故障报警，故障报警包括不出料报警、电极故障报警、不来料报警。补料报警出现后，正常补料需手动点击消除报警后方可开展。如存在超出设定温度范围的罐内温度，显示数字变红，温度故障报警会由此出现，报警信息也会同时显示在报警画面中。空气流量突然减小的流量故障报警同样不容忽视，逃液现象可能随之出现，因此必须做好现场查看工作。进一步分析TisNet-P600系统的报警功能可以发现，其不仅具备完善的报警功能，同时能够提供完整的相关历史记录，对于达到报警设定的某个参数，声音报警会伴随数据闪烁同时出现，制药企业也可以基于自身需要针对性设置相应的历史纪录时间。总的来说，基于TisNet-P600系统的制药企业发酵系统控制具备软件组态方便灵活、界面友好、系统功能强大等特点，参数或逻辑功能的实时修改也可顺利实现，可更好满足制药企业发酵系统控制需要。

结论：综上所述，新华TisNet-P600系统可较好用于制药企业发酵系统。在此基础上，本文涉及的补料控制、加料控制等内容，则提供了可行性较高的TisNet-P600系统应用路径。为更好实现制药企业发酵系统控制，甲醇过滤装置、发酵罐待放装置在控制中的对接同样需要引起重视。

参考文献：

[1]解蕙铭.微生物发酵制药技术的应用研究[J].化工管理,2019(21):107-108.

[2]张双玲.浅谈生物技术制药的现状与发展[J].河北农机,2019(07):98.