電氣控制技術(shù)在自動(dòng)化生產(chǎn)中的應(yīng)用與創(chuàng)新

摘要：隨著科技的飛速進(jìn)步，電氣控制技術(shù)作為自動(dòng)化生產(chǎn)的核心，已經(jīng)從傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)和繼電器控制，發(fā)展到集成化、智能化、數(shù)字化的高級(jí)階段。本文將重點(diǎn)介紹電氣控制技術(shù)在制藥、原料藥合成過(guò)程中的應(yīng)用及創(chuàng)新，包括基于人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的應(yīng)用，增強(qiáng)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的功能。同時(shí)，討論電氣控制技術(shù)向智能化、柔性化、數(shù)字化的發(fā)展趨勢(shì)，為制藥原料藥合成領(lǐng)域的研究和實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：原料藥合成；自動(dòng)化控制；電氣自動(dòng)化；應(yīng)用與創(chuàng)新

一、電氣自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展概述

云計(jì)算為電氣控制技術(shù)提供了強(qiáng)大的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，允許遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障診斷，提高了響應(yīng)速度和決策支持。AI技術(shù)，特別是深度學(xué)習(xí)，用于預(yù)測(cè)性維護(hù)、故障診斷和優(yōu)化控制，提升了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力和智能化水平。邊緣計(jì)算的應(yīng)用減少了數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高了響應(yīng)速度，尤其適用于實(shí)時(shí)控制和安全關(guān)鍵應(yīng)用。第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）推動(dòng)了無(wú)線通信在自動(dòng)化控制中的廣泛應(yīng)用，使得遠(yuǎn)程操作和設(shè)備互聯(lián)更為便捷。電氣控制技術(shù)正朝著更智能、更集成、更環(huán)保和更安全的方向發(fā)展，以適應(yīng)不斷變化的工業(yè)環(huán)境和日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求。

二、電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在原料藥合成生產(chǎn)中的應(yīng)用

（一）合成過(guò)程中的應(yīng)用

（1）反應(yīng)釜自動(dòng)化控制：在原料藥合成過(guò)程中，電氣控制技術(shù)通過(guò)DCS（分布式控制系統(tǒng)）實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度、壓力、液位和流量等關(guān)鍵參數(shù)的精確控制。通過(guò)實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)，DCS系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)生產(chǎn)過(guò)程中的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門(mén)、加熱器和攪拌器等設(shè)備，確保反應(yīng)釜內(nèi)的環(huán)境條件始終維持在最佳狀態(tài)。例如，當(dāng)檢測(cè)到pH值偏離預(yù)設(shè)范圍時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)的儀表閥門(mén)，添加酸或堿來(lái)調(diào)整pH值，確保反應(yīng)的順利進(jìn)行。同樣，壓力傳感器監(jiān)測(cè)反應(yīng)釜內(nèi)的壓力變化，電氣控制系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)壓力釋放閥或增壓泵來(lái)維持恒定的壓力條件。根據(jù)反應(yīng)的需要，電氣控制系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)攪拌器的轉(zhuǎn)速，確保原料充分混合并加速反應(yīng)速率。不僅提高了合成反應(yīng)的效率和穩(wěn)定性，還減少了人為操作的誤差和安全隱患^[1]。

（2）溶劑和冷卻劑的自動(dòng)供應(yīng)：在合成過(guò)程中，需要精確控制溶劑和降溫循環(huán)水、冷凍水的供應(yīng)。自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以根據(jù)反應(yīng)釜內(nèi)的溫度和壓力，自動(dòng)調(diào)節(jié)溶劑和冷卻劑的流量，以維持最佳的合成條件。

（二）后處理過(guò)程中的應(yīng)用

（1）離心機(jī)：在原料藥合成后的固液分離過(guò)程中，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以根據(jù)物料的特性，自動(dòng)調(diào)整離心機(jī)的轉(zhuǎn)速和工作時(shí)間，提高分離效率。通過(guò)PLC（可編程邏輯控制器）編程，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速和時(shí)間等參數(shù)得到了精確控制。這確保了原料藥在離心過(guò)程中能夠得到有效的分離和提純，提高了產(chǎn)品的純度和質(zhì)量。同時(shí)，電氣控制技術(shù)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)離心機(jī)的自動(dòng)啟停和故障檢測(cè)，提高了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

（2）干燥機(jī)：干燥是原料藥合成后處理的關(guān)鍵步驟之一。自動(dòng)化控制系統(tǒng)根據(jù)物料的濕度和干燥要求，自動(dòng)調(diào)節(jié)干燥機(jī)的工作參數(shù)，如溫度、風(fēng)速等，確保原料藥在干燥過(guò)程中能夠得到均勻和高效的脫水處理，避免了產(chǎn)品因干燥不足或過(guò)度干燥而產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率和能源利用率。濕度傳感器監(jiān)測(cè)干燥室內(nèi)的濕度水平，電氣控制系統(tǒng)相應(yīng)調(diào)節(jié)干燥強(qiáng)度，以優(yōu)化干燥效率。

（三）物料輸送及包裝

電氣控制系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)需求調(diào)節(jié)輸送帶的速度，確保物料的順暢輸送，減少人工干預(yù)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

（1） 自動(dòng)化投料

自動(dòng)化投料提高效率并減少人工干預(yù)。對(duì)于50kg無(wú)水甲醇的投料，1次/天，在合成區(qū)R2501反應(yīng)釜處，電氣控制系統(tǒng)采用真空上料設(shè)計(jì)，溶解脫色間60公斤/批，1次/天，在結(jié)晶間溶解罐R1101\1102上真空上料。以確保物料的準(zhǔn)確輸送和防止粉塵飛揚(yáng)。通過(guò)電氣控制系統(tǒng)，干燥間和包裝機(jī)可以減少開(kāi)停次數(shù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行，節(jié)約時(shí)間和能耗^[2]。

（2）物料輸送

利用電氣控制技術(shù)設(shè)計(jì)自動(dòng)化的輸送系統(tǒng)，以減少人工搬運(yùn)，提高生產(chǎn)效率和安全性。變頻器控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)物料的流量和處理速度要求，自動(dòng)調(diào)整輸送帶的運(yùn)行速度。輸送系統(tǒng)中安裝傳感器實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)與診斷，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸送帶的狀態(tài)，如溫度、張力和負(fù)載，一旦出現(xiàn)異常，控制系統(tǒng)會(huì)立即發(fā)出警報(bào)并采取相應(yīng)措施。通過(guò)PLC編程設(shè)定物料的輸送路徑規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)區(qū)到包裝區(qū)或儲(chǔ)存區(qū)的自動(dòng)化轉(zhuǎn)運(yùn)。

（3）包裝

電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)包裝程序，簡(jiǎn)化了包裝流程并減少了空間占用。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)稱重、封口、貼標(biāo)等包裝工序，提高包裝的準(zhǔn)確性和一致性。電氣控制系統(tǒng)與稱重傳感器集成，自動(dòng)測(cè)量并記錄每個(gè)包裝單元的重量，確保產(chǎn)品重量符合規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)集成打印和貼標(biāo)設(shè)備，自動(dòng)化系統(tǒng)可以在包裝上打印生產(chǎn)日期、批次號(hào)等信息，并貼上相應(yīng)的標(biāo)簽。自動(dòng)化控制系統(tǒng)記錄每個(gè)包裝單元的信息，便于產(chǎn)品數(shù)據(jù)追蹤和質(zhì)量管理。

三、溶劑、降溫循環(huán)水和冷凍水的自動(dòng)供應(yīng)系統(tǒng)

（一）溶劑自動(dòng)供應(yīng)系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)通過(guò)流量計(jì)和控制閥門(mén)精確控制溶劑的加入速率，以適應(yīng)不同的流量控制反應(yīng)需求。在溶劑儲(chǔ)罐中安裝液位傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溶劑的存量，進(jìn)行液位監(jiān)測(cè)，并通過(guò)電氣控制系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)溶劑的補(bǔ)充或報(bào)警。通過(guò)壓力傳感器和調(diào)節(jié)閥進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)維持溶劑輸送過(guò)程中的壓力穩(wěn)定，確保溶劑順利輸送至反應(yīng)釜。

（二）降溫循環(huán)水自動(dòng)供應(yīng)

在循環(huán)水系統(tǒng)中安裝溫度傳感器實(shí)現(xiàn)溫度控制，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水溫，并通過(guò)控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)冷卻器的運(yùn)行狀態(tài)，以滿足反應(yīng)過(guò)程中的降溫需求。通過(guò)控制泵的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)循環(huán)水流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的冷卻負(fù)荷。多個(gè)冷卻器之間，控制系統(tǒng)根據(jù)冷卻需求和各冷卻器的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)切換工作狀態(tài)，保證持續(xù)穩(wěn)定的冷卻效果。

（三）冷凍水自動(dòng)供應(yīng)

通過(guò)冷凍水出口的溫度傳感器，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)冷凍機(jī)的運(yùn)行，以維持恒定的冷凍水溫度。根據(jù)實(shí)際的冷負(fù)荷需求，自動(dòng)調(diào)整冷凍機(jī)的運(yùn)行模式和參數(shù)，優(yōu)化能耗，進(jìn)行系統(tǒng)能量管理。當(dāng)檢測(cè)到溫度過(guò)低時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)采取措施，如增加流量或停止供水，以防止管道凍結(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的防凍管理。

四、電氣自動(dòng)化控制技術(shù)在原料藥合成生產(chǎn)中的創(chuàng)新

（一）智能化和網(wǎng)絡(luò)化

采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線或有線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)上傳至中央控制系統(tǒng)，形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控和分析。采用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，如設(shè)備異常、生產(chǎn)效率低下等，為決策提供依據(jù)，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)調(diào)整工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)優(yōu)化。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控和維護(hù)，提高設(shè)備管理的效率和水平。

（二）智能化調(diào)度及能效管理

通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)進(jìn)行智能決策支持分析歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)未來(lái)的生產(chǎn)趨勢(shì)和需求，為生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)。系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整作業(yè)順序和時(shí)間安排，以最大限度地利用資源，提高整體生產(chǎn)效率。電氣控制系統(tǒng)與能效管理系統(tǒng)相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)能源的實(shí)時(shí)監(jiān)控和優(yōu)化使用，降低生產(chǎn)成本。

（三）智能化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

智能化安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種集成了先進(jìn)信息技術(shù)和數(shù)據(jù)分析的系統(tǒng)，主要用于預(yù)防和管理各種工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的安全隱患。在關(guān)鍵區(qū)域，如火災(zāi)報(bào)警、氣體泄露檢測(cè)、振動(dòng)監(jiān)控等，實(shí)時(shí)收集數(shù)據(jù)。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)，將各種傳感器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到中央數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)處理算法（如機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能）分析數(shù)據(jù)，識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)模式。由于物料存儲(chǔ)區(qū)域?yàn)榉辣瑓^(qū)，電氣控制系統(tǒng)需要確保使用防爆電器，以防止易燃易爆物質(zhì)引發(fā)的危險(xiǎn)。

五、結(jié)語(yǔ)

工業(yè)生產(chǎn)中電氣自動(dòng)化控制技術(shù)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線控制、機(jī)器人操作、智能倉(cāng)儲(chǔ)等方面，通過(guò)電氣控制系統(tǒng)執(zhí)行預(yù)設(shè)的邏輯操作，更精確的控制算法以及與云計(jì)算或物聯(lián)網(wǎng)的集成，加倍提升數(shù)據(jù)處理速度，精確調(diào)節(jié)和優(yōu)化設(shè)備的工作流程，提高設(shè)備的利用率和生產(chǎn)效率。利用AI和大數(shù)據(jù)分析來(lái)預(yù)測(cè)設(shè)備故障，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷和預(yù)防性維護(hù)，減少了人工巡檢的需求。隨著技術(shù)的發(fā)展，人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和云計(jì)算等創(chuàng)新設(shè)計(jì)應(yīng)用在自動(dòng)化中生產(chǎn)中應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

文章來(lái)源：《產(chǎn)品可靠性報(bào)告》 http://m.00559.cn/w/kj/32519.html