劲牌公司保健酒生产过程自动控制系统

一、引言 　　中国劲酒是我国知名的保健酒品牌，以其消除疲劳，增强人体抵抗力的显著效果多年来受到消费者的青睐。然而保健酒工业化生产的时间很短，其产品生产方式介于酒与中药之间，属于两者的结合体，因此长期以来采用的都是比较传统的生产方式，无论是生产工艺和设备、质量控制手段还是自动化水平都比较落后。近年来，随着自动控制技术、计算机技术、网络技术的不断发展，为保健酒生产过程的自动控制的实现提供了强有力的保障。 　　根据劲牌公司《二万吨保健酒现代工艺技术应用》项目要求，最大限度地实现“生产过程数据化，管理信息化、操作自动化”。根据生产工艺流程，在设计时，科学地进行生产管理单元划分，各生产单元的管理采用计算机控制系统和网络通讯技术，实现了保健酒生产过程中各种重要工艺参数的计算机自动检测、采集和控制。本文主要介绍自动控制系统在劲牌公司保健酒生产过程中的成功应用。 二、关键工艺流程与控制要求 　　保健酒生产过程主要分为中药材有效成份的提取、物料调配、陈酿、精滤和灌装等几个工序，其工艺流程图如下： 　　其中，提取过程采用常规提取和渗漉提取，将中药材中的有效成份进行分离，并得到提取液。根据保健酒生产工艺配方，将各种提取液以及相应的辅料按照一定的配比，进行混合和搅拌，得到的调配液经过初滤后通过泵打入陈酿罐进行陈酿。待陈酿液达到陈酿期后，将其过滤后进行灌装后成为成品。 在本次设计中，对控制系统的的主要要求如下： 1. 对操作单元进行合理的划分。 2. 实现控制单元的集中监控，包括液位、流量、温度等物理量的的参数以及设备的运行状态。 3. 现场检测设备的精度要求在0.3%以下。 4. 设置灵活的控制方案，实现提取、调配过程的全自动控制和计算机遥控控制。 5. 合理的连锁报警机制，以确保设备、人员、操作的安全。 6. 各种物理量的实时数据采集、显示，历史数据的查询。 7. 控制系统运行稳定，采用全中文操作系统和监控画面，界面直观、操作简单。 8. 具有工业网络和商业网络数据传输接口，以便于实现生产信息化的集成。 三、系统规模 　　劲牌公司保健酒一期工程年成品产量为2万吨，在保健酒生产行业中数据规模较大的系统，因此，控制过程的检测点相对较多，共计有：热电阻41个，4~20mA模拟量输入430个，4~20mA模拟量输出 28个,开关量输出145个。 四、系统实际实施情况 　　1. 按照操作分散、管理集中的原则，对控制系统进行合理的细分和配置，使其控制危险降低到最低。 　　根据总体设计要求，我们将整个保健酒基地的控制系统进行分散处理，分成六个控制单元，分别为提取单元、调配单元、地上陈酿单元、地下陈酿单元、精滤单元和中央控制单元，各个单元独立进行控制和操作，单元之间通过网络进行连接和通讯。这样，一个单元出现故障时不会影响另外单元的正常操作，而各个单元之间又能进行数据交换，实现了操作分散、管理集中的目的。并且由于各个工段的控制器均安装在操作现场，因此线缆的敷设长度也大大减少，减少了投资，现场采集的信号也更加可靠。（网络拓扑图如下） 　　2. 选用稳定的、功能强大的控制系统，为生产的过程控制提供强大的保证按照总体设计要求，对控制系统的要求主要为运行稳定、扩展能力强，管理集中，控制分散。并且由于现场模拟量的采集和控制点数较多，我们主要考虑选择DCS控制系统来实现上述功能。经过考察，最终选择了浙江中控技术股份有限公司生产的JX-300X DCS控制系统。该公司是我国生产DCS控制系统较早的厂家之一，其JX-300X系统已有上千套稳定运行于各种行业和场合。且其强大的控制能力、方便的中文编程界面、简单的编程方式、丰富的接口和扩展能力受到用户的好评。 　　在硬件配置上，我们对于比较重要的设备进行了冗余配置，如CPU、电源、网络交换设备等、数据转发设备等。平时，这些设备处于一用一备的状态。当某一设备出现故障时，其备用设备能够在最短时间内接替出故障的设备进行工作，基本上不中断正在进行的操作，为控制的安全提供了强有力的保障。 　　3. 采用光纤进行网络连接，构建冗余网络，基本上解决了对控制系统的干扰和破坏。传统的控制系统之间的连接，短距离的采用五类或超五类双绞线，长距离的采用铜轴电缆。由于双绞线和铜轴电缆传输介质均为金属材料，因此容易受到外界干扰，虽然现在有带屏蔽的线材，但在干扰严重的情况下，仍然无法进行完全屏蔽，且双绞线不能长度不能超过120米，铜轴电缆也有长度限制。为此，在设备的连接中，我们采用六芯光纤进行连接。光纤可以完全不受电气设备的干扰，且其长度可以达到2千米以上。六芯中我们同时使用了其中四芯，两芯工作、两芯冗余，剩下两芯备用，有效的保障了网络的安全和稳定。 　　4. 根据现场实际情况，编写灵活的控制方案，并实现手动、自动、现场控制三级控制方式来对生产过程进行控制。控制方案的是否优化与合理，对于操作来说起着非常重要的作用，直接关系着操作能否执行。在整个生产过程控制系统中，在控制方案的编写上，充分考虑到安全管理、质量管理、流程管理等各方面因素，并进行有机集合。目前在整个过程中，各个工段均有体积、液位补偿、流量累积方案一套，另外，调配工段还有泵的连锁控制方案11套、调配互锁方案2套，提取工段有泵连锁控制方案4台，热提取方案4套，互锁方案2套，流量调节方案1套。 　　此外，在自动控制方案不能进行处理的情况下，如排污、出渣等非生产过程操作，仍然可以通过计算机遥控操作。在计算机系统出现故障的情况下，可以到现场进行现场操作。确保了操作的可靠执行。 　　5. 选用卫生型、精度高的现场检测设备参与计量和控制 整个保健酒基地共有压力检测设备400多台，流量检测设备20多台，控制阀门140多台。根据保健酒生产的特殊性以及GMP规范，所有的检测、控制阀门和物质接触处均采用卫生级材料。如压力变送器为不锈钢齐平模型，流量计采用不锈钢流通体或PTFE内衬，控制阀门阀体也采用卫生级材料，保障了在生产过程中不因检测和控制设备而对产品造成污染。 　　同时，为了保障产品的稳定性，所选用的检测设备均为较高精度的产品。如压力变送器为0.3%FS，电磁流量计为0.3%，涡街流量计为0.5%,。其中，压力变送器采用中外合资企业产品，电磁流量计为德国科隆公司进口产品，涡街流量计采用的是技术比较领先的产品。控制阀门为德国宝得公司的膜片阀，能够保证10万次以上的正常动作。这些检测仪器仪表、控制设备的合理配套使用，使整个控制过程的结果更加准确和稳定。 　　6. 全程数据采集，实时和历史数据库进行数据存储，为生产信息化提供准备支持。 　　整个保健酒生产过程共有液位信息400多个，流量信息20多个，这些信息属于生产的管理和调度的基础数据，也是工艺研究的基础。为此，我们对这些信息点都进行了计量，并通过计算机进行采集和储存，在控制软件上以趋势图、趋势表以及生产记录报表的方式进行数据查看和打印，并可作为历史记录进行保存和分析。 　　7. 生产信息化接口 　　随着信息化、自动控制技术的发展，生产信息化的展开和实施也将在不久开始执行。在生产信息化中，生产过程中的数据向管理网络进行传送，成为生产信息化过程中的一个瓶颈。目前，通过OPC、DDE等方式进行数据采集还只存在于理论和少部分运用中，大规模的运用目前还不多见。在我们的控制系统中，考虑到以后实施生产信息化的便利，我们已经设置了数据传送的OPC接口，并将其安装在工程师操作电脑上，已经建立了部分连接方式。在以后的实施中，只需要通过该接口，编写相应的通讯程序，形成OPC的SERVER和Client，即可有效的实现数据的传送，使生产信息化的实施成为可能。 　　● 系统运用情况 　　本系统从2004年12月份调试/试运行至今，系统工作正常，产品一次性合格率达到100%，年最大调配能力达到6万吨左右，调配精度达到3‰。基本实现“操作自动化，过程数据化，管理信息化的目标”。此外，操作人员的劳动强度也大大的降低，由过去的需要不断的在现场对操作过程进行观察、控制，转而只需要在电脑上轻点鼠标即可完成。自动化的实施，使保健酒的生产过程控制方式发生了根本性的改变。 　　● 总结 　劲牌公司保健酒生产过程自动控制系统的成功实施，作为保健酒行业在生产过程实现自动控制方式的探索，为保健酒行业的生产过程、产品质量提升、生产过程的信息化均起到了一定的参考作用，同时为保健酒行业生产方式的改变也起到了较大的启示作用。 作者：劲牌有限公司装备工程部 杨志勇 地址：湖北省大冶市大冶达到169号 EMAIL:YZHIYONG@163.NET