Аннотация

В данном дипломном проекте в рамках разработки системы автоматизированного управления стадии стерилизации процесса биосинтеза эритромицина проведена работа в следующих направлениях:

Рассмотрена задача создания автоматизированной системы управления стадии стерилизации биореактора процесса биосинтеза.

Подтверждена актуальность данной задачи, произведен выбор метода автоматизации, обоснован выбор программно-технического комплекса и программного обеспечения для ее решения.

Создано программное обеспечение для автоматизированного рабочего места оператора с использованием LabVIEW 7 DSC.

Разработана программная реализация алгоритмической схемы переключений в процессе стерилизации биореактора на базе программного пакета LabVIEW 7
DSC.

Предложена модель системы сбора, обработки и передачи технологической информации на базе АРМ оператора с использованием программной реализация алгоритмической схемы переключений, компьютерной модели процесса стерилизации и технологии OPC.

В рамках САУ разработана программа управления измерителем температуры регулирующим «Дана-Терм» ИТР 2529 c функциями OPC сервера в программной среде LabVIEW 7 DSC.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ 3
2. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЭРИТРОМИЦИНА 4
3. ЦЕЛИ, ЗАДАЧИ И ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАДИИ СТЕРИЛИЗАЦИИ БИОРЕАКТОРА 7
4. СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА (ПТК)
РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ САУ В СОСТАВЕ АСУТП БИОСИНТЕЗА ЭРИТРОМЦИНА 10
5. АНАЛИЗ ФЕРМЕНТЕРА В КАЧЕСТВЕ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ САУ СТАДИИ
СТЕРИЛИЗАЦИИ БИОРЕАКТОРА 13
6. ВЫБОР СРЕДСТВ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА 15
6.1 Программируемый логический контроллер (ПЛК) и сопутствующие технологии автоматизации 16
6.2 Сетевой комплекс контроллеров 18
6.3 Выбор контроллерных средств (ПЛК) 19
6.4 Выбор средств программирования контроллеров. 29
6.5 Выбор программного обеспечения верхнего уровня. SCADA системы 33
7. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАДИИ СТЕРИЛИЗАЦИИ
БИОРЕАКТОРА 37
7.1 Автоматизированное рабочего место оператора. Интерфейс оператора 37
7.2 Компьютерная модель стадии стерилизации биореактора 54
7.3 Реализация программно-логического управления стадией стерилизации биореактора. 57
8. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ РЕГУЛИРУЮЩИМ
«ДАНА-ТЕРМ» ИТР 2529 В ПРОГРАММНОЙ СРЕДЕ LABVIEW DSC. РЕАЛИЗАЦИЯ ФУНКЦИЙ
OPC СЕРВЕРА 60
8.1 Описание программы управления измерителем температуры регулирующим
«Дана-Терм» ИТР 2529 60
8.2 Работа с программой управления (2529.exe) 62
8.3 Файл конфигурации 70
8.4 Работа с программой просмотра “log” файлов регулятора температуры
«Дана-Терм» ИТР 2529 (Log_view.exe) 71
8.5 Внедрение программы управления измерителем температуры регулирующим
«Дана-Терм» ИТР 2529. 72
9. БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА 75
10. СПЕЦИФИКАЦИЯ КИПиА 81
11. ПОДСЧЕТ СУММАРНОЙ СТОИМОСТИ ОБОРУДОВАНИЯ И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
ДЛЯ СОЗДАНИЯ САУ ПРОЦЕССА СТЕРИЛИЗАЦИИ БИОРЕКТОРА. 84
12. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
13. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 87
14. ПРИЛОЖЕНИЯ 90

ВВЕДЕНИЕ

Процессы биосинтеза (ферментации) занимают важное место в медицинской, пищевой, микробиологической и других отраслях промышленности.

Несмотря на их большое разнообразие, процессам периодической ферментации принадлежит ведущая роль как наиболее изученным и гибким с точки зрения получения промежуточных и конечных продуктов требуемого качества. Значительные капитальные и эксплуатационные вложения, которыми характеризуются системы ферментации, связанны с использованием дорогостоящего оборудования и значительными энергетическими затратами.
Основное оборудование: биореакторы (ферментеры), емкостные аппараты, трубопроводы, запорно-регулирующая арматура, – необходимо изготавливать из высококачественной нержавеющей стали. Непрерывное обеспечение культуры в ферментере стерильным воздухом, поддержание стабильного теплового режима, большой расход пара во время стерилизации и т.д. требуют обеспечения высокой степени надежности оборудования, узлов и механизмов, систем управления точности их технологического проектирования.

К настоящему времени выполнено большое количество работ, посвящённых моделированию процессов ферментации и их оптимизации. В тоже время существенную часть времени ферментер работает в нестационарном режиме, который не является оптимальным (различные стадии подготовки, начала и завершения процесса ферментации). Одной из важнейших операций стадии подготовки является стерилизация оборудования и компонентов процесса, необходимая для обеспечения стерильных условий проведения процесса ферментации.

К сожалению, в АСУ ТП, как правило, отсутствуют функции управления подготовительными стадиями процесса ферментации, в том числе стадией стерилизации, того же уровня автоматизации, что и для стационарных режимов.
Между тем проведение сверхнормативных стадий стерилизации (после остановок производства по аварийным, организационным или конъюнктурным причинам и т.п.) связано со значительными затратами, а производственные потери ценного сырья и энергоресурсов от них могут быть велики. Для крупнотоннажных производств эта обязательная подготовительная операция оказывает заметное влияние на многие стороны функционирования системы ферментации.

Низкий уровень автоматизации и неэффективная работа автоматики в период проведения подготовительных операций ведут к неоправданному износу технологического оборудования и нерациональному расходованию всех видов производственных ресурсов. Оказывают негативное психофизиологическое воздействие на обслуживающий персонал ввиду того, что основная нагрузка по принятию решений о переключениях регулирующих органов, исполнительных механизмов, контроля за средствами КИПиА падает на операторов, существенно превышая обычный уровень, что может привести к ошибкам операторов, привести к потери стерильности и выводу оборудования из строя. Вместе с тем стадия стерилизации имеет весьма существенный резерв для повышения эффективности ферментации за счет оптимизации управления этой стадией. Возникает задача оптимизации режимов проведения стерилизации по следующим критериям:

. минимизация времени проведения стадии;

. уменьшение износа технологического оборудования и снижение потерь прибыли, связанных с неоптимальностью работы системы ферментации во время стерилизации и при смене технологического режима;

. повышение качества (в данном случае качества стерилизации).

Отметим, что оптимальное управление стерилизацией и подготовительными стадиями вообще требует минимальных капиталовложений в материальное обеспечение, т.к. реализуется с использованием существующей системы управления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЭРИТРОМИЦИНА

Эритромицин принадлежит к группе антибиотиков и является органическим основанием, продуцируемым культурой Saccharopolyspora erythraea или другими родственными микроорганизмами и представляет собой кристаллический порошок белого цвета без запаха, с горьким вкусом и высокой гигроскопичностью [2,
3]. Химическая формула эритромицина C37H67NO13.

Эритромицин является антибиотиком широкого спектра действия. Хорошие показания получаются при воздействии эритромицина на крупные вирусы и микробактерии. Пневмококки, стрептококки и некоторые штаммы энтерококков чувствительны к эритромицину в концентрациях до 1 мкг/мл. Наибольший практический интерес представляет действие эритромицина в отношении клинических штаммов золотистого стафилококка, устойчивых к пенициллину, тетрациклину, стрептомицину и другим антибиотикам.

Биологический синтез эритромицина осуществляется с использованием штамма культуры Saccharopolyspora erythraea, в процессе ферментации в специальных аппаратах – биореакторах (ферментерах).

Антибиотик, представляющий собой сложное органическое соединение, отличается высокой чувствительностью к внешним воздействиям, неустойчивостью в растворах. Существенное повышение температур, длительное пребывание антибиотика в щелочной или кислой среде, контакт с окислителем и т.д. приводят к химическим изменениям, превращающим антибиотик в биологически неактивное вещество.