1、行業概述

隨着企業規模不斷擴大及產品多樣化，完善工藝操作及工藝控制，充分挖掘技術及管理潛力，創造更佳經濟效益，實現管理及決策的自動化和科學化日益顯得重要，自動化技術與信息技術的應用，是製藥企業發展的迫切需要。

青島華凌科技有限公司針對製藥行業設計集成的製藥DCS自動化控制系統涉及生物化工過程關鍵工業設備或工業過程，如發酵罐、反應釜、提取罐、蒸發器等，進行軟測量、過程控制、過程優化、系統集成與工程應用的總結提煉與考核完善，最終形成生物化工過程成套專用控制系統，並分品種按單元進行應用實施，獲得單元設備最佳經濟效益；隨後，構建生產調度與生產管理系統，實現處方管理、批次生產調度、生產線管理、批量跟蹤及安全管理，對單品種生產過程進行優化，並進一步實現多品種協調，獲得整體最佳經濟效益。最終，建立全廠信息管理系統，實現綜合自動化控制。

2、主要功能與技術指標

1）生物發酵過程成套專用控制系統。

包括生物發酵過程參數測量系統：發酵罐溫度T、發酵罐壓力P、發酵液體積V、空氣流量FA、冷卻水進出口溫度T1和T2、攪拌馬達轉速RPM、攪拌馬達電流I、泡沫高度H等發酵過程物理參數；pH值和溶解氧濃度Do等發酵過程化學參數；生物質呼吸代謝參數、生物質濃度、代謝產物濃度、底物濃度以及生物比生長速率、底物消耗速率和產物形成速率等發酵過程生物參數。

生物發酵過程常規控制系統：消泡控制、罐溫控制、罐壓控制、pH控制、溶氧控制、補料控制等。

生物發酵過程建模、先進控制與優化：pH、反應溫度的優化曲線控制、培養基添加過程優化策略、傳遞過程優化策略等。

2）合成反應過程成套專用控制系統。以間歇生產過程綜合經濟指標最優為目標，集間歇生產管理和間歇生產過程控製為一體的間歇控制系統。它除了包括程序間歇控制系統的全部功能外，還有配方處理、過程優化、在線或離線的統計過程控制、批量生產管理、計劃與調度、能量管理等功能。

3）中藥提取過程成套專用控制系統：現代中藥制備工藝包括：藥材->水洗->烘乾->切碎->水提取三次->過濾->樹脂吸附->水洗滌->洗脫->減壓濃縮->醇沉->過濾->減壓濃縮->低溫乾燥或噴霧乾燥->成品；中藥提取生產過程，是依據GMP規範，按給定的配方，生產一定量產品的過程，是典型的間歇生產過程。其主要特點是：小批量、多品種，其特征是：物料流動的不連續性、物料和設備的非穩態性、產品及其工藝的不確定性和設備資源的動態調度分配。包括中藥提取過程順序控制、離散控制、調節控制、配方處理、設備管理、生產調度和跟蹤功能、操作優化等。

4）IMES製造執行系統：在過程控制系統基礎上，基於非結構化數據管理系統的製藥企業集成信息平台，構建生產調度與生產管理系統，實現處方管理、批次生產調度、生產線管理、批量跟蹤及安全管理等，對單品種生產過程進行優化，並進一步實現多品種協調，獲得整體最佳經濟效益。

3、技術方案

1）製藥DCS自動化控制系統採用先進控制、裝備建模、過程優化技術，實現生物發酵過程成套專用控制系統、合成反應過程成套專用控制系統、中藥提取過程成套專用控制系統；

2）提供可定製擴展的製藥行業控制工程行業算法庫，通過設計院、設備製造商、工程公司、行業用戶，不斷提煉專家知識與工程經驗，不斷豐富行業自動化專業知識庫，以領域知識為主體，在資源可重用、系統可重構的架構平台支撐下，在統一建模規範的基礎上，通過繼承、派生、重用、重構機制，顯著提高項目工程設計與編程開發效率；

3）開發實現多種網絡驅動硬件模塊，通過開放規範的OPC客戶端與服務器接口，採用透明網絡管理技術實現與第三方設備的數據通訊，構建分布式工程對象實時數據庫，實現系統數據與外部設備數據的全局一致與統一接口，滿足工業數據多實時性、多語義性、多時空性、多尺度性的信息集成與接口開放要求；基於實時數據庫，實現製藥企業單元裝置與智能設備的網絡互聯與數據接口。

4、應用領域與使用效果

製藥企業通過實施青島華凌科技有限公司設計集成的製藥DCS自動化控制系統，首先，分品種按單元進行過程控制：完成發酵罐和反應釜等重要生產單元的參數檢測與穩定控制，建立單元控制系統，使每台工藝設備發揮最佳效益；包括發酵車間、合成車間、熱電廠自動化改造、科研中心、三廢處理等；隨後，構建生產調度與生產管理系統，實現處方管理、批次生產調度、生產線管理、批量跟蹤及安全管理等，對單品種生產過程進行優化，並進一步實現多品種協調；最後，實現企業綜合自動化。綜合自動化系統實施后，發酵與后提取生產水平大幅度提高；染菌率進一步下降；主輔原材料消耗亦有所降低，產品綜合成本每年下降10%以上，原料採購成本每年下降6%以上，銷售收入每年增長20%以上；經濟效益顯著。