1、行業(yè)概述

隨著企業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大及產(chǎn)品多樣化，完善工藝操作及工藝控制，充分挖掘技術(shù)及管理潛力，創(chuàng)造更佳經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)管理及決策的自動(dòng)化和科學(xué)化日益顯得重要，自動(dòng)化技術(shù)與信息技術(shù)的應(yīng)用，是制藥企業(yè)發(fā)展的迫切需要。

青島華凌科技有限公司針對(duì)制藥行業(yè)設(shè)計(jì)集成的制藥DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)涉及生物化工過(guò)程關(guān)鍵工業(yè)設(shè)備或工業(yè)過(guò)程，如發(fā)酵罐、反應(yīng)釜、提取罐、蒸發(fā)器等，進(jìn)行軟測(cè)量、過(guò)程控制、過(guò)程優(yōu)化、系統(tǒng)集成與工程應(yīng)用的總結(jié)提煉與考核完善，終形成生物化工過(guò)程成套專用控制系統(tǒng)，并分品種按單元進(jìn)行應(yīng)用實(shí)施，獲得單元設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益；隨后，構(gòu)建生產(chǎn)調(diào)度與生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)處方管理、批次生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)線管理、批量跟蹤及安全管理，對(duì)單品種生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多品種協(xié)調(diào)，獲得整體經(jīng)濟(jì)效益。終，建立全廠信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化控制。

2、主要功能與技術(shù)指標(biāo)

1）生物發(fā)酵過(guò)程成套專用控制系統(tǒng)。

包括生物發(fā)酵過(guò)程參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)：發(fā)酵罐溫度T、發(fā)酵罐壓力P、發(fā)酵液體積V、空氣流量FA、冷卻水進(jìn)出口溫度T1和T2、攪拌馬達(dá)轉(zhuǎn)速RPM、攪拌馬達(dá)電流I、泡沫高度H等發(fā)酵過(guò)程物理參數(shù)；pH值和溶解氧濃度Do等發(fā)酵過(guò)程化學(xué)參數(shù)；生物質(zhì)呼吸代謝參數(shù)、生物質(zhì)濃度、代謝產(chǎn)物濃度、底物濃度以及生物比生長(zhǎng)速率、底物消耗速率和產(chǎn)物形成速率等發(fā)酵過(guò)程生物參數(shù)。

生物發(fā)酵過(guò)程常規(guī)控制系統(tǒng)：消泡控制、罐溫控制、罐壓控制、pH控制、溶氧控制、補(bǔ)料控制等。

生物發(fā)酵過(guò)程建模、先進(jìn)控制與優(yōu)化：pH、反應(yīng)溫度的優(yōu)化曲線控制、培養(yǎng)基添加過(guò)程優(yōu)化策略、傳遞過(guò)程優(yōu)化策略等。

2）合成反應(yīng)過(guò)程成套專用控制系統(tǒng)。以間歇生產(chǎn)過(guò)程綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)為目標(biāo)，集間歇生產(chǎn)管理和間歇生產(chǎn)過(guò)程控制為一體的間歇控制系統(tǒng)。它除了包括程序間歇控制系統(tǒng)的全部功能外，還有配方處理、過(guò)程優(yōu)化、在線或離線的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制、批量生產(chǎn)管理、計(jì)劃與調(diào)度、能量管理等功能。

3）中藥提取過(guò)程成套專用控制系統(tǒng)：現(xiàn)代中藥制備工藝包括：藥材->水洗->烘干->切碎->水提取三次->過(guò)濾->樹脂吸附->水洗滌->洗脫->減壓濃縮->醇沉->過(guò)濾->減壓濃縮->低溫干燥或噴霧干燥->成品；中藥提取生產(chǎn)過(guò)程，是依據(jù)GMP規(guī)范，按給定的配方，生產(chǎn)一定量產(chǎn)品的過(guò)程，是典型的間歇生產(chǎn)過(guò)程。其主要特點(diǎn)是：小批量、多品種，其特征是：物料流動(dòng)的不連續(xù)性、物料和設(shè)備的非穩(wěn)態(tài)性、產(chǎn)品及其工藝的不確定性和設(shè)備資源的動(dòng)態(tài)調(diào)度分配。包括中藥提取過(guò)程順序控制、離散控制、調(diào)節(jié)控制、配方處理、設(shè)備管理、生產(chǎn)調(diào)度和跟蹤功能、操作優(yōu)化等。

4）IMES制造執(zhí)行系統(tǒng)：在過(guò)程控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上，基于非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的制藥企業(yè)集成信息平臺(tái)，構(gòu)建生產(chǎn)調(diào)度與生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)處方管理、批次生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)線管理、批量跟蹤及安全管理等，對(duì)單品種生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多品種協(xié)調(diào)，獲得整體經(jīng)濟(jì)效益。

3、技術(shù)方案

1）制藥DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用先進(jìn)控制、裝備建模、過(guò)程優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生物發(fā)酵過(guò)程成套專用控制系統(tǒng)、合成反應(yīng)過(guò)程成套專用控制系統(tǒng)、中藥提取過(guò)程成套專用控制系統(tǒng)；

2）提供可定制擴(kuò)展的制藥行業(yè)控制工程行業(yè)算法庫(kù)，通過(guò)設(shè)計(jì)院、設(shè)備制造商、工程公司、行業(yè)用戶，不斷提煉知識(shí)與工程經(jīng)驗(yàn)，不斷豐富行業(yè)自動(dòng)化知識(shí)庫(kù)，以領(lǐng)域知識(shí)為主體，在資源可重用、系統(tǒng)可重構(gòu)的架構(gòu)平臺(tái)支撐下，在統(tǒng)一建模規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過(guò)繼承、派生、重用、重構(gòu)機(jī)制，顯著提高項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)與編程開(kāi)發(fā)效率；

3）開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)多種網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)硬件模塊，通過(guò)開(kāi)放規(guī)范的OPC客戶端與服務(wù)器接口，采用透明網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)與第三方設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊，構(gòu)建分布式工程對(duì)象實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)與外部設(shè)備數(shù)據(jù)的全局一致與統(tǒng)一接口，滿足工業(yè)數(shù)據(jù)多實(shí)時(shí)性、多語(yǔ)義性、多時(shí)空性、多尺度性的信息集成與接口開(kāi)放要求；基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)制藥企業(yè)單元裝置與智能設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與數(shù)據(jù)接口。

4、應(yīng)用領(lǐng)域與使用效果

制藥企業(yè)通過(guò)實(shí)施青島華凌科技有限公司設(shè)計(jì)集成的制藥DCS自動(dòng)化控制系統(tǒng)，首先，分品種按單元進(jìn)行過(guò)程控制：完成發(fā)酵罐和反應(yīng)釜等重要生產(chǎn)單元的參數(shù)檢測(cè)與穩(wěn)定控制，建立單元控制系統(tǒng)，使每臺(tái)工藝設(shè)備發(fā)揮效益；包括發(fā)酵車間、合成車間、熱電廠自動(dòng)化改造、科研中心、三廢處理等；隨后，構(gòu)建生產(chǎn)調(diào)度與生產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)處方管理、批次生產(chǎn)調(diào)度、生產(chǎn)線管理、批量跟蹤及安全管理等，對(duì)單品種生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多品種協(xié)調(diào)；后，實(shí)現(xiàn)企業(yè)綜合自動(dòng)化。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)施后，發(fā)酵與后提取生產(chǎn)水平大幅度提高；染菌率進(jìn)一步下降；主輔原材料消耗亦有所降低，產(chǎn)品綜合成本每年下降10%以上，原料采購(gòu)成本每年下降6%以上，銷售收入每年增長(zhǎng)20%以上；經(jīng)濟(jì)效益顯著。