基于DeltaV的青霉素发酵过程控制系统设计与实现

论文摘要

本文以某6-APA（6-氨基青霉素酸）生产装置中的青霉素发酵车间自动化工程设计项目为背景,阐述了青霉素发酵过程控制系统设计与实现方法。这种设计与实现方法不仅仅可以应用到发酵工业自动控制设计中,还对应用先进的自动化技术于精细化工、制药等批量生产行业有一定的借鉴作用。针对青霉素发酵生产过程这种具有非常复杂,高度时变性和非线性的反应过程的控制问题,提出了由DeltaV数字自动化系统与各种先进检测仪器、控制阀门构成青霉素发酵过程控制系统的解决方案,该系统运用模块化控制方式,对青霉素发酵环境的各个因素进行了有效地控制。通过运用模糊控制和自适应控制等控制方法,解决了某些被控参数在工业控制中的时变性及滞后性等问题。文章对青霉素发酵过程控制方法进行了深入的研究与设计开发。首先根据青霉素发酵工艺,研究了溶解氧、pH、温度、压力等环境参数对青霉素发酵过程的影响。其次针对被控参数测量仪器仪表的选型问题,根据溶解氧分析仪、pH分析仪、电磁流量计等仪表的工作原理确定了检测仪表类型,使被控参数的测量精确度达到控制要求。而后通过分析被控参数与控制对象的关系,结合串级控制、自适应控制及模糊控制等先进的控制原理,利用测量仪表、控制单元及执行机构建立了溶解氧、pH、温度、压力等主要被控参数的控制回路及补料控制系统回路,并对每个回路的控制方式进行了分析与阐述。文章通过DeltaV数字自动化系统的系统工程设计过程,构建了控制系统网络,设计了系统功能,搭建了系统硬件,安装了系统软件,结合各个被控参数控制回路,最终建立了集参数检测、过程控制和批量管理等功能于一体的青霉素发酵过程控制系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文背景
• 1.2 研究状况
• 1.2.1 青霉素及其发酵控制现状
• 1.2.2 发酵过程参数检测
• 1.2.3 发酵控制策略
• 1.3 本文主要研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 青霉素发酵工艺描述
• 2.1 青霉素发酵工艺流程
• 2.1.1 青霉素的代谢网络
• 2.1.2 青霉素发酵工艺流程
• 2.2 本章小结
• 第三章 青霉素发酵过程控制设计
• 3.1 青霉素发酵过程控制概述
• 3.1.1 发酵过程主要参数检测
• 3.1.2 发酵单罐控制系统
• 3.2 青霉素发酵过程的溶解氧控制
• 3.2.1 影响溶解氧浓度的因素
• 3.2.2 发酵过程中溶解氧的变化规律
• 3.2.3 发酵液溶解氧回路参数检测
• 3.2.4 发酵溶解氧过程控制设计
• 3.3 青霉素发酵过程的 PH 值控制
• 3.3.1 影响pH 值的因素
• 3.3.2 发酵过程中pH 值的变化规律
• 3.3.3 pH 控制回路的参数检测
• 3.3.4 发酵pH 值过程控制设计
• 3.4 青霉素发酵过程温度的控制
• 3.4.1 影响发酵罐中温度的因素
• 3.4.2 发酵过程中的温度变化规律
• 3.4.3 发酵过程中的温度检测
• 3.4.4 发酵温度过程控制设计
• 3.5 青霉素发酵过程压力的控制
• 3.5.1 罐压对发酵过程的影响
• 3.5.2 发酵罐压力检测
• 3.5.3 发酵罐压力过程控制设计
• 3.6 青霉素发酵过程的消泡控制
• 3.6.1 泡沫对发酵过程的影响
• 3.6.2 发酵过程中泡沫的检测
• 3.6.3 发酵过程消泡控制设计
• 3.7 青霉素发酵过程的补料控制
• 2 释放量的变化'>3.7.1 发酵过程 CO₂释放量的变化
• 3.7.2 发酵过程补料相关参数的测定
• 3.7.3 发酵过程补料过程控制设计
• 3.8 本章小结
• 第四章 DELTAV 系统在青霉素发酵过程控制中的应用
• 4.1 DELTAV 数字自动化系统概述
• 4.1.1 系统控制网络
• 4.1.2 系统硬件特点
• 4.1.3 先进控制
• 4.1.4 批量控制
• 4.2 DELTAV 数字自动化系统工程设计
• 4.2.1 系统结构设计
• 4.2.2 系统功能设计
• 4.2.3 系统硬件配置设计
• 4.2.4 系统软件配置需求
• 4.2.5 系统连接设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 项目设计效果
• 5.3 展望
• 参考文献
• 符号及缩写（附录1）
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文