現代制藥生產自動化控制中DCS系統的應用分析

1 DCS控制系統概念

DCS控制系統也稱為分散型控制系統，該系統基于計算機技術的發展，集多種技術優勢為一體，包括圖像顯示技術、自動化控制技術、監控技術、現代通信技術、網絡技術等，當前在化工、制藥、冶金領域中，應用相對廣泛[1]。

在功能方面，DCS控制系統可以保證功能的實時性，對參數進行科學調整，同時兼具報警與分析功能。具體來說，①功能的實時性實質指的是DCS控制系統可以基于輸入與輸出的自動化，實時采集現場各項數據，并向相關人員進行數據的反饋，大大減少了信息獲取過程中的時間差。另外，可以靈活對參數進行科學地調整，DCS控制系統可以結合生產工序中的參數情況（流量、溫度、壓力等），對有關參數進行調整，為生產保駕護航。與此同時，DCS控制系統在調整功能上，同樣可以聚焦于能源與生產原料，最大程度降低成本，進而在生產階段實現對生產成本的良好控制，從而有效提升生產企業的經濟效益。②DCS控制系統的報警功能，其實質就是實時監控各類生產設備的運行狀態，若存在異常情況，則借助自動化控制系統，第一時間發出警報，并向廠內維修人員傳達時間、地點等相關信息，方便維修人員快速做出響應[2]。③DCS控制系統分析功能的實質主要是現行狀態與系統正常運行狀態對比分析，通過對比分析實時運行數據與標準數據， 為查找設備故障， 檢修設備工作提供確切的參考依據。圖1所示為DCS控制系統。

2 DCS控制系統優勢

2.1 促進系統可靠性的提升

DCS控制系統功能通常包含硬件設備控制、軟件控制、信號控制等不同方面，借助集中控制模式，使系統處在離散環境中時，也能加強監管的集中性，從而達到優化生產流程的目的。應用DCS控制系統，可以全面控制有關硬件與電路系統，優化相關變量，特別是信號傳輸形式的改善，完成了傳統電子模型信號向二進制數字信號的過渡，在信號傳輸階段優勢不容忽視。這種信號傳輸方式，不但能夠有效增強面對外界因素干擾的抵抗力，實現信號傳輸質量的提升，而且還能促進傳輸誤差的減少，以保證信號傳輸相對準確。除此之外，DCS控制系統的信號傳輸相對簡潔，不會增加過多抗干擾器，因此促進了DCS控制系統運行穩定性的提升。

2.2 促進系統控制開放性的提升

DCS控制系統在應用階段，應在標準化模式下完善有關設計，通過主計算機實現對系統信號進行靜幀分析，從而達到控制效果。同時，通過借助企業局域網，加強信號通信效果，從而提高模塊化和標準化水平，完善系統控制功能，使控制系統在接入子系統時能夠相對便利。另外也應當簡化網絡系統中的模塊，提高系統行使控制功能時的靈活性。

2.3 促進系統操作性能的提升

DCS控制系統實時監控整個產品生產質量過程信息與生產狀態，并且通過收集各控制點信息以各類信息（畫面、聲音、提示等）呈現，實現生產過程的可視化管理。從操作者角度講，若外界環境出現一定變化，可結合其運行狀態，靈活調整液位、流量、壓力、系統溫度等參數，從而提高產品生產質量。另外，從設備維護者角度講，制藥或化工生產中用到的原料可能存在一定腐蝕性及爆炸性，通過DCS控制系統的監測功能及報表功能，協助人員完成設備的保養與維護，促進系統工作效率的提升。

3 DCS控制系統在制藥生產中的應用實例

以原料藥（氯化鈉）的生產為例，對DCS控制系統進行詳細討論。

3.1 企業概況

甲企業是重要的制藥企業，經過數十年的發展，企業業務覆蓋飼料添加劑、原料藥和食用鹽的生產和銷售環節，年原料藥（氯化鈉）產量超過萬噸。為提高生產的自動化水平，甲企業擬在生產環節中加強DCS控制系統的應用。

3.2 系統方案和控制結構

加強系統網絡的建設和完善，這也是能夠保障DCS控制系統穩定運行的重要前提， 將對DCS控制系統運行的可靠性、實時性產生較大影響。具體來說，在一套DCS控制系統中，應有I/O控制子站，以保證系統行使控制功能。通過這種方式，就能有效避免因一處站點失效，引發系統整體陷入癱瘓，“牽一發而動全身”，實現系統運行可靠性的提升。同樣，也能使采集數據的功能由不同站點相互分擔，促進系統性能的整體提升。DCS控制系統操作員站，是一個重要的網絡節點，用于操作、監視、報警、趨勢顯示、報表查詢打印、工藝參數修改等工作。工程師站可以針對DCS控制系統進行配置，對網絡節點進行控制和監督，并在DCS控制系統處于運行狀態時科學設定系統參數，第一時間對系統進行調整，以保證DCS控制系統工作環境為最佳。

3.3 應用具體情況和應用范圍

結合原料藥（氯化鈉）的生產工藝，甲企業進行了功能模板的設計，具體包括藥庫管理、電磁閥控制、空調凈化、功能切換（手動/自動）、蒸發結晶、鹵水凈化等。借助控制界面的功能，試驗了相關工藝操作，實現了工作效率的極大提升。與此同時，結合各類型軟件包，實現用戶對軟件模塊自由配置，通過不同系統的建立，實現不同功能的開發。例如應用和產品數據處理系統、物料需求計劃系統、試驗室信息管理系統等。

3.3.1 應用于鹵水凈化、蒸發結晶模板

DCS控制系統可以借助控制界面，科學控制料液溫度、料液流量、 料液反應時間、 料液酸堿度等參數，并實現料液的精密過濾、加料、排料、轉料、計量、脫水、干燥等。在此過程中，DCS控制系統可以自動存儲相關數據，后期無論是檢索、查詢都相對簡便，一旦出現問題，便于分析對比，方便找到問題源頭，完全可以達到核心技術要求，在存儲上相對分散，卻基于全局角度進行管理。

3.3.2 DCS控制系統應用于潔凈室

對潔凈室而言，最重要的標準就是潔凈度，而影響潔凈度的各項因素中，塵埃是首當其沖的重要因素。通常情況下，可以通過盡量不開門或者少開門對塵埃進行控制，這就需要在生產環節中充分發揮門禁控制系統實用性的優勢，從而避免在開關門的問題上投入較大人力成本。門禁系統控制功能，可以對DCS控制系統進行編程，實現不同門相互之間的互鎖狀態，特別是處于人員凈化通道區域的門。舉例來說，若人員想要從一更到二更，需要經過凈化緩沖區，若此區域門尚處在開啟狀態，此時就無法開啟二更門，通過這種方式，就可以實現避免因管理問題產生的交叉污染。通過科學控制保證制藥成品的質量。

3.3.3 DCS控制系統應用于凈化空調系統

（1）控制空氣潔凈度。控制潔凈度的實現條件，應當基于室內需求，并且換氣量達到一定水平。過濾器性能的優劣以及過濾器的堵塞、破損等都會對空氣潔凈度構成較大負面影響。DCS控制系統搭配遠傳式儀表，就能實現監控與控制效果。

（2）控制溫度。溫度是由空調機組和空氣進行冷熱交換獲得的，DCS控制系統可以通過室內遠傳感器，在調節器與變送器的作用下，自動對溫度進行控制。

（3）濕度控制。原料藥（氯化鈉）的產品質量，同樣也會受到濕度因素影響。DCS控制系統可以通過控制程序對濕度進行控制，通過室內遠傳感器，在調節器與變送器的作用下，自動對濕度進行控制，同時在控制過程中增加溫度補償功能，在提高控制自動化水平的同時避免產生較大能耗成本。

（4）控制壓差。針對壓差進行控制，是通過差壓變送器和DCS控制系統關聯實現，依照工藝要求對正壓與負壓狀態進行調節控制。差壓變送器控制功能的實現，是通過對室內壓力的監測，在DCS控制系統和調節器的作用下，實現對回風調節閥進行控制調節，并借助于對新風量輔助控制。在此基礎上借助DCS控制系統與文丘里閥，對不同房間的回風與送風進行控制，使系統的控制功能趨于簡單。

3.4 工藝的實現和運行效果

鹵水凈化工藝基于工藝要求，用不同段落對工藝整體進行區分，其中包含a、b段以及精密過濾。精密過濾階段包含靜態混合調酸，將不同段的工藝用工藝流程圖進行展示，其中有自動調節酸度、監控精鹵濁度、自動控制溫度、顯示鹵水體積動態等畫面。為防止工人出現眼部疲勞問題，在畫面中只做了動態開關，可以通過軟件邏輯，控制水動態流動。

原料藥（氯化鈉）的生產各環節中，蒸發結晶在其中的作用不容忽視，在此階段需要合理控制干燥溫度、沖洗時間、排鹽時間、壓力、溫度等參數。甲企業編制了特定的控制程序，可以通過DCS控制系統達到控制參數的目的，自由切換上述參數，實現工藝方式的創新。

另外，DCS控制系統還實現了自動控制調節蒸發室液位與閃發器等功能，鑒于調節回路的設定值并不是常量，會結合不同階段的需求，產生相應變化。因此，在設計中引入基于PID調節的切換功能（手動/自動），在具體設計方案上，手動狀態下是SP跟蹤PV，自動狀態時基于切換狀態的SP值，對工藝過程值進行調節。通過這種方式，若操作人員以手動方式合理調節工藝過程值，向自動狀態切換時能做到過程平衡穩定，實現工藝值的穩定調節。同時通過操作人員的不斷摸索與磨合，形成一整套經驗值，實現手動到半自動、 半自動到全自動的過渡， 促進效率的不斷提升。從宏觀角度出發，企業可以基于系統自動產生的報表，掌握生產工藝并進行優化，實現勞動生產率的不斷上升。

4 結語

DCS控制系統在制藥生產過程中具備較大應用開發價值，相關行業的企業應當引起重視，結合企業的生產需求，合理應用系統的優勢，提高生產的自動化水平。

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