用在葡萄糖生產(chǎn)結(jié)晶控制中的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、概述：

葡萄糖又稱為玉米葡糖、玉蜀黍糖，甚至簡(jiǎn)稱為葡糖，是自然界分布最廣且最為重要的一種單糖，它是一種多羥基醛。純凈的葡萄糖為無(wú)色晶體，有甜味但甜味不如蔗糖，宜溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。葡萄糖在生物學(xué)領(lǐng)域具有重要地位，是活細(xì)胞的能量和新陳代謝中間產(chǎn)物。植物可通過(guò)光合作用產(chǎn)生葡萄糖。在糖果制造業(yè)和醫(yī)藥領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。葡萄糖是最常見(jiàn)的六碳單糖，又稱右旋糖。以游離或結(jié)合的形式，廣泛存在于生物界。葡萄、無(wú)花果等甜果及蜂蜜中，游離的葡萄糖含量較多。正常人血漿中葡萄糖含量為3.89~6.11mmol/L,尿中一般不含游離葡萄糖，糖尿病患者尿中的含量變化較大。血液或尿中游離葡萄糖含量的測(cè)定，是臨床常規(guī)檢驗(yàn)的一個(gè)項(xiàng)目。結(jié)合的葡萄糖主要存在于糖原、淀粉、纖維素、半纖維素等多糖中；一些寡糖如：麥芽糖、蔗糖、乳糖以及各種形式的糖苷中也含有葡萄糖。大多數(shù)生物具有酶系統(tǒng)可分解D-葡萄糖以取得能量的能力。在活細(xì)胞中，例如哺乳動(dòng)物的肌肉細(xì)胞或單細(xì)胞的酵母細(xì)胞中，葡萄糖先后經(jīng)過(guò)不需氧的糖酵解途徑、需氧的三羧酸循環(huán)以及生物氧化過(guò)程生成二氧化碳和水，釋放出較多的能量，以ATP（三磷酸腺苷）形式貯存起來(lái)，供生長(zhǎng)、運(yùn)動(dòng)等生命活動(dòng)之需。在無(wú)氧的情況下，葡萄糖僅僅被分解生成乳酸或乙醇，釋放出的能量少得多；釀酒是無(wú)氧分解的過(guò)程。工業(yè)上，用酸或酶水解淀粉制得的葡萄糖可用做食品、制酒、制藥等工業(yè)生產(chǎn)的原料。

結(jié)晶葡萄糖作為一種甜味劑和功能性基料廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)：包括食品、飲料、奶制品、保健食品等；醫(yī)藥行業(yè)；發(fā)酵行業(yè)；化工行業(yè)等領(lǐng)域。

淀粉深加工結(jié)晶葡萄糖工業(yè)不僅滿足日益增長(zhǎng)的人民生活需要，而且由于淀粉乳深加工產(chǎn)品可為其它工業(yè)服務(wù)，利用淀粉乳生產(chǎn)一水結(jié)晶葡萄糖，可利用其母液生產(chǎn)牙膏用山梨醇，也可供發(fā)酵工業(yè)用，其母液還可直接生產(chǎn)高級(jí)焦糖色素。

隨著近幾年來(lái)葡萄糖在醫(yī)藥、化工、食品行業(yè)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)葡萄糖生產(chǎn)得到了快速的發(fā)展，但是國(guó)內(nèi)葡萄糖生產(chǎn)工藝過(guò)程、操作方式大都比較簡(jiǎn)單落后，多數(shù)操作都是由人工現(xiàn)場(chǎng)來(lái)完成，技術(shù)指標(biāo)很難保證。隨著DCS的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)葡萄糖生產(chǎn)工業(yè)的自動(dòng)化、連續(xù)化水平也有了很大的提高，各個(gè)生產(chǎn)廠家為了適應(yīng)未來(lái)市場(chǎng)對(duì)不同產(chǎn)品的需求、降低成本、優(yōu)化生產(chǎn)工藝過(guò)程，大都已經(jīng)或準(zhǔn)備在其生產(chǎn)過(guò)程中采用DCS控制生產(chǎn)過(guò)程。

二、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)采用宇電AIFCS現(xiàn)場(chǎng)總線型計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)是基于AI系列儀表的出色性能配合現(xiàn)場(chǎng)總線特性的AIFCS計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。AI儀表相當(dāng)于現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)中的各個(gè)控制單元，利用RS485作為現(xiàn)場(chǎng)通訊總線，采用宇電自行開(kāi)發(fā)的AIBUS通訊協(xié)議，可在上位機(jī)上實(shí)現(xiàn)100%儀表功能操作如實(shí)時(shí)讀取測(cè)量值、給定值、設(shè)置參數(shù)、自動(dòng)/手動(dòng)無(wú)擾動(dòng)切換、調(diào)整手動(dòng)輸出值、啟動(dòng)/運(yùn)行/停止程序，并具備開(kāi)關(guān)量輸入/輸出操作能力?，F(xiàn)場(chǎng)總線是指以工廠內(nèi)的測(cè)量和控制機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進(jìn)行特化的網(wǎng)絡(luò)。原來(lái)這些機(jī)器間的主體配線是ON/OFF、接點(diǎn)信號(hào)和模擬信號(hào)，通過(guò)通訊的數(shù)字化，使時(shí)間分割、多重化、多點(diǎn)化成為可能，從而實(shí)現(xiàn)高性能化、高可靠化、保養(yǎng)簡(jiǎn)便化、節(jié)省配線（配線的共享）。是連接智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)的全數(shù)字、雙向、多站的通信系統(tǒng)。主要解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的智能化儀器儀表、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場(chǎng)控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的信息傳遞問(wèn)題。

采用AIBUS協(xié)議的AI儀表在9600波特率下能在40ms內(nèi)向上位機(jī)傳送4個(gè)重要數(shù)據(jù)，比采用MODBUS協(xié)議的進(jìn)口儀表速度高3-10倍以上，因此即使采用廉價(jià)的RS485通訊，AIFCS也具備如DCS或FF、PROFIDBUS等高價(jià)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)同等的使用效果，并可以組建大型系統(tǒng)，而不象通常進(jìn)口儀表那樣只能應(yīng)用于小型系統(tǒng)。

整個(gè)系統(tǒng)分為管理層、操作站和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)3個(gè)層級(jí)，也可只分操作站和工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)兩個(gè)層級(jí)。 管理層可提供工廠領(lǐng)導(dǎo)瀏覽現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)工況畫面，也可進(jìn)行如使用權(quán)限、系統(tǒng)配置等高級(jí)設(shè)置；操作站供儀表班組和技術(shù)人員進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控；萬(wàn)一計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，儀表操作人員可依傳統(tǒng)儀表使用方法直接操作儀表。

三、葡萄糖生產(chǎn)工藝過(guò)程：

葡萄糖生產(chǎn)工藝過(guò)程是以玉米淀粉為原料，在高溫液化酶作用下，將淀粉乳糊化成一定分子量的糊精和低聚糖，再用糖化酶在一定的濃度、溫度和時(shí)間下進(jìn)行糖化，使其水解成葡萄糖液。為了除去糖液中的雜質(zhì)，得到更高純度的葡萄糖，采用預(yù)涂層轉(zhuǎn)鼓過(guò)濾除去蛋白、活性炭稀脫色、陰陽(yáng)離子交換、四效降膜蒸發(fā)濃縮、活性炭濃脫色、運(yùn)動(dòng)結(jié)晶等過(guò)程進(jìn)行精制提純，然后再經(jīng)過(guò)分離、氣流干燥、流化床降溫、過(guò)篩、自動(dòng)包裝過(guò)秤、塑合封口、噴碼、計(jì)數(shù)、自動(dòng)入庫(kù)等工序，完成了葡萄糖從原料到成品的全過(guò)程，工藝流程如圖1所示。

結(jié)晶工藝過(guò)程

從脫色過(guò)濾工序來(lái)的濃糖糖漿，用泵打到結(jié)晶工序，經(jīng)過(guò)精密過(guò)濾器過(guò)濾后進(jìn)入板式換熱器冷卻，冷卻后的糖漿經(jīng)流量計(jì)進(jìn)行計(jì)量后注入結(jié)晶罐，結(jié)晶罐加滿后開(kāi)始攪拌保溫，在保溫過(guò)程中，使新加入的糖漿與結(jié)晶罐內(nèi)預(yù)留的晶種進(jìn)行充分混合，保溫時(shí)間一到，糖漿的溫度也基本穩(wěn)定到了降溫開(kāi)始的溫度，這時(shí)就可以根據(jù)不同的產(chǎn)品品種選擇不同的降溫曲線進(jìn)行降溫控制。攪拌繼續(xù)進(jìn)行，在這段時(shí)間內(nèi)通過(guò)冷媒水的回水溫度對(duì)回水閥進(jìn)行調(diào)整，使降溫過(guò)程嚴(yán)格按照降溫曲線進(jìn)行，當(dāng)設(shè)定的降溫時(shí)間到時(shí)，葡萄糖液溫度也達(dá)到了工藝要求值，這樣結(jié)晶出的葡萄糖晶體質(zhì)量好，收率也高。

主要控制回路實(shí)現(xiàn)

降溫過(guò)程中的降溫曲線是在長(zhǎng)期生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)不同的產(chǎn)品總結(jié)出來(lái)的獲得最佳收率的經(jīng)驗(yàn)曲線；降溫是通過(guò)夾套、盤管循環(huán)冷媒水進(jìn)行的，由于降溫過(guò)程的時(shí)間較長(zhǎng)，從30～60h不等，加之溫度本身的滯后，因此控制難度較大。

結(jié)晶過(guò)程是整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵，它包括保溫和降溫兩個(gè)過(guò)程。根據(jù)用戶多年的生產(chǎn)操作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于不同的葡萄糖品種得出了各自不同的較為成熟的降溫曲線，由于結(jié)晶罐沒(méi)有加熱裝置，同時(shí)在保溫過(guò)程中冷媒水閥也是關(guān)閉的（即不需降溫），因此只能利用進(jìn)料溫度和不斷攪拌使?jié)馓菨{與結(jié)晶罐內(nèi)的晶種進(jìn)行充分均勻混合來(lái)維持。

為了使操作人員更好、更直觀地操作，在編程過(guò)程中，還可以使內(nèi)部時(shí)鐘和系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行每一步操作以及總操作的計(jì)時(shí)顯示，使操作人員在整個(gè)結(jié)晶過(guò)程中始終能夠看到每一個(gè)結(jié)晶罐的進(jìn)行狀態(tài)。調(diào)節(jié)器接線圖1。

葡萄糖結(jié)晶，一般是根據(jù)產(chǎn)量的不同使用不同數(shù)量或體積的結(jié)晶罐，不同的結(jié)晶罐降溫過(guò)程只是存在著一定時(shí)間上的差異，其工藝管道和操作原理基本相同，這也就可以較好地實(shí)現(xiàn)程序的模塊化和通用性，因此在編程過(guò)程中我們使用AIFCS組態(tài)軟件組態(tài)王中的圖形化編程，先是通過(guò)程序編制，下傳給AI-808PAX3L1L1S4程序儀表，然后在各個(gè)不同的結(jié)晶罐程序中進(jìn)行控制，無(wú)論現(xiàn)場(chǎng)是有一個(gè)結(jié)晶罐還是十個(gè)或是幾十個(gè)，都可以重復(fù)引用，從而避免了重復(fù)程序而使得程序量增大，這樣既降低了編程人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的運(yùn)算負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。溶質(zhì)從溶液中析出的過(guò)程，可分為晶核生成（成核）和晶體生長(zhǎng)兩個(gè)階段，兩個(gè)階段的推動(dòng)力都是溶液的過(guò)飽和度（溶液中溶質(zhì)的濃度超過(guò)其飽和溶解度之值）。晶核的生成有三種形式：即初級(jí)均相成核、初級(jí)非均相成核及二次成核。在高過(guò)飽和度下，溶液自發(fā)地生成晶核的過(guò)程，稱為初級(jí)均相成核；溶液在外來(lái)物（如大氣中的微塵）的誘導(dǎo)下生成晶核的過(guò)程，稱為初級(jí)非均相成核；而在含有溶質(zhì)晶體的溶液中的成核過(guò)程，稱為二次成核。二次成核也屬于非均相成核過(guò)程，它是在晶體之間或晶體與其他固體（器壁、攪拌器等）碰撞時(shí)所產(chǎn)生的微小晶粒的誘導(dǎo)下發(fā)生的。

四、內(nèi)蒙古赤峰制藥葡萄糖結(jié)晶溫度控制系統(tǒng)軟件編輯功能規(guī)劃：

數(shù)據(jù)記錄表：

1、程序顯示主畫面為一個(gè)25排9列的表格，每一排顯示相對(duì)應(yīng)的罐的實(shí)時(shí)情況。

2、點(diǎn)擊罐號(hào)可進(jìn)入相對(duì)應(yīng)養(yǎng)晶及結(jié)晶曲線。

3、點(diǎn)擊運(yùn)行狀態(tài)可進(jìn)入對(duì)應(yīng)的AI－808P儀表的“運(yùn)行”、“暫停”、“停止”。

4、“運(yùn)行”對(duì)應(yīng)于“結(jié)晶運(yùn)行”。

5、“暫停”是中間狀態(tài)，如果在儀表程序運(yùn)行中暫停，儀表將停止在正在運(yùn)行的那一段，點(diǎn)擊“結(jié)晶運(yùn)行”可從暫停的地方繼續(xù)運(yùn)行程序?！巴Ｖ埂笔墙Y(jié)束狀態(tài)，如果在程序運(yùn)行中點(diǎn)擊“停運(yùn)”或“養(yǎng)晶運(yùn)行”會(huì)立即使程序停止，再點(diǎn)擊“結(jié)晶運(yùn)行”會(huì)使儀表從第一段開(kāi)始重新運(yùn)行控溫程序。

6、“停止”對(duì)于AI－808P儀表是一個(gè)狀態(tài)，而對(duì)于結(jié)晶溫度控制包含有兩段一是養(yǎng)晶運(yùn)行二是停運(yùn)狀態(tài)，現(xiàn)在處理辦法是只有點(diǎn)擊“養(yǎng)晶運(yùn)行”才可以記錄一個(gè)養(yǎng)晶運(yùn)行的“啟動(dòng)時(shí)間”，同時(shí)開(kāi)始計(jì)算顯示養(yǎng)晶的“累計(jì)時(shí)間”和記錄顯示養(yǎng)晶“實(shí)際值”。

7、在養(yǎng)晶運(yùn)行狀態(tài)時(shí)點(diǎn)擊“結(jié)晶運(yùn)行”可執(zhí)行AI－808P表的控溫程序運(yùn)行，同時(shí)記錄一個(gè)結(jié)晶運(yùn)行的“啟動(dòng)時(shí)間”（共3次），同時(shí)開(kāi)始計(jì)算顯示結(jié)晶的“累計(jì)時(shí)間”和記錄顯示結(jié)晶“實(shí)際值”“理論值”“差值”“閥開(kāi)度”“報(bào)警值”。

8、當(dāng)AI－808P儀表程序運(yùn)行完成后會(huì)自動(dòng)顯示“停運(yùn)”狀態(tài)，也可以在“結(jié)晶運(yùn)行”或“養(yǎng)晶運(yùn)行”時(shí)點(diǎn)擊“停運(yùn)”來(lái)停止儀表控溫程序的運(yùn)行（顯示“停運(yùn)”時(shí)會(huì)記錄一次“結(jié)束時(shí)間” ），“停運(yùn)”顯示后會(huì)提示是否要“清空”上一次運(yùn)行的時(shí)間記錄來(lái)準(zhǔn)備下一次運(yùn)行，點(diǎn)擊及清空。

9、報(bào)警按要求“↑表示正偏差報(bào)警，↓表示負(fù)偏差報(bào)警”。

10、養(yǎng)晶運(yùn)行－黃色，結(jié)晶運(yùn)行－綠色，停運(yùn)－紅色。

11、“程序參數(shù)”點(diǎn)擊可修改對(duì)應(yīng)的AI－808P儀表的程序參數(shù)，先按“讀取”把對(duì)應(yīng)的儀表的程序參數(shù)讀上來(lái)，然后修改完程序參數(shù)，確認(rèn)完成，點(diǎn)擊“下傳”可一次修改所有的程序參數(shù)，完成修改后要手動(dòng)讀取一次以確認(rèn)修改好的程序，然后關(guān)閉程序窗口。

12、“儀表參數(shù)”修改方法同上。（參數(shù)有多少會(huì)按需給出）

13、記錄曲線：

按要求“結(jié)晶運(yùn)行”72小時(shí)，以溫度為X坐標(biāo)，以絕對(duì)時(shí)間（即實(shí)際時(shí)間）為Y坐標(biāo)。

結(jié)晶運(yùn)行實(shí)際值曲線和理論值曲線在一起顯示。曲線屏幕底色藍(lán)色，結(jié)晶運(yùn)行實(shí)際值曲線為白色，理論值曲線為紅色，每10秒刷新一次。

曲線記錄：

14、畫面總長(zhǎng)72小時(shí)，每4小時(shí)一條縱線，橫坐標(biāo)時(shí)間按（時(shí)：分 日：月）顯示。曲線可放大縮小，可拖動(dòng)查詢范圍，有標(biāo)尺可查看指定時(shí)間位置的數(shù)據(jù)，有曲線列表可顯示。

15、曲線下的“所在罐運(yùn)行修改記錄表”，顯示本次本罐運(yùn)行的時(shí)間數(shù)據(jù)，“3次結(jié)晶啟動(dòng)時(shí)間”，“5次程序修改時(shí)間”，“結(jié)晶累計(jì)時(shí)間”，“結(jié)晶程序結(jié)束時(shí)間”。在表格上還顯示現(xiàn)在的電腦時(shí)間（用于打?。?。（第4點(diǎn)中的時(shí)間數(shù)據(jù)只在本次本罐結(jié)晶程序運(yùn)行時(shí)實(shí)時(shí)顯示，保存數(shù)據(jù)到access數(shù)據(jù)庫(kù)，點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)記錄表”中隨“停運(yùn)”出現(xiàn)的“清空”按鈕時(shí)即被刪除）

16、養(yǎng)晶運(yùn)行曲線、結(jié)晶運(yùn)行實(shí)際值曲線和理論值曲線數(shù)據(jù)可在歷史數(shù)據(jù)曲線窗口中添加了所需的變量名后按時(shí)間進(jìn)行查詢。

打?。?/p>

1、結(jié)晶運(yùn)行程序運(yùn)行完成后，“停運(yùn)”出現(xiàn)時(shí)會(huì)提示手動(dòng)打印一張B5紙的記錄曲線時(shí)間表格，在“清空”前也可以手動(dòng)打印頁(yè)面，“清空”后表格時(shí)間數(shù)據(jù)就刪除了，曲線數(shù)據(jù)還在。

關(guān)于突然斷電：

1、斷電要關(guān)閉軟件及PC機(jī)（使用UPS），重啟后，把軟件運(yùn)行起來(lái)，結(jié)晶運(yùn)行實(shí)際值曲線和理論值曲線數(shù)據(jù)及時(shí)間數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。

2、“養(yǎng)晶啟動(dòng)時(shí)間”，“3次結(jié)晶啟動(dòng)時(shí)間”，“5次程序修改時(shí)間”，“養(yǎng)晶累計(jì)時(shí)間”，“結(jié)晶累計(jì)時(shí)間”，“結(jié)晶程序結(jié)束時(shí)間”會(huì)恢復(fù)。事后處理可以靠結(jié)晶運(yùn)行實(shí)際值曲線和理論值曲線數(shù)據(jù)和時(shí)間判斷，在斷電期間，絕對(duì)時(shí)間表會(huì)把以上2個(gè)關(guān)鍵數(shù)值至0，在歷史數(shù)據(jù)曲線窗口按時(shí)間查詢時(shí)可明顯觀察到這一情況，打印紙也可同時(shí)說(shuō)明。

注意：

點(diǎn)擊“結(jié)晶運(yùn)行”后會(huì)先出現(xiàn)“停運(yùn)”，這是正?，F(xiàn)象?！梆B(yǎng)晶運(yùn)行”和“停運(yùn)”時(shí)儀表實(shí)際上都是停止?fàn)顟B(tài)。

五、軟件開(kāi)發(fā)應(yīng)用

該系統(tǒng)是由宇電工控組態(tài)軟件AIFCS經(jīng)過(guò)二次開(kāi)發(fā)而成的軟件產(chǎn)品，用戶無(wú)需系統(tǒng)組態(tài)即可直接使用。該軟件與宇光儀表配套使用共同構(gòu)成儀表總線系統(tǒng)，本工程與該軟件配套的儀表型號(hào)有AI808P。組態(tài)軟件采用下位機(jī)、上位機(jī)二層結(jié)構(gòu)體系，所有的控制信息與數(shù)據(jù)信息都在其上位機(jī)上統(tǒng)一管理、分配。組態(tài)軟件，又稱組態(tài)監(jiān)控軟件系統(tǒng)軟件。譯自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制）。它是指一些數(shù)據(jù)采集與過(guò)程控制的專用軟件。它們處在自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級(jí)的軟件平臺(tái)和開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，可以應(yīng)用于電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、石油、化工等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過(guò)程控制等諸多領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)以及電氣化鐵道上又稱遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)（RTU System,Remote Terminal Unit）。組態(tài)軟件在國(guó)內(nèi)是一個(gè)約定俗成的概念，并沒(méi)有明確的定義，它可以理解為“組態(tài)式監(jiān)控軟件”。 “組態(tài)（Configure）”的含義是“配置”、“設(shè)定”、“設(shè)置”等意思，是指用戶通過(guò)類似“搭積木”的簡(jiǎn)單方式來(lái)完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計(jì)算機(jī)程序，也就是所謂的“組態(tài)”。它有時(shí)候也稱為“二次開(kāi)發(fā)”，組態(tài)軟件就稱為“二次開(kāi)發(fā)平臺(tái)”。 “監(jiān)控（Supervisory Control）”，即“監(jiān)視和控制”，是指通過(guò)計(jì)算機(jī)信號(hào)對(duì)自動(dòng)化設(shè)備或過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視、控制和管理。

軟件結(jié)構(gòu)

該軟件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為以下倆個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)從下位儀表采集測(cè)量值、設(shè)備狀態(tài)值等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并存入系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)，以便日后數(shù)據(jù)查詢等使用。

數(shù)據(jù)處理：系統(tǒng)根據(jù)用戶要求從歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)并完成指定的處理功能，包括歷史數(shù)據(jù)顯示、歷史曲線繪制、報(bào)表等。

六、軟件安裝

1、AIFCS的安裝：把光盤插入光驅(qū)讓它自動(dòng)運(yùn)行，顯示畫面后點(diǎn)擊“安裝AIFCS組態(tài)軟件”即可。如沒(méi)有自動(dòng)運(yùn)行，請(qǐng)瀏覽光盤點(diǎn)擊“INSTALL.EXE”。

2、放置文件夾：AIFCS安裝完成后把“赤峰制藥”文件包放在“AIFCS”安裝目錄下，并去掉文件包的只讀屬性。

3、搜索工程：點(diǎn)擊桌面上的AIFCS圖標(biāo)打開(kāi)AIFCS軟件，點(diǎn)擊“搜索”路徑至AIFCS安裝目錄的“赤峰制藥”文件包點(diǎn)擊“確定”。

4、運(yùn)行工程：在確定儀表上電且通訊線連接正常，232/485串口轉(zhuǎn)換器插在COM1上后，在工程管理器中先選定工程“赤峰制藥”，點(diǎn)擊“運(yùn)行”即可。

七、軟件使用

軟件最先顯示的是縱觀所有儀表全局的實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)記錄表。操作方法如下：圖2：

㈠點(diǎn)擊“罐號(hào)”列可進(jìn)入對(duì)應(yīng)的結(jié)晶記錄曲線。

㈡點(diǎn)擊“運(yùn)行狀態(tài)”列可進(jìn)入每臺(tái)AI808P儀表的程序控制臺(tái)。操作順序：養(yǎng)晶運(yùn)行→結(jié)晶運(yùn)行→停運(yùn)。 圖3：

㈢安用戶需要可以執(zhí)行“程序暫停”也可以執(zhí)行“程序跳轉(zhuǎn)（OK）”，在程序運(yùn)行中可跳到其他程序段運(yùn)行。

㈣點(diǎn)擊“預(yù)覽程序”與儀表的程序運(yùn)行無(wú)關(guān)，可在需要時(shí)執(zhí)行。

㈤在一次完整的結(jié)晶程序運(yùn)行中，軟件最多記錄3次點(diǎn)擊“結(jié)晶運(yùn)行”的時(shí)間和5次點(diǎn)擊“程序跳轉(zhuǎn)（OK）”的時(shí)間。

㈥養(yǎng)晶運(yùn)行－數(shù)據(jù)黃色，結(jié)晶運(yùn)行－數(shù)據(jù)綠色，停運(yùn)－數(shù)據(jù)紅色

㈦報(bào)警按要求“↑表示正偏差報(bào)警，↓表示負(fù)偏差報(bào)警”。

㈧點(diǎn)擊控制條上最右邊的“×”可以關(guān)閉該控制條。

㈨點(diǎn)擊畫面右上角的“結(jié)晶程序修改”，可進(jìn)入儀表的程序參數(shù)表，輸入儀表的地址號(hào)后就可以任意修改24臺(tái)儀表內(nèi)的程序參數(shù)。

程序升降溫曲線顯示： 圖4：

結(jié)晶溫度曲線記錄表

點(diǎn)擊“罐號(hào)”圖標(biāo)進(jìn)入每一罐葡萄糖結(jié)晶溫度72小時(shí)的記錄曲線圖，記錄了程序設(shè)定值和實(shí)時(shí)溫度值每15秒刷新一次，在不刷新的14秒中可當(dāng)歷史曲線使用（當(dāng)鼠標(biāo)移動(dòng)到曲線下方的按鈕上時(shí)會(huì)顯示每個(gè)按鈕的作用，如：曲線時(shí)間范圍的修改等）。圖中還包含有每罐結(jié)晶的各種時(shí)間數(shù)據(jù)，可供使用這者查看和打印。圖5：

使用該窗口時(shí)要注意：當(dāng)輸入儀表地址后，“儀表參數(shù)”會(huì)首先刷新，請(qǐng)等待60個(gè)變量都刷新后再點(diǎn)擊“讀取”，把參數(shù)載入“軟件參數(shù)”，然后再點(diǎn)擊修改“軟件參數(shù)”，確認(rèn)后再點(diǎn)擊“下傳”，確認(rèn)“儀表參數(shù)”已被修改后關(guān)閉窗口或繼續(xù)修改其他儀表的參數(shù)。

在溫度數(shù)據(jù)記錄表窗口進(jìn)入每罐的程序控制臺(tái)，點(diǎn)擊“預(yù)覽程序”就進(jìn)入如上窗口，右邊兩排會(huì)立即顯示該罐的儀表內(nèi)現(xiàn)存的30段程序的數(shù)值，等待它們?nèi)砍霈F(xiàn)后點(diǎn)擊“預(yù)覽程序曲線”計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)幾秒的計(jì)算（需等待）會(huì)按斜率畫出一條和30段程序?qū)?yīng)的曲線（X軸溫度，Y軸分鐘），供用戶參考。

八、補(bǔ)充說(shuō)明

㈠ODBC設(shè)置：

開(kāi)始 → 設(shè)置 → 控制面板 → 管理工具 → 數(shù)據(jù)源（ODBC）→ 用戶DSN → 添加 →Driver do Microsoft Access → 完成 → 數(shù)據(jù)源名：data → 選擇 → 在選擇數(shù)據(jù)庫(kù)的窗口中找到拷貝到硬盤上“赤峰制藥”工程文件包 → 找到“結(jié)晶時(shí)間數(shù)據(jù)表。mdb” → 確定 → 確定 → 確定 。

㈡把光盤內(nèi)的工程文件包“赤峰制藥”拷貝到硬盤上，打開(kāi)文件包，去掉文件包內(nèi)所有文件的只讀屬性。

㈢點(diǎn)擊“預(yù)覽程序曲線”后至少要等待10秒才能顯示設(shè)定曲線。（需要進(jìn)行30段的斜率運(yùn)算）

㈣所有罐結(jié)晶溫度曲線記錄表中的時(shí)間數(shù)據(jù)在程序結(jié)束后自動(dòng)保存到“赤峰制藥”工程文件包的“結(jié)晶時(shí)間數(shù)據(jù)表。mdb”以方便以后的手動(dòng)查詢。

㈤由于停電的原因沒(méi)有把打印設(shè)定成自動(dòng)打印。結(jié)晶完成后必須要在手動(dòng)打印畫面后才能進(jìn)行下一次程序的運(yùn)行，不然無(wú)法進(jìn)行下一步操作。（會(huì)提示結(jié)晶完成需要打?。ù蛴⊥瓿刹趴梢郧蹇諘r(shí)間數(shù)據(jù)）（打印要進(jìn)入曲線窗口，點(diǎn)擊打印后請(qǐng)等待幾秒后再做其他操作）。

㈥結(jié)晶過(guò)程中如因停電原因要關(guān)閉軟件，重新啟動(dòng)軟件后“累計(jì)時(shí)間”會(huì)不再累計(jì)，此時(shí)需手動(dòng)先“程序暫停”然后“結(jié)晶運(yùn)行”，累計(jì)時(shí)間才會(huì)接著累計(jì)增加。

㈦要購(gòu)買UPS，斷電后手動(dòng)關(guān)閉軟件及計(jì)算機(jī)，才會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)記錄無(wú)影響。 圖6

九、控制系統(tǒng)調(diào)試

結(jié)晶罐現(xiàn)場(chǎng)的溫度測(cè)量采用一體化溫度變送器，輸入為標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)。使用時(shí)，通過(guò)操作站設(shè)定程序運(yùn)行曲線及有關(guān)量的設(shè)定值。系統(tǒng)工藝按照程序要求有關(guān)程序，進(jìn)行模糊PID的算法，對(duì)工藝閥門進(jìn)行控制，以達(dá)到被控對(duì)象恒定的要求。目前工業(yè)自動(dòng)化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。同時(shí)，控制理論的發(fā)展也經(jīng)歷了古典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)階段。智能 控制的典型實(shí)例是模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)等。自動(dòng)控制系統(tǒng)可分為開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器 （儀表）已經(jīng)很多，產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品，各大公司均開(kāi)發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器 （intelligent regulator），其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器（PLC），還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。 可編程控制器（PLC） 是利用其閉環(huán)控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)PID控制，而可編程控制器（PLC）可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實(shí)現(xiàn) PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix產(chǎn)品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程控制功能。 圖為系統(tǒng)程序設(shè)置調(diào)節(jié)操作平臺(tái)組圖。

1、儀表選型、參數(shù)表、調(diào)試方式

結(jié)晶罐程序控制儀表AI-808PFU5L5L5L5S增強(qiáng)型智能調(diào)節(jié)。

閥門反饋定位調(diào)試：有反饋信號(hào)時(shí)，設(shè)OPT=7儀表要自動(dòng)對(duì)閥門的位置進(jìn)行定位測(cè)量。測(cè)量時(shí)儀表先自動(dòng)將閥門完全關(guān)閉（注意：此時(shí)需要由閥門上的限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行定位），測(cè)量閥門全關(guān)時(shí)的閥位信號(hào)大小，然后再完全打開(kāi)，測(cè)量閥門全開(kāi)時(shí)閥位信號(hào)大小。

調(diào)試方式：手動(dòng)自整定

手動(dòng)自整定方法是先用手動(dòng)方式調(diào)節(jié)，等手動(dòng)調(diào)節(jié)基本穩(wěn)定后，再在手動(dòng)狀態(tài)下啟動(dòng)自整定，這樣儀表的輸出值將限制在當(dāng)前手動(dòng)值＋10%及－10%的范圍而不是OPL及OPH定義的范圍，從而避免了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不允許的變頻器大幅度變化現(xiàn)象。

模塊X3電流輸出4～20mA、模塊L2開(kāi)關(guān)量報(bào)警輸出、模塊S4通訊口 參數(shù)設(shè)置表 圖7

在使用過(guò)程中AI調(diào)節(jié)器 結(jié)合PID調(diào)節(jié)、自學(xué)習(xí)及模糊控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了手動(dòng)自整定。由于自整定執(zhí)行時(shí)采用位式調(diào)節(jié)，其輸出將定位在由參數(shù)OPL及OPH定義的位置。

程序曲線的編排；程序表調(diào)節(jié)器可用于按一定時(shí)間規(guī)律自動(dòng)改變給定值進(jìn)行控制的場(chǎng)合。具有50段程序編程功能，可設(shè)置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉(zhuǎn)（目標(biāo)段只限于前30段）、運(yùn)行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運(yùn)行中修改程序；具有二路事件輸出功能。

調(diào)試應(yīng)用：

結(jié)晶罐溫度程序控制器AI-808PFX3L1L1S4對(duì)罐溫按溫度－時(shí)間－溫度的格式來(lái)程序升溫，在使用過(guò)程中首先要自整定，目前AI儀表自整定采用的是AI人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)的一種新型算法，在誤差大時(shí)，運(yùn)用模糊算法調(diào)節(jié)，以消除PID飽和積分現(xiàn)象，當(dāng)誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動(dòng)學(xué)習(xí)和記憶被控對(duì)象的部分特征以使效果最優(yōu)化。

程序調(diào)節(jié)器可用于按一定時(shí)間規(guī)律自動(dòng)改變給定值進(jìn)行控制的場(chǎng)合?？稍O(shè)置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉(zhuǎn)（目標(biāo)段只限于前30段）、運(yùn)行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運(yùn)行中修改程序；具有二路事件輸出功能。

當(dāng)曲線擬合出現(xiàn)PV值跟不上程序設(shè)定曲線SV值時(shí)，可采用曲線擬合技術(shù)：曲線擬合是AI-708P/808P型儀表采用的一種控制技術(shù)，由于控制對(duì)象通常具有時(shí)間滯后的特點(diǎn)，所以儀表對(duì)線性升、降溫及恒溫曲線在折點(diǎn)處自動(dòng)平滑化，平滑程度與系統(tǒng)的滯后時(shí)間參數(shù)t有關(guān)，t越大，則平滑程度也越大，反之越小。

十、結(jié)束語(yǔ)

在系統(tǒng)投運(yùn)后，經(jīng)過(guò)一年半時(shí)間的運(yùn)行，也進(jìn)行了不斷的程序改進(jìn)和參數(shù)的調(diào)整，基本上達(dá)到了預(yù)期的控制效果：在工藝正常情況下，自動(dòng)投運(yùn)率達(dá)到了95%以上；

用戶各項(xiàng)目工藝指標(biāo)達(dá)到了較高水平，控制精度能夠穩(wěn)定在±1℃之內(nèi)；產(chǎn)品質(zhì)量和收率也有了較大的提高。