DCS自动化控制在农药生产上的应用

杭州优稳自动化系统有限公司DCS自动化控制在农药生产上的应用总部地址：浙江省杭州市西湖科技园技术中心：浙江大学控制工程国家实验室大楼企业网址：目录1、农药自动化现状及趋势2、农药生产管理系统3、优稳农化应用案例4、优稳自动化简介1、农药自动化现状及趋势农药自动化现状农药企业基本上采用小规模、单元化、批量化和间歇式的生产方式为主。自动化控制系统的应用大部分还局限在农药生产的某些局部单元上。整个生产过程相对独立，部分产品的质量和计量控制点还缺乏合适的在线监控手段，自动化系统没有得到很好的整合。大部分操作还是以人工为主，自动化还处于逻辑联锁阶段。在农药工艺等技术日益发展的背景下，自动化控制技术和产品得到了很大的发展和应用。部分企业采用自动化和信息化相结合的手段，尽可能在最大范围内，规范、约束和取代人工操作，实现生产全过程自动化的批控制和批管理，能更好地适应生产需要。农药自动化趋势向企业管控一体化方向发展随着行业的发展，农药企业将会从单项、局部的改善向着综合、集成的优化转变，尤其是计划、组织、控制三大职能的整体优化，更是企业实现经营目标和获得竞争优势的难点和重点。其中，生产计划与生产过程的脱节问题不仅直接影响企业的生产效率，而且成为制约企业内部信息集成和企业之间供应链优化的瓶颈。管控一体化是指在传统的流程控制系统中，集成了制造执行系统（MES）和企业资源计划（ERP）系统，通过制造过程的整体优化来帮助企业实施完整的闭环生产。根据美国先进制造研究机构的调查，应用管控一体化系统可获得显著的经济效益，如产品质量可提高19.2%，劳动生产率可提高13.5%，产量可提高11.5%。农药自动化趋势（续）（续）向集成化和专业化方向发展随着行业的发展，农药企业开始关注生产管理、生产过程和销售方式的改进，因此对自动化的需求不断提高。只有对农药产业有深刻理解的专业自动化公司才能与客户联系得更紧密，不仅可以为客户带来先进的自动化控制系统解决方案，还能更好的吸收借鉴国际先进经验，使农药企业生产管理水平与国际接轨。单纯地提供控制器、传感器和执行器等设备和组件并进行安装已不能适应现阶段农药企业发展的要求，更加侧重前期整体技术方案的设计、组件和设备的个性化改进应用等，需要供应商转型为整体解决方案提供商。向全生命周期化方向发展完整生命周期要求自动化控制系统解决方案提供商由简单的、具体的、细节的设计转向复杂的、总体的设计和决策。自动化控制系统解决方案提供商应提供符合国际标准（如ISA-95等）要求的，从计划、设计、实施、测试及报告等阶段的整体服务。2、农药生产管理系统ISA95简介ISA95是国际标准组织IEC/ISO所接受的企业控制系统集成的国际标准。ISA

SP95．00．01“模型和术语”规定了4种主要资源类型，即人员、材料、设备和流程段(process

segment)。规定了4个附加的交换信息集合：生产能力信息、产品信息、生产要求和生产响应。标准定义了这类数据的结构和表达这些信息之间的复杂相互关系的方法。ISA

SP95．00．02“对象模型属性”对第1部分所定义的内容做出详细的规定，并通过举例和图解进行进一步的解释。例如按可使用的人员、所用的材料和已加工的材料所用的设备，以及所用的排产调度和成本控制的流程段来描述生产信息。ISA

SP95．00．03“制造作业管理的活动模型”试图通过定义和详细规定发生在管理层与制造层之间的数据流和功能来重点解决互操作性的问题。它定义最小或基本功能(组件)，以及包括支持管理层与制造层之间交换信息在内的数据流。借助于用一种共同语言，使用户和MES开发、供应商都能以更有效和精确的方法交流、描述自己的要求，表达可提供MES软件包和服务的能力。生产计划管理生产计划是企业ERP和生产管理系统的接口。根据销售订单等需求生成生产计划，生产计划管理系统实时反映生产的需求、现状及结果。生产计划管理系统统筹处理原材料及耗材的准备、适合生产的设备调度、生产人员的安排等，做到人、财、物的最优化。仓储管理仓储管理系统主要包括：货架管理模块、托盘管理模块、入库流程模块、出库流程模块、库存管理模块、入库单据管理模块、出库单据管理模块等。仓储管理系统管理原材料、耗材及成品的流动及库存状况，为生产的优化调度提供信息来源。生产任务管理生产任务定义了生产某定量产品需要的设备、原料、工艺参数等信息，每个生产任务可以包括一个或多个批次。生产任务管理系统记录全厂实时的生产状况信息，通过查找生产任务的历史记录可以知道任意时刻的生产情况。配方管理配方管理遵循ISA-S88国际标准，解决多品种、小批量、多批次生产过程中生产管理、设备控制在系统规范性、自动化方面面临的各种挑战。某产品类的一个配方定义了生产该类型产品的一个生产流程及涉及到的设备的控制顺序。某产品的配方在某产品类配方的基础上定义了生产该产品的生产过程参数及原料配比等信息。配方参数的设置可以独立于系统，有严格的保密机制。配方管理全厂的所有生产配方可以在配方控制台一个界面上集中监控操作。生产配方可以嵌入在流程图里，对照流程图操作。配方操作控件的交互界面直观、友好、简洁。配方管理系统保存了所有批次的操作、运行信息等作为配方事件供查询。提供了丰富的批次报表功能，作为生产数据的存储。ISA-S88标准

它定义了批处理控制的模型，已经成为很多行业的标准该标准针对批处理控制，制定了通用的术语。因此，不同的用户可以准确表达他们意图和要求这些通用的原则、数据和模型，可以将不同供应商的解决方案集成起来该标准要求对控制器代码进行了定义，将其分解为更小的代码段（控制模块）采用较小的代码段，更加便于对配方进行修改如果两个工厂拥有相同、相似的设备，较小的代码段有利于代码的重复使用S88的物理模型S88的理念S88的理念S88的理念S88的理念S88的理念总结S88的理念总结使用配方的好处1.安全生产2.提升品质，降低生产产品的耗时3.减少生产循环周期的时间4.提高设备利用率5.减少批次切换时间6.减少设备清洗时间及成本7.消除返工及不合格品8.减少生产事故•冒罐•泄露•不同批次产品的交叉污染•超温•投错料•成份量不对•错误的操作9.减少生产操作成本（原材料、耗材、人力成本）10.提高生产人员的效率•减少不必要的操作•提升操作人员工作含金量11.更佳的库存管理12.生产适应性加强•常规产品生产高效•新产品的快速生产•尽量使用现场的原料13.自动生成生产报表14.信息系统集成•生产计划管理系统•工厂信息管理系统15.更加有效的维护扩展性能•增加新的生产设备单元•增加新的生产流程•增加新的配方•增加新的报表设备单元控制工厂的主要设备单元在UW500DCS平台上有与之对应的控制模型。模型里包括单元设备内的控制逻辑，比如泵的起停、阀的开关、压力控制回路、温度控制回路以及连锁逻辑等。模型还有自己的事件方法，比如二甲苯进料、隔膜泵进料、料仓投料、油相釜升温、搅拌、排料等。典型的设备单元（S88：Unit）有精馏塔、反应釜、发酵罐等。精馏塔的控制工艺控制要求：1.保证质量指标：使塔顶或塔底产品中的一个产品达到规定的纯度要求，另一个产品的成分亦应保持在规定的范围内。2.保证平稳操作：维持塔的物料平衡，控制塔内压力稳定。3.约束条件：为保证正常操作，需规定某些参数的极限值为约束条件。4.节能要求和经济性：质量指标、产品回收率和能量消耗均是要控制的目标。精馏塔的控制提馏段温控精馏段温控双温差控制1、提馏段温控采用了提馏段温度作为间接质量指标，将提馏段温度恒定后，就能较好地保证塔底产品的质量达到规定值。当干扰首先进入提馏段时，用提馏段温控就比较及时，动态过程也比较快。2、精馏段温控采用了精馏段温度作为间接质量指标，当塔顶产品纯度要求比塔底严格时，一般宜采用精馏段温控方案。如果干扰首先进入精馏段，采用精馏段温控就比较及时。3、双温差控制分别在精馏段及提馏段上选取温差信号，然后将两个温差信号相减，作为控制系统的被控变量。4、按产品成分或物性的直接控制方案利用成分分析器，例如红外分析器、色谱仪、密度计、干点和闪点以及初馏点分析器等，分析出塔顶（或塔底）的产品成分并作为被控变量，用回流量（或再沸器加热量）作为控制手段组成成分控制系统。反应釜的控制一般反应釜都有一个温度控制曲线，温度控制是反应釜的难点。釜温控制算法需要综合考虑以下因素：釜内混合物料的反应过程反应釜的传热效果温度变化的时间滞后特性物料的加入速度搅拌的速度等温控模型引入前馈控制，减少温度变化时滞、反应釜传热对控制回路效果的影响，提高控制效果。不同的反应过程对应不同的控制参数，参数根据调试经验分别设置，系统自动切换参数，提高控制精度。温控模型使温度曲线变化平滑，大部分温度控制在±1℃。发酵罐的控制生物发酵过程参数测量系统发酵过程物理参数：发酵罐温度T、发酵罐压力P、发酵液体积V、空气流量FA、冷却水进出口温度T1和T2、搅拌马达转速RPM、搅拌马达电流I、泡沫高度H；发酵过程化学参数：pH值和溶解氧浓度Do；发酵过程生物参数：生物质呼吸代谢参数、生物质浓度、代谢产物浓度、底物浓度以及生物比生长速率、底物消耗速率和产物形成速率等。X,S,PCT,P,PH,DO,VM营养物消泡空气FACO2,O2%T2FW,T1RPM消泡控制罐温控制罐压控制pH控制溶氧控制补料控制发酵罐的控制生物发酵过程生物参数软测量系统氧利用速率OUR软测量仪表二氧化碳释放率CER软测量仪表呼吸商RQ软测量仪表发酵热软测量仪表生物生长过程比生长速率软测量仪表底物消耗速率软测量仪表细胞增长速率软测量仪表基于扩展卡尔曼滤波器的生化反应过程状态观察器生化反应过程动态观察器生化反应过程非线性观察器发酵罐的控制安全联锁控制行业算法库是对某一行业普遍算法统一规整的结果，兼具行业的普遍性与特殊性，将于行业包的形式定期发布，终端只需加载便可轻松拥有。化工生产过程安全控制算法库，内置国家安监总局公布的首批重点监管的危险化工工艺的生产装置，如涉及光气及光气化、电解（氯碱）、氯化、硝化、合成氨、裂解（裂化）、氟化、加氢、重氮化、氧化、过氧化、胺基化、磺化、聚合、烷基化等化工过程的安全控制策略；通过所构建的标准化、规范化的安全控制策略库，降低对控制设计、工程实施、日常维护的要求；保障安全控制规范的有效贯彻与实施。全厂安全联锁逻辑总览画面设备单元安全联锁逻辑当任一安全联锁触发时，系统报警，同时可以在总览画面上立刻找到被触发的逻辑。每个设备单元的安全联锁逻辑在一张画面上表示出来。逻辑投、切、复位等动作可以在图上直观的操作。安全联锁控制3、优稳农化应用案例客户：江西金龙化工有限公司系统：1500点，4CS/11OS，2009年竣工工艺：二甲酯法2.5万吨/年草甘膦控制系统主要包括合成、水解工序。1)合成影响草甘磷的收率和质量，含3个反应阶段：解聚、加成、缩合。在同一合成釜中进行，反应物料分阶段加入。工艺上要求缩合反应温度严格控制，采用优稳FUZZY-PID控制算法，使温度控制精度达到±1℃。2)酸解反应主要经历加酸、脱溶、脱酸过程。各反应阶段存在升温、降温和保温的过程，综合盐酸的定量控制算法、酸解时间的优化算法，使实际釜温吻合预定的温度控制曲线。1万吨/年制剂控制系统客户：山东中农联合生物科技股份有限公司系统：1500点，4CS/5OS，UWinBatch配方管理软件，2014年竣工工艺：原料种类很多调配比例多变生产多规格少批量的产品利用同样的设备精细化工行业多品种、小批量、间歇生产的特点对批量控制有着迫切的需求，优稳公司遵循ISAS88标准，推出的批控制软件UWinBatch成功解决了困扰客户的难题，提高了企业的竞争力。可同时生产多种产品，产品循环周期短；设备利用率高；全自动控制，不易出错；人力成本低；消除返工及不合格品；生产适应性强；一次只能生产一种产品，产品循环周期长；设备利用率低；手动操作，容易出错；人力成本高；合格率低；生产适应性弱；无配方有配方4、优稳自动化简介公司简介打造最优秀的控制系统产品，成为工业自动化领域领先的产品供应商优稳自动化与浙江大学工业自动化国家工程研究中心建立联合技术中心，是工业自动化领域学术与技术的国家队；形成完全自主知识产权的控制系统技术体系，具有领先的创新意识和丰富的技术资源；聚焦控制装备与控制系统：