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特别策划 | 大型DCS系统在合成生物学生产中的应用

赵瑞 2024-01-18

目前，生物合成制造产业整体仍面临着核心技术不完善、产业化成熟度低、商业化路线不明确等挑战，大大减缓了其所承诺的“绿色新未来”的到来——面临这样的挑战，某全球领先生物工业技术公司搭建了端到端的中试平台，打通了生物设计到规模放大再到工业生产的路径，并且选择了珐成浩鑫作为其核心工艺设备和自动化系统的供应商。

作为全球领先的生物合成产品的中试平台，必须处理好不同客户不同产品弹性生产的需要，针对客户的特定需求，珐成浩鑫为本项目选用了西门子PCS7系统作为本项目的生产控制系统。实现了CPU、通信总线、电源和服务器的双重冗余，各子系统分别设置了操作员站，操作员站既可相对独立，又可互为备用，安全可靠、技术先进，能够满足苛刻的生物产品生产工艺过程的控制要求，达到了行业的先进水平。系统提供了强大的工艺参数和流程逻辑配方弹性编辑功能，能够满足整个产线生命周期中多变的工艺需求。

现场生产设备

以自动化技术为基础，数字孪生、物联网和两化融合是工业4.0的核心理念，为了挖掘自动化系统的数据潜力，更好地提升产品质量和工作效率，系统提供更为开放的OPC UA数据接口，便于数字化工厂各系统间的数据共享和集成。本项目客户配备有尾气分析设备，尾气质谱仪可以得到尾气中水、氧气、氮气、氩气、二氧化碳、氨、甲醇、乙醇等数据，在发酵过程中，尾气组分浓度的变化反映了整个发酵过程物质的变化情况，尤其是尾气中的二氧化碳和氧气的变化，可以反应出发酵状态及菌体微观的生长情况。发酵设备控制系统通过OPC UA通信协议读取尾气分析仪数据，结合其他分析参数计算得CER（二氧化碳释放率）、OUR（摄氧率）和RQ（呼吸熵）等数据，通过以上数据可以对搅拌速度、补料速度、通气量等进行调节，进而优化发酵过程，提高发酵质量和产率。

发酵尾气分析仪可以同时采集1路参比气和15个发酵罐尾气，自动切换分析，独立运算，将数据传输至服务器计算机，由计算机软件显示和保存分析数据。通过在线检测尾气及参数计算，可以简便地判断发酵的各个阶段，对深入了解和掌握菌种的发酵规律，研究发酵工艺，对通气量及搅拌速度等参数的合理调节有重要的指导意义。

目前该项目已经投入正式生产，在24×7的高负荷作业下，系统运行非常稳定，很好地满足了该产线频繁更换产品的需求，收获的产品质量也高于往常，全自动化的操作极大提升了产线的生产效率。