doclad (Cистема Автоматизированного Управления процесса стерилизации биореактора)

Доклад.

Уважаемые члены государственной экзаменационной комиссии разрешите представить вашему вниманию дипломный проект на тему:

«Система автоматизированного управления процесса стерилизации биореактора»

Процесс стерилизации биореактора (или ферментера) является важной стадией процесса биосинтеза антибиотика эритромицина.

Суть процесса стерилизации состоит в прогревании биореактора с питательной средой при температуре 120 градусов Цельсия острым паром.

При этом происходит термическая гибель микрофлоры. Этим обеспечивается стерильность проведения биосинтеза антибиотика. Технологическое оборудование, задействованное на стадии стерилизации изображено на плакате 1. Плакат называется «Функциональная схема автоматизации».

Ферментер обвязан трубопроводами для подачи материальных потоков. На трубопроводах установлена запорно-регулирующая арматура (клапаны), воздушный фильтр, перистальтические насосы – дозаторы, емкости с химическими реагентами. На схеме приведены условные обозначения датчиков и средств автоматизации, установленных по месту или принадлежащих к централизованной системе управления.

Для создания системы автоматизированного управления процесса стерилизации биореактора выбрана структура централизованной системы управления. Это связано с сосредоточенностью производства но небольшом пространстве.

Структурная схема системы автоматизированного управления представлена на плакате 2.

Структура включает четыре уровня.

Нижний уровень – уровень датчиков и исполнительных механизмов связанных с технологическим оборудованием – с ферментером.

Следующий уровень - Уровень контроллеров и модулей ввода/вывода.

Основным элементом уровня является программируемый логический контроллер ICP DAS I-8837, выполняющий функции управления. Контроллер взаимодействует с нижним уровнем через модули ввода/вывода.

Программирование контроллера производится при помощи переносного компьютера с помощью программного обеспечения – ISaGRAF.

Сетевой уровень предназначен для связи контроллера с верхнем диспетчерским уровнем по промышленной сети RS-485.

Верхний уровень представлен автоматизированным рабочим местом оператора, со SCADA системой LabVIEW DSC.

Основные функции управления процессом стерилизации лежат на контроллере, в котором реализован алгоритм программно-логического управления.

Правильный выбор контроллера является важной задачей. Вариант решения этой задачей представлен на плакате 3. Для выбора применялся метод квалиметрии.

Были выбраны семь контроллеров технические характеристики которых соответствовали предъявляемым требованиям.

Их характеристики приведены в таблицах 1,2,3

С использованием весовых коэффициентов (табл. 4,5,6,7,8,9) рассчитаны комплексные оценки потребительских характеристик контроллеров. Из диаграммы видно что лучшими характиристиками обладает контроллер ICP DAS I-8837.

Тут же приведена блок-диаграмма программы расчета написанной на LabVIEW.

В этой же программной среде разработан диспетчерский уровень САУ процесса стерилизации биореактора.

Следующий плакат (4) иллюстрирует мнемосхему САУ

За основу взята функциональная схема автоматизации процесса стерилизации с добавлением динамических элементов. Трубопроводы, которые меняют цвет при протекании по ним потоков, изображения клапанов и насосов, также меняющие свой цвет при различных состояниях, цифровые и стрелочные индикаторы, связанные с датчиками процесса.

Мнемосхема отображает в реальном времени ход технологического процесса. Она предоставляет информацию о процессе стерилизации в виде удобном для восприятия оператором.

Следующий плакат (5): Окна и панели интерфейса оператора.

На этом плакате представлены другие элементы интерфейса АРМ.

Виртуальная панель контроля и управления стадией стерилизации позволяет контролировать ход технологического процесса в автоматическом или ручном режимах.

В окне трендов отображаются состояния технологических параметров в реальном масштабе времени в виде графиков и циклограмм.

На окне событий в табличной форме фиксируются события и тревоги связанные с ходом процесса.

С помощью окна исторических трендов можно просмотреть историю любого фиксируемого в технологической базе данных параметра (или тэга).

Также для этих целей можно воспользоваться утилитой просмотра исторических трендов.

Навигация по перечисленным окнам и панелям может осуществляться с использованием обзорного меню, которое постоянно находится в области видимости оператора.

Для апробирования диспетчерского уровня системы автоматизированного управления процесса стерилизации разработана упрощенная компьютерная модель стадии стерилизации и алгоритм программно-логического управления стерилизацией в виде блок-диаграмм LabVIEW.

Обмен информацией между системой диспетчерского уровня, моделью, блоком программно-логического управления ведется с использованием технлогии OPC.

Следующий плакат (6) иллюстрирует интерфейс программы управления измерителем температуры регулирующим «Дана-Терм» ИТР 2529. Программа позволяет вести мониторинг и запись в файл температуры измеряемый терморегулятором, менять настройки прибора. В программе реализованы функции OPC сервера, позволяющие использовать данный прибор как автономно, так и в составе САУ процесса стерилизации в качестве терморегулятора.

Эта разработка была опробована, а затем включена в состав системы стерилизации жидких сред в колбах в автоклаве. Которая функционирует в лаборатории кафедры промышленной и экологической биотехнологии МГУИЭ.