FK-2000发酵过程控制系统操作手册(word95)

1、FK-2000发酵过程控制系统操作与维护手册北京康拓科技开发总公司国家医药管理局控制工程中心目 录1系统构成P32传感器P93仪器仪表P134IO模板P155执行机构P166系统维护汇总表P18说 明 本手册为FK-2000控制系统说明，具体各个车间可根据各自测控点（对象）的不同选择使用。FK-2000发酵过程控制系统操作与维护一、系统构成 FK-2000发酵过程控制系统是以HONEY WELL公司scan3000集散系统为核心，专门为抗生素发酵生产而设计的小型DCS系统。根据抗生素发酵的特点和工艺要求，系统包括温度控制、连续补料控制、自动消沫控制、PH控制等多种参数控制和温度、压力、流量、称

2、重、PH、DO、尾气等多种参数测量。其系统结构如下：图一 根据系统IO点的多少可采用一个或多个SE9119控制器（可下挂通道扩展机箱SE9025）来控制或监测现场的变送器、执行机构、仪表等外部设备。所有控制器通过以太网由一个上位机总管理。上位机提供用户多种操作界面，打印机用于生产报表打印。系统软件的使用和功能见FK-2000发酵过程控制系统计算机操作手册。其他各部分功能分述如下。1.1 温度控制 分为种子罐温控、大罐温控和公用工程温控三种。1.1.1 小罐温控 其安装示意图如下：图二 如果发酵过程为纯产热过程，不需热水升温的，可省去虚线框内的部分，即采用单入阀降温控制。 阀1、2为电磁开关阀。

3、阀1控制升温，阀2控制降温。降温水根据季节的不同则选择不同的降温水。控制算法为时间比例控制。1.1.2 中罐和料罐温控(其安装示意图如下)：图三 如果发酵过程为纯产热过程，不需热水升温的，可省去虚线框内的部分，即采用单入阀降温控制。 阀1为电磁开关阀,阀2为气动开关阀。阀1控制升温，阀2控制降温。降温水根据季节的不同则选择不同的降温水。控制算法为时间比例控制。1.2 补料控制(补醇,补油控制与此相同) 其安装示意图如下：图四 Q1Q9为消毒用的进（排）气手动截止阀（Q3、Q7、Q9根据工艺要求有时省略）。 V1V5为手动隔膜阀或截止阀（建议用隔膜阀）。 K1、K2为气动波纹管隔膜阀。 需要补料

4、时，打开入料阀K1，当料液加满计量罐（电极接通）时，关闭入料阀K1，打开出料阀K2，料液加入大罐，完成一个补料循环。计算机根据补料速率的设定，定时启动这一补料循环。在一定时期内形成连续流加补料。发酵过程糖份连续流加为菌株的生长提供了合适的环境，有利于菌株的生长和代谢，是提高发酵工艺水平和产出单位的最有效的手段。1.3 自动消沫控制 在抗生素发酵过程中，由于菌株快速生长及通风搅拌等因素的影响，一般要产生大量泡沫，甚至逃液，严重影响发酵产量。采用自动消沫控制后，可有效地防止逃液，提高装罐体积。其控制示意图如下：消沫控制器电极出油阀图五 当泡沫产生后，接触到消沫电极后，消沫控制器（或其它控制系统）发

5、出指令，打开出油阀加油（或其他消沫剂）来抑制泡沫生长。消沫电极分为普通长、短电极和防污染电极两种。普通长、短电极可利用计算机或补料控制器来控制，防污染电极则必须配用防污染消沫控制器来控制。1.4 PH控制 发酵过程一般是一个产酸过程，为保证菌株正常生长，需不断加氨（碱）来调节其酸碱环境。PH控制分为计量和不计量两种控制方式。不计量安装示意图如下：图六 K1、K2分别为常开、常闭气动波纹管隔膜阀。 V1V6为手动截止阀。 Q1Q4为进（排）蒸汽手动阀。 采用两阀串联的目的是为PH控制提供双保险。在停电、停气等异常情况下，自动补氨通道为关闭状态，并在PH严重超限时，计算机发出指令让两阀同时关闭。避

6、免在异常情况下因加氨过多对PH环境产生破坏。图七 补氨计量罐安装示意图 计量控制方式采用计量罐。其上电极接通表示计量罐加满，需关闭进氨阀K1，下电极断开表示计量罐放空，需打开进氨阀进行氨水加注。其出阀K2控制与不计量控制方式基本相同。1.5 信号检测 为提高抗干扰能力，保证测量精度，所有检测信号均通过配电器进行信号隔离。其连接示意图如下：图八二、变送器（传感器）2.1 温度变送器 采用Pt100铂电阻为敏感元件，配以一体化的变送器，输出420mA，比传统三线制温度测量具备更高的测量精度和抗干扰能力，并有利于远传。2.2 压力变送器 采用中航机电的压力变送器，其敏感元件为金属离子溅射。这种压力变

7、送器具有稳定性高、精度高、抗干扰能力强等特点，尤其具备高温消毒不损坏的能力，特别适合发酵生产。2.3 称重变送器 采用ABB隔膜密封式差压变送器，这种差压变送器有体积小、测量稳定、智能化设计、操作方便等特点，其安装示意图如下：图九 由于P=h（P为实测差压，h为料液高度，为发酵液比重），而发酵液重量W=V=hS（S为发酵罐有效截面积），因此在一定截面积下PWI（差压变送器输出电流）。 通过分段标定料液重量W与输出电流I的对应关系，得出一个Wi=KiI的分段直线方程。在发酵时通过测出I而确定出料液的重量W。如要测量料液的体积，需知其比重。标定时可采用计量筒（或流量计）水标。2.4 PH测量 采用

8、METTLER TOLEDO 2400变送器和Inpro3000复合电极组成PH在线测量方式。PH2400变送器为全密封墙挂式结构，防水防尘，有利于现场安装。面板的菜单式操作键盘和大液晶（24064点）显示区更有利于用户操作和维护。而PH电极为凝胶复合电极，其内参比电极设有银离子捕捉，可防止硫化银沉积阻塞多孔隔膜。该电极操作和维护简单，可耐压消毒，其温度使用范围为0130，耐压范围为04Kg/cm2，特别适合发酵过程控制。2.4.1 PH2400仪表操作 包括测量、标定、维护、参数设定、诊断五个功能模块。测量模块为主测模块，能提供PH、温度、rH、阻抗、电流、电压等多种参数屏幕显示和信号输出。

9、标定模块提供四种标定方式对电极进行标定。维护模块能提供计算机系统一个标准恒流源，用于检查计算机采集系统是否正常工作。参数设定模块提供大量参数设定。诊断功能模块提供多种硬件测试，并存贮了多种信息和历史记录。其操作步骤如下： 接好电源线、电极线、信号输出线。 通电自检。 按PAR键进入参数设置功能块，在管理级设置以下几个参数： a测量时补偿温度值（即发酵温度值），标定时补偿温度值（即缓冲液温度值）。 b输出电流420mA对应于014PH。 c设置各个操作级别的密码和权限。 d设置当前日期和时间。 e其他设置可选择使用。 用模拟器进行模拟标定，检查仪表功能。 系统提供了四种标定方法： a人工标定 b

10、自动标定 c数据标定 d样本标定 一般采用人工标定（包括双点标定和单点标定）。 用电极标定，一般采用人工标定项的两点标定法。2.4.2 电极维护 a定期标定（一般一至两个发酵周期）。标定时注意从一种缓冲液进入另一种缓冲液时一定要用蒸馏水冲洗，并用纸巾吸干水份，切不可擦拭。 b清洗：一般可用蒸馏水冲洗，如有蛋白质附着，应用9891清洗液清洗。 c再生：将老化电极置于9895再生液中浸泡5分钟，取出清洗后再置于3mol kcl溶液中浸泡12个小时即可，如不能恢复特性，该电极报废。 d储存：置于PH=4的缓冲液中湿储。因电极为玻璃体，极易破损，切勿挤压、冲击。冲洗大罐时也不可用高压水枪直接冲洗电极头

11、部。2.5 溶氧 采用METTLER TOLEDO公司的4100/170变送器和极化电极。该仪表为百分比空气测量，即为相对值测量，只有一个斜率调节，操作简单。 溶氧电极能耐压消毒、操作简单、测量准确、稳定性好。特别适用于生化过程控制。2.5.1 4100仪表操作 a连上电源线、电极线、信号输出线。 b实消之后,把空气全开,罐顶压力调至0.3MPa,温度保持在正常温度,标定这种情况下的溶解氧为90%.2.5.2 溶氧电极维护 见氧电极使用手册.三、仪器仪表 本系统使用了电极板、配电器、消沫控制装置等仪器仪表，分述如下。3.1 电极板 电极板的作用是把现场的开关量信号转变为计算机可识别的信号供控制

12、器进行处理,同时把现场信号和计算机隔离,防止干扰.电极指示灯现场电极信号电极板控制器3.2 配电器 配电器是实现集中检测必不可少的中心环节。由于它具有供电电源、输入回路、输出回路三端隔离的特点，能够有效地提高系统的抗干扰能力。其连线示意图如下：图十三 其具体性能指标见其说明书。3.3 消沫控制装置 由防污染消沫电极和控制器两部分组成。其组成框图如下：图十四 其性能指标和使用方法见其说明书。四、IO模板 系统共使用5种模板，包括UAI通用模入板、AO模出板、TTL DI板、115VAC DO板、24VDC DO板。4.1 通用模入板 为16路差分输入AD板，系统的所有模拟检测量均接入这种模板。系

13、统模拟检测包括：温度、压力、流量、PH、DO、称重.4.2 AO模出板 为4通道420mA电流输出DA板，其输出电流控制调节阀的电气阀门定位器。4.3 TTL DI板 为16通道5VDC TTL开入板，主要处理补料电极、补醇电极、补油电极、消沫开阀等状态信号。4.4 115VAC DO板 为16通道115VAC开出板。主要控制驱动各种电磁阀和报警输出。4.5 24VDC DO板 为16通道24VDC开出板。主要控制蒸气电磁阀。五、执行机构 包括补料、消沫、PH控制、温控等几类执行机构。5.1 补料执行机构(补醇执行机构,补油执行机构) 由补料计量罐、进/出料气动波纹管隔膜阀、电磁阀、电极及相关

14、手动截止阀组成。见图4。该系统可以单独消毒，也可与罐体一起消毒。 自动补料时，打开V1、V3、V4、V5阀，关闭V2阀，料液由V1V3K1计量罐K2V4大罐组成的自动通道由计算机控制K1、K2阀的开关来自动定时补料。 手动补料时，打开V1、V2阀，料液经手动通道人工补料。 补料系统单独消毒时，打开V3、K1、K2、Q1、Q2、Q6、Q8、Q4、Q5，关闭V1、V2、V4、V5。通入饱和蒸汽，保压（0.10.15MPa）半小时，蒸汽由Q1、Q6、Q8排出。连大罐一起消毒时，打开Q1、Q3、Q4、Q5、Q7、Q9、V3、K1、K2、V4、V5，关闭Q2、Q6、Q8，蒸汽由Q1、Q3、Q7、Q9（或

15、排风管）排出。5.2 消沫执行机构 消沫执行机构和补油执行机构公用.5.3 PH控制执行机构 PH控制执行机构由两只串联的气动波纹管隔膜阀及其电磁阀组成，一只为常开阀，另一只为常闭阀。保证停电、停气等异常事故出现时，自动补氨通道为关闭状态，避免大量氨水进入罐内，其安装示意图见图六。注意氨水压力必须大于进风管压力。自控补氨时，打开V1、V3、V4、V5，关闭V2，同时打开自控气源。手控补氨时，关闭V3、V4，打开V2。该部分也可单独消毒，也可连大罐一起消毒。单独消毒时，关闭V5、V1，先打开Q3、V2、V3、V4、K1、K2，再打开Q1、Q2阀，通入饱和蒸汽，消毒时间：一小时。 带计量罐的pH控

16、制执行机构（见图七）单独消毒时，关闭V3、V4、V5阀，先打开K1、K2、Q6、Q8阀，再打开Q4、Q5阀，通入饱和蒸汽，保压（0.10.15MPa）半小时。5.4 温控执行机构 中小罐温控执行机构为气动开关阀和电磁阀。使用前须检查开关阀是否有污物堵塞，气源管道要吹干净。六、系统维护汇总表 本表列出传感器、仪表及执行机构的常见故障及维护方法，其他特殊故障只能根据具体情况特殊处理。6.1 传感器6.1.1 温度变送器故障现象故障原因解决办法计算机与显示屏(表)均无显示值。124VDC供电断开。2变送器输入回路开路。3配电器故障。1接通电源。2接通输入回路。3检修配电器。计算机与显示屏(表)只有一

17、个有显示值。计算机或显示屏(表)采样回路故障。检修相应采样回路。消毒温度上升缓慢，甚至达不到消毒值。1温度护套进水或蒸汽。2温度变送器插入深度不够。1烘(吹)干护套。2增加插入深度。温度检测不准。1铂电阻故障。2变送器模块故障。3配电器故障。1更换铂电阻。2用标准电阻箱标定模块或更换模块。3标定配电器。6.1.2 压力检测故障现象故障原因解决办法无压力显示值。124VDC供电开路。2取样信号端开路。3变送器故障。4配电器故障。1接通电源。2接通信号取样端。3更换变送器。4检修配电器。压力显示不准。1压力变送器特性变化。2配电器特性变化。1标定压力变送器。2标定配电器。6.1.3 流量检测故障现

18、象故障原因解决办法无流量显示值。124VDC供电开路。2取样信号端开路。3变送器故障。4配电器故障。1接通电源。2接通信号取样端。3更换变送器（模板或探头）。4检修配电器。流量显示不准。1流量变送器特性变化。2配电器特性变化。1更换变送器（模板或探头）。2标定配电器。6.1.4 称重测量故障现象故障原因解决办法无称重显示值。124VDC供电开路。2取样信号端开路。3变送器故障。4配电器故障。1接通电源。2接通信号取样端。3检修变送器。4检修配电器。显示值不准。1变送器特性变化。2系统水标有误差。3配电器特性变化。1标定变送器。2重新标定（最好动态标定）。3标定配电器。显示值波动大。1变送器故障

19、。2大罐通风搅拌剧烈。1检修变送器。2增大变送器测量阻尼（滤波）。显示值飘移。1毛细管漏油。2变送器故障。1返厂修理。2返厂修理。6.1.5 PH检测故障现象故障原因解决办法PH值无变化。1电极线开路。2信号线开路。3电极损坏。4仪表故障。1接好电极线。2接好信号线。3更换电极。4用模拟器检修仪表。PH值变化缓慢。1电极脏。2电极老化。3由于电极干储。1清洗电极（包括蒸馏水冲洗和9891清洗液清洗）。2电极再生或更换。3电极置于PH=4的缓冲液中湿储一段时间。PH值抖动。1电极线虚接。2信号线虚接。3大罐空罐或消毒。4电极故障。1接好电极线。2接好信号线。3正常情况。4更换电极。6.1.6 D

20、O检测故障现象故障原因解决办法DO值无变化。1电极线开路。2信号线开路。3膜体损坏。4仪表故障。1接好电极线。2接好信号线。3更换膜体并加电解液。4用模拟器检修仪表。DO值变化缓慢。1膜体损坏。2电解液不够。1更换膜体。2填充电解液。6.2 仪表6.2.1 配电器故障现象故障原因解决办法输入回路无电流。1电源回路开路。2配电器无24VDC输出。1接通电源回路。2检查供电或更换模板。输出回路无电流(压)。1电流输出端开路。2配电器故障。1接好电流回路。2更换配电器。6.2.2 消沫控制器故障现象故障原因解决办法连续有沫并报警。1电极接触料液。2电极故障。3消沫执行机构没打开。4仪表故障。5加油速度不够，沫消不下去。1提高电极罐外高度。2检修电极。3打开消沫执行机构。4更换仪表。5调节进油出油时间设定。6.3 执行机构6.3.1 一级罐温控阀故障现象故障原因解决办法温度持续上升或下降。1阀门堵或漏。2电磁阀漏气。3电磁阀损坏。4控制信号不对。1检修阀门。2清洗阀芯。3更换电磁阀。4检查控制信号。6.3.2 补料系统故障现象故障原因解决办法料液进不来。1糖罐压力低。2进料阀堵。3平衡管阀没打开。1提高罐压或液位。2检修进料阀。3打开平衡管阀。料液进不停。1进料阀漏。2电极接触