中药生产乙醇自动调配回收DCS控制装置的应用

1  概述
在中药提取车间生产中，大量品种的药物生产工艺都需要用乙醇作为溶剂，进行醇提、醇沉、大孔树脂吸附等工序生产，一方面需要对生产所需的不同浓度、不同用量的乙醇进行实时快速调配，另一方面还要精馏回收大量使用过的乙醇再次继续使用，以满足生产要求。本文介绍的乙醇自动调配回收DCS控制装置完全按照产品工艺单线运行需求，在每个工序内部按照模块化设计，各工序之间明确了各控制模块的逻辑关系和实时放行原则。
2  设计方案
乙醇回收流程如图1所示。
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2.1  乙醇回收塔自动控制
乙醇回收塔主要控制功能及关键控制点如表1所示。

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2.1.1  冷却水联动控制
启动浓缩器时，自动开启对应的冷却水阀，开始进料。
浓缩达到浓缩终点后，系统进入停止浓缩程序，联动控制冷却水阀关闭。
2.1.2  进料控制
根据工艺需求，开启相应稀乙醇罐出液阀及输送泵，通过进液调节阀和流量计控制进液速度；蒸馏开始后，进液调节阀结合进液流量计联动控制进液流速，实现蒸馏过程的不同浓度乙醇蒸馏进液流速的连续调节控制。
2.1.3  液位控制
罐内液位在线监测联锁控制，连续进液排液，保持液位平稳。
2.1.4  加热蒸馏控制
（1）预热控制：系统实时采集反馈塔顶压力及温值，并与预热器加热蒸汽调节阀联动控制进液乙醇温度，稳定控制精馏速度；
（2）蒸馏温度控制：一次进料完成后，精馏塔系统自动开启加热蒸汽调节阀，结合塔釜及塔顶温度自整定PID控制，精确控制蒸馏温度；
（3）蒸馏压力控制：联动保持压力在限定范围。
2.1.5  回收比控制
蒸馏开始后，系统自动结合塔顶温度调节控制回流调节阀和出液调节阀，并结合回流流量计和出液流量计实现回流比自动调节控制。
2.1.6  排液控制
当塔釜内温度升高到设定温度，系统自动排液，将几乎没有浓度的溶液直接排出，保证塔釜内酒精浓度在一定时间内稳定，维持系统成品酒精出液量的稳定平衡。
2.1.7  精馏结束判断
当粗酒精进料结束后，在精馏过程中，如果塔顶温度大于设定温度，系统判断精馏结束，系统弹出结束提示，待人工确认后打开排污阀进行排污，精馏结束。
2.1.8  生产过程安全控制
在自动程序运行中，有相应权限的操作人员可随时暂停自动程序，进行手动或其他操作，取消暂停后程序回到自动程序运行当中。
2.1.9  储罐自动进/出液控制
通过对酒精储罐的进/出液阀门自动控制，结合液位计高低液位报警控制，实现进出液自动控制。
2.1.10  储罐容量控制
系统通过对储罐内液位计进行控制，自动换算罐内乙醇量，并实现高低液位报警控制。
2.1.11  储罐防跑料控制
系统自动报警提示操作人员检测储罐出液阀状态，避免跑料事故的发生。
2.1.12  输送泵控制
系统自动联动输送泵电机，并对电机运行状态及故障报警自动监控。
2.1.13  自动清洗及排污控制
出液结束后，系统自动启动清洗系统，进行定时喷淋清洗，人工确认清洗效果，完成在线清洗过程，完成定时清洗及排污。
2.2  酒精调配罐自动控制
酒精调配罐主要控制功能及关键控制点如表2所示。

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酒精调配罐控制功能主要包括配制罐液位检测，循环混合控制，稀/浓酒精和水的计量，设定酒精浓度完成自动调配功能，酒精输送控制，输送量和浓度检测等。
2.2.1  设备联动控制
根据调配罐的位置，自动选择进液设备，并联动控制进出乙醇阀，计量添加各个稀/浓/成品浓度的乙醇量。
2.2.2  进料控制
进料前，系统自动选择调配酒精来源（新鲜酒精、回收高浓度酒精、回收稀浓度酒精、纯化水）调配稀酒精，操作人员确认后，系统自动进料完成稀溶媒进料。流量计自动计量添加稀/浓/成品浓度酒精量。
2.2.3  液位控制
酒精调配罐上的液位计实时检测罐内调配酒精的液位，修正因浓度影响的液位变化导致的液位测量偏差，防止调配液溢出。
2.2.4  调配浓度控制
配置时采用计算法，自动计算，根据调配设置的乙醇浓度参数，同时根据在线浓度计检测到的稀乙醇储罐对应的浓度值，以及人工输入的浓乙醇浓度值、成品乙醇浓度值，自动计算稀/浓/成品乙醇的加入量，启动出液泵和罐出液阀门及循环阀，进行自循环混合操作，使罐内酒精浓度均匀。控制浓/稀酒精进液量，实时检测罐内浓度，达到设定浓度目标后停止进液。
2.2.5  出液控制
酒精调配结束后，系统自动完成调配后，酒精根据使用需求自动输送至使用点，并经过在线质量流量计计量出液流量。
2.2.6  自动清洗和排污
出液结束后，系统自动启动清洗系统，进行定时喷淋清洗，人工确认清洗效果，完成在线清洗过程，完成定时清洗及排污。
2.3  公用系统监测和联动控制
监测蒸汽母管流量、压力，压缩空气母管压力，饮用水母管流量、压力，循环水母管压力、温度，实现公用系统监测及异常报警功能。断气、断水、断电实时系统安全保护。
2.4  DCS控制系统
2.4.1  系统架构
系统投产后，操作人员在操作间操作站通过组态软件可完成对相关系统的监控和运行管理。DCS选用西门子高端、成熟的CPU；通信设备选用西门子高端交换机。以上硬件设备配合先进的人机界面软件构成一个可靠、高性能的自动化系统，实现对相关系统的监控调度管理功能。操作人员通过人机界面即可实时监控生产，并依据生产数据进行生产调度和管理。同时提供管理平台，控制程序数据和工具的存取，对过程进行管理、处理、归档和建立控制文件；同时在不组态状态下，作为操作员站使用。
操作员站在Windows操作平台下，结合DCS控制系统软件，作为过程管理窗口，操作人员、维护人员以及监控人员均可对操作人员的过程活动进行跟踪，有权限的人员可修改工艺参数、批量顺序、编辑需求的过程操作数值，或与过程设备进行通信，同时实现系统报警和生产操作提示，以便操作人员进行确认。
通过系统软件建立操作灵活、人机界面友好的组态界面，实现生产过程可视化的生产过程概况，方便交叉浏览各种设备视图，能快速识别各种事件，并简单、快速地完成所要求的操作输入，从而保证设备的安全运行。
操作模式包含但不限以下三种：
（1）现场人机界面上，现场手动监视和控制；
（2）操作间操作站计划总手动监视和控制；
（3）操作间操作站集中自动监视和控制。
2.4.2  工艺单元自动运行
内部设置程序模块，可根据工艺流程需求进行灵活组态，自动调整。
2.4.3  联锁保护控制
程序提供两种级别类型的联锁保护：设备级联锁和单元操作联锁。
2.4.4  监控操作
可在程序组态监控画面通过按钮执行生产操作。
2.4.5  报警管理
可实现报警的自动设置、自动采集、自动报警、自动分级、自动发送功能。
2.4.6  报表、记录的存储功能
可连续存储半年以上的报表和生产记录数据。
数据存储采用先进的动态压缩算法。
2.4.7  定期记录及数据归档功能
数据的归档和调用是以产品批号为条件的，也就是输入产品批号就可以调出该产品批号的生产工艺数据。
2.4.8  操作记录
制药企业将逐步实施从智能装备、智能物流、智能仓储、智能控制生产装置到自动数据集成SCADA系统。建立药品从原料至成品安全生产的全过程质量控制与信息管理体系。本装置预留相应数字接口，以便在后期随时通过标准通信方式接入智能制造体系。
3  应用效果
上述方案在多个制药企业提取生产车间实际配置使用，在解决了现场可能发生的诸多实际问题后，可达到无人值守、连续生产的控制效果，从乙醇调配到乙醇回收，通过DCS控制系统的自动联锁运行，生产数据的完全自动采集和监测，通过计算机系统进行高效、准确、完整的数据汇总和分析处理，避免了传统手工记录方式容易产生的生产数据滞后、缺失及出错等问题，既可满足GMP验证要求的生产数据完整性以及审计追踪需求，又可起到节能环保作用，系统投运后，平均降低能耗15%～18%，同时节省人力投入，可减少操作人员3～5人，提升生产效率达30%，具有非常理想的推广价值。