一、概述：

葡萄糖又稱為玉米葡糖、玉蜀黍糖，甚至簡稱為葡糖，是自然界分布最廣且最為重要的一種單糖，它是一種多羥基醛。純凈的葡萄糖為無色晶體，有甜味但甜味不如蔗糖，宜溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。葡萄糖在生物學領域具有重要地位，是活細胞的能量和新陳代謝中間產物。植物可通過光合作用產生葡萄糖。在糖果制造業和醫藥領域有著廣泛應用。葡萄糖是最常見的六碳單糖，又稱右旋糖。以游離或結合的形式，廣泛存在于生物界。葡萄、無花果等甜果及蜂蜜中，游離的葡萄糖含量較多。正常人血漿中葡萄糖含量為3.89~6.11mmol/L,尿中一般不含游離葡萄糖，糖尿病患者尿中的含量變化較大。血液或尿中游離葡萄糖含量的測定，是臨床常規檢驗的一個項目。結合的葡萄糖主要存在于糖原、淀粉、纖維素、半纖維素等多糖中；一些寡糖如：麥芽糖、蔗糖、乳糖以及各種形式的糖苷中也含有葡萄糖。大多數生物具有酶系統可分解D-葡萄糖以取得能量的能力。在活細胞中，例如哺乳動物的肌肉細胞或單細胞的酵母細胞中，葡萄糖先后經過不需氧的糖酵解途徑、需氧的三羧酸循環以及生物氧化過程生成二氧化碳和水，釋放出較多的能量，以ATP（三磷酸腺苷）形式貯存起來，供生長、運動等生命活動之需。在無氧的情況下，葡萄糖僅僅被分解生成乳酸或乙醇，釋放出的能量少得多；釀酒是無氧分解的過程。工業上，用酸或酶水解淀粉制得的葡萄糖可用做食品、制酒、制藥等工業生產的原料。

結晶葡萄糖作為一種甜味劑和功能性基料廣泛應用于食品行業：包括食品、飲料、奶制品、保健食品等；醫藥行業；發酵行業；化工行業等領域。

淀粉深加工結晶葡萄糖工業不僅滿足日益增長的人民生活需要，而且由于淀粉乳深加工產品可為其它工業服務，利用淀粉乳生產一水結晶葡萄糖，可利用其母液生產牙膏用山梨醇，也可供發酵工業用，其母液還可直接生產高級焦糖色素。

隨著近幾年來葡萄糖在醫藥、化工、食品行業的廣泛應用，國內葡萄糖生產得到了快速的發展，但是國內葡萄糖生產工藝過程、操作方式大都比較簡單落后，多數操作都是由人工現場來完成，技術指標很難保證。隨著DCS的快速發展和廣泛應用，國內葡萄糖生產工業的自動化、連續化水平也有了很大的提高，各個生產廠家為了適應未來市場對不同產品的需求、降低成本、優化生產工藝過程，大都已經或準備在其生產過程中采用DCS控制生產過程。

二、計算機監控系統設計：

系統采用宇電AIFCS現場總線型計算機監控系統，系統是基于AI系列儀表的出色性能配合現場總線特性的AIFCS計算機監控系統。AI儀表相當于現場總線系統中的各個控制單元，利用RS485作為現場通訊總線，采用宇電自行開發的AIBUS通訊協議，可在上位機上實現100%儀表功能操作如實時讀取測量值、給定值、設置參數、自動/手動無擾動切換、調整手動輸出值、啟動/運行/停止程序，并具備開關量輸入/輸出操作能力。現場總線是指以工廠內的測量和控制機器間的數字通訊為主的網絡，也稱現場網絡。也就是將傳感器、各種操作終端和控制器間的通訊及控制器之間的通訊進行特化的網絡。原來這些機器間的主體配線是ON/OFF、接點信號和模擬信號，通過通訊的數字化，使時間分割、多重化、多點化成為可能，從而實現高性能化、高可靠化、保養簡便化、節省配線（配線的共享）。是連接智能現場設備和自動化系統的全數字、雙向、多站的通信系統。主要解決工業現場的智能化儀器儀表、控制器、執行機構等現場設備間的數字通信以及這些現場控制設備和高級控制系統之間的信息傳遞問題。

采用AIBUS協議的AI儀表在9600波特率下能在40ms內向上位機傳送4個重要數據，比采用MODBUS協議的進口儀表速度高3-10倍以上，因此即使采用廉價的RS485通訊，AIFCS也具備如DCS或FF、PROFIDBUS等高價現場總線系統同等的使用效果，并可以組建大型系統，而不象通常進口儀表那樣只能應用于小型系統。

整個系統分為管理層、操作站和工業現場3個層級，也可只分操作站和工業現場兩個層級。 管理層可提供工廠領導瀏覽現場實時工況畫面，也可進行如使用權限、系統配置等高級設置；操作站供儀表班組和技術人員進行計算機實時監控；萬一計算機系統發生故障時，儀表操作人員可依傳統儀表使用方法直接操作儀表。

三、葡萄糖生產工藝過程：

葡萄糖生產工藝過程是以玉米淀粉為原料，在高溫液化酶作用下，將淀粉乳糊化成一定分子量的糊精和低聚糖，再用糖化酶在一定的濃度、溫度和時間下進行糖化，使其水解成葡萄糖液。為了除去糖液中的雜質，得到更高純度的葡萄糖，采用預涂層轉鼓過濾除去蛋白、活性炭稀脫色、陰陽離子交換、四效降膜蒸發濃縮、活性炭濃脫色、運動結晶等過程進行精制提純，然后再經過分離、氣流干燥、流化床降溫、過篩、自動包裝過秤、塑合封口、噴碼、計數、自動入庫等工序，完成了葡萄糖從原料到成品的全過程，工藝流程如圖1所示。

結晶工藝過程

從脫色過濾工序來的濃糖糖漿，用泵打到結晶工序，經過精密過濾器過濾后進入板式換熱器冷卻，冷卻后的糖漿經流量計進行計量后注入結晶罐，結晶罐加滿后開始攪拌保溫，在保溫過程中，使新加入的糖漿與結晶罐內預留的晶種進行充分混合，保溫時間一到，糖漿的溫度也基本穩定到了降溫開始的溫度，這時就可以根據不同的產品品種選擇不同的降溫曲線進行降溫控制。攪拌繼續進行，在這段時間內通過冷媒水的回水溫度對回水閥進行調整，使降溫過程嚴格按照降溫曲線進行，當設定的降溫時間到時，葡萄糖液溫度也達到了工藝要求值，這樣結晶出的葡萄糖晶體質量好，收率也高。

主要控制回路實現

降溫過程中的降溫曲線是在長期生產過程中根據不同的產品總結出來的獲得最佳收率的經驗曲線；降溫是通過夾套、盤管循環冷媒水進行的，由于降溫過程的時間較長，從30～60h不等，加之溫度本身的滯后，因此控制難度較大。

結晶過程是整個生產過程中的關鍵，它包括保溫和降溫兩個過程。根據用戶多年的生產操作經驗，對于不同的葡萄糖品種得出了各自不同的較為成熟的降溫曲線，由于結晶罐沒有加熱裝置，同時在保溫過程中冷媒水閥也是關閉的（即不需降溫），因此只能利用進料溫度和不斷攪拌使濃糖漿與結晶罐內的晶種進行充分均勻混合來維持。

為了使操作人員更好、更直觀地操作，在編程過程中，還可以使內部時鐘和系統時間進行每一步操作以及總操作的計時顯示，使操作人員在整個結晶過程中始終能夠看到每一個結晶罐的進行狀態。調節器接線圖1。

葡萄糖結晶，一般是根據產量的不同使用不同數量或體積的結晶罐，不同的結晶罐降溫過程只是存在著一定時間上的差異，其工藝管道和操作原理基本相同，這也就可以較好地實現程序的模塊化和通用性，因此在編程過程中我們使用AIFCS組態軟件組態王中的圖形化編程，先是通過程序編制，下傳給AI-808PAX3L1L1S4程序儀表，然后在各個不同的結晶罐程序中進行控制，無論現場是有一個結晶罐還是十個或是幾十個，都可以重復引用，從而避免了重復程序而使得程序量增大，這樣既降低了編程人員的工作強度，同時也降低了系統的運算負荷，實現了系統的穩定安全運行。溶質從溶液中析出的過程，可分為晶核生成（成核）和晶體生長兩個階段，兩個階段的推動力都是溶液的過飽和度（溶液中溶質的濃度超過其飽和溶解度之值）。晶核的生成有三種形式：即初級均相成核、初級非均相成核及二次成核。在高過飽和度下，溶液自發地生成晶核的過程，稱為初級均相成核；溶液在外來物（如大氣中的微塵）的誘導下生成晶核的過程，稱為初級非均相成核；而在含有溶質晶體的溶液中的成核過程，稱為二次成核。二次成核也屬于非均相成核過程，它是在晶體之間或晶體與其他固體（器壁、攪拌器等）碰撞時所產生的微小晶粒的誘導下發生的。

四、內蒙古赤峰制藥葡萄糖結晶溫度控制系統軟件編輯功能規劃：

數據記錄表：

1、程序顯示主畫面為一個25排9列的表格，每一排顯示相對應的罐的實時情況。

2、點擊罐號可進入相對應養晶及結晶曲線。

3、點擊運行狀態可進入對應的AI－808P儀表的“運行”、“暫停”、“停止”。

4、“運行”對應于“結晶運行”。

5、“暫停”是中間狀態，如果在儀表程序運行中暫停，儀表將停止在正在運行的那一段，點擊“結晶運行”可從暫停的地方繼續運行程序。“停止”是結束狀態，如果在程序運行中點擊“停運”或“養晶運行”會立即使程序停止，再點擊“結晶運行”會使儀表從第一段開始重新運行控溫程序。

6、“停止”對于AI－808P儀表是一個狀態，而對于結晶溫度控制包含有兩段一是養晶運行二是停運狀態，現在處理辦法是只有點擊“養晶運行”才可以記錄一個養晶運行的“啟動時間”，同時開始計算顯示養晶的“累計時間”和記錄顯示養晶“實際值”。

7、在養晶運行狀態時點擊“結晶運行”可執行AI－808P表的控溫程序運行，同時記錄一個結晶運行的“啟動時間”（共3次），同時開始計算顯示結晶的“累計時間”和記錄顯示結晶“實際值”“理論值”“差值”“閥開度”“報警值”。

8、當AI－808P儀表程序運行完成后會自動顯示“停運”狀態，也可以在“結晶運行”或“養晶運行”時點擊“停運”來停止儀表控溫程序的運行（顯示“停運”時會記錄一次“結束時間” ），“停運”顯示后會提示是否要“清空”上一次運行的時間記錄來準備下一次運行，點擊及清空。

9、報警按要求“↑表示正偏差報警，↓表示負偏差報警”。

10、養晶運行－黃色，結晶運行－綠色，停運－紅色。

11、“程序參數”點擊可修改對應的AI－808P儀表的程序參數，先按“讀取”把對應的儀表的程序參數讀上來，然后修改完程序參數，確認完成，點擊“下傳”可一次修改所有的程序參數，完成修改后要手動讀取一次以確認修改好的程序，然后關閉程序窗口。

12、“儀表參數”修改方法同上。（參數有多少會按需給出）

13、記錄曲線：

按要求“結晶運行”72小時，以溫度為X坐標，以絕對時間（即實際時間）為Y坐標。

結晶運行實際值曲線和理論值曲線在一起顯示。曲線屏幕底色藍色，結晶運行實際值曲線為白色，理論值曲線為紅色，每10秒刷新一次。

曲線記錄：

14、畫面總長72小時，每4小時一條縱線，橫坐標時間按（時：分 日：月）顯示。曲線可放大縮小，可拖動查詢范圍，有標尺可查看指定時間位置的數據，有曲線列表可顯示。

15、曲線下的“所在罐運行修改記錄表”，顯示本次本罐運行的時間數據，“3次結晶啟動時間”，“5次程序修改時間”，“結晶累計時間”，“結晶程序結束時間”。在表格上還顯示現在的電腦時間（用于打印）。（第4點中的時間數據只在本次本罐結晶程序運行時實時顯示，保存數據到access數據庫，點擊“數據記錄表”中隨“停運”出現的“清空”按鈕時即被刪除）

16、養晶運行曲線、結晶運行實際值曲線和理論值曲線數據可在歷史數據曲線窗口中添加了所需的變量名后按時間進行查詢。

打印：

1、結晶運行程序運行完成后，“停運”出現時會提示手動打印一張B5紙的記錄曲線時間表格，在“清空”前也可以手動打印頁面，“清空”后表格時間數據就刪除了，曲線數據還在。

關于突然斷電：

1、斷電要關閉軟件及PC機（使用UPS），重啟后，把軟件運行起來，結晶運行實際值曲線和理論值曲線數據及時間數據不會丟失。

2、“養晶啟動時間”，“3次結晶啟動時間”，“5次程序修改時間”，“養晶累計時間”，“結晶累計時間”，“結晶程序結束時間”會恢復。事后處理可以靠結晶運行實際值曲線和理論值曲線數據和時間判斷，在斷電期間，絕對時間表會把以上2個關鍵數值至0，在歷史數據曲線窗口按時間查詢時可明顯觀察到這一情況，打印紙也可同時說明。

注意：

點擊“結晶運行”后會先出現“停運”，這是正常現象。“養晶運行”和“停運”時儀表實際上都是停止狀態。

五、軟件開發應用

該系統是由宇電工控組態軟件AIFCS經過二次開發而成的軟件產品，用戶無需系統組態即可直接使用。該軟件與宇光儀表配套使用共同構成儀表總線系統，本工程與該軟件配套的儀表型號有AI808P。組態軟件采用下位機、上位機二層結構體系，所有的控制信息與數據信息都在其上位機上統一管理、分配。組態軟件，又稱組態監控軟件系統軟件。譯自英文SCADA,即 Supervisory Control and Data Acquisition（數據采集與監視控制）。它是指一些數據采集與過程控制的專用軟件。它們處在自動控制系統監控層一級的軟件平臺和開發環境，使用靈活的組態方式，為用戶提供快速構建工業自動控制系統監控功能的、通用層次的軟件工具。組態軟件的應用領域很廣，可以應用于電力系統、給水系統、石油、化工等領域的數據采集與監視控制以及過程控制等諸多領域。在電力系統以及電氣化鐵道上又稱遠動系統（RTU System,Remote Terminal Unit）。組態軟件在國內是一個約定俗成的概念，并沒有明確的定義，它可以理解為“組態式監控軟件”。 “組態（Configure）”的含義是“配置”、“設定”、“設置”等意思，是指用戶通過類似“搭積木”的簡單方式來完成自己所需要的軟件功能，而不需要編寫計算機程序，也就是所謂的“組態”。它有時候也稱為“二次開發”，組態軟件就稱為“二次開發平臺”。 “監控（Supervisory Control）”，即“監視和控制”，是指通過計算機信號對自動化設備或過程進行監視、控制和管理。

軟件結構

該軟件的內部結構可分為以下倆個部分：數據采集、數據處理。

數據采集：系統從下位儀表采集測量值、設備狀態值等實時數據，并存入系統內部數據庫，以便日后數據查詢等使用。

數據處理：系統根據用戶要求從歷史數據庫中提取數據并完成指定的處理功能，包括歷史數據顯示、歷史曲線繪制、報表等。

六、軟件安裝

1、AIFCS的安裝：把光盤插入光驅讓它自動運行，顯示畫面后點擊“安裝AIFCS組態軟件”即可。如沒有自動運行，請瀏覽光盤點擊“INSTALL.EXE”。

2、放置文件夾：AIFCS安裝完成后把“赤峰制藥”文件包放在“AIFCS”安裝目錄下，并去掉文件包的只讀屬性。

3、搜索工程：點擊桌面上的AIFCS圖標打開AIFCS軟件，點擊“搜索”路徑至AIFCS安裝目錄的“赤峰制藥”文件包點擊“確定”。

4、運行工程：在確定儀表上電且通訊線連接正常，232/485串口轉換器插在COM1上后，在工程管理器中先選定工程“赤峰制藥”，點擊“運行”即可。

七、軟件使用

軟件最先顯示的是縱觀所有儀表全局的實時溫度數據記錄表。操作方法如下：圖2：

㈠點擊“罐號”列可進入對應的結晶記錄曲線。

㈡點擊“運行狀態”列可進入每臺AI808P儀表的程序控制臺。操作順序：養晶運行→結晶運行→停運。 圖3：

㈢安用戶需要可以執行“程序暫停”也可以執行“程序跳轉（OK）”，在程序運行中可跳到其他程序段運行。

㈣點擊“預覽程序”與儀表的程序運行無關，可在需要時執行。

㈤在一次完整的結晶程序運行中，軟件最多記錄3次點擊“結晶運行”的時間和5次點擊“程序跳轉（OK）”的時間。

㈥養晶運行－數據黃色，結晶運行－數據綠色，停運－數據紅色

㈦報警按要求“↑表示正偏差報警，↓表示負偏差報警”。

㈧點擊控制條上最右邊的“×”可以關閉該控制條。

㈨點擊畫面右上角的“結晶程序修改”，可進入儀表的程序參數表，輸入儀表的地址號后就可以任意修改24臺儀表內的程序參數。

程序升降溫曲線顯示： 圖4：

結晶溫度曲線記錄表

點擊“罐號”圖標進入每一罐葡萄糖結晶溫度72小時的記錄曲線圖，記錄了程序設定值和實時溫度值每15秒刷新一次，在不刷新的14秒中可當歷史曲線使用（當鼠標移動到曲線下方的按鈕上時會顯示每個按鈕的作用，如：曲線時間范圍的修改等）。圖中還包含有每罐結晶的各種時間數據，可供使用這者查看和打印。圖5：

使用該窗口時要注意：當輸入儀表地址后，“儀表參數”會首先刷新，請等待60個變量都刷新后再點擊“讀取”，把參數載入“軟件參數”，然后再點擊修改“軟件參數”，確認后再點擊“下傳”，確認“儀表參數”已被修改后關閉窗口或繼續修改其他儀表的參數。

在溫度數據記錄表窗口進入每罐的程序控制臺，點擊“預覽程序”就進入如上窗口，右邊兩排會立即顯示該罐的儀表內現存的30段程序的數值，等待它們全部出現后點擊“預覽程序曲線”計算機經過幾秒的計算（需等待）會按斜率畫出一條和30段程序對應的曲線（X軸溫度，Y軸分鐘），供用戶參考。

八、補充說明

㈠ODBC設置：

開始 → 設置 → 控制面板 → 管理工具 → 數據源（ODBC）→ 用戶DSN → 添加 →Driver do Microsoft Access → 完成 → 數據源名：data → 選擇 → 在選擇數據庫的窗口中找到拷貝到硬盤上“赤峰制藥”工程文件包 → 找到“結晶時間數據表。mdb” → 確定 → 確定 → 確定 。

㈡把光盤內的工程文件包“赤峰制藥”拷貝到硬盤上，打開文件包，去掉文件包內所有文件的只讀屬性。

㈢點擊“預覽程序曲線”后至少要等待10秒才能顯示設定曲線。（需要進行30段的斜率運算）

㈣所有罐結晶溫度曲線記錄表中的時間數據在程序結束后自動保存到“赤峰制藥”工程文件包的“結晶時間數據表。mdb”以方便以后的手動查詢。

㈤由于停電的原因沒有把打印設定成自動打印。結晶完成后必須要在手動打印畫面后才能進行下一次程序的運行，不然無法進行下一步操作。（會提示結晶完成需要打印）（打印完成才可以清空時間數據）（打印要進入曲線窗口，點擊打印后請等待幾秒后再做其他操作）。

㈥結晶過程中如因停電原因要關閉軟件，重新啟動軟件后“累計時間”會不再累計，此時需手動先“程序暫停”然后“結晶運行”，累計時間才會接著累計增加。

㈦要購買UPS，斷電后手動關閉軟件及計算機，才會對數據記錄無影響。 圖6

九、控制系統調試

結晶罐現場的溫度測量采用一體化溫度變送器，輸入為標準電流或電壓信號。使用時，通過操作站設定程序運行曲線及有關量的設定值。系統工藝按照程序要求有關程序，進行模糊PID的算法，對工藝閥門進行控制，以達到被控對象恒定的要求。目前工業自動化水平已成為衡量各行各業現代化水平的一個重要標志。同時，控制理論的發展也經歷了古典控制理論、現代控制理論和智能控制理論三個階段。智能 控制的典型實例是模糊全自動洗衣機等。自動控制系統可分為開環控制系統和閉環控制系統。目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器 （儀表）已經很多，產品已在工程實際中得到了廣泛的應用，有各種各樣的PID控制器產品，各大公司均開發了具有PID參數自整定功能的智能調節器 （intelligent regulator），其中PID控制器參數的自動調整是通過智能化調整或自校正、自適應算法來實現。有利用PID控制實現的壓力、溫度、流量、液位控制 器，能實現PID控制功能的可編程控制器（PLC），還有可實現PID控制的PC系統等等。 可編程控制器（PLC） 是利用其閉環控制模塊來實現PID控制，而可編程控制器（PLC）可以直接與ControlNet相連，如Rockwell的PLC-5等。還有可以實現 PID控制功能的控制器，如Rockwell 的Logix產品系列，它可以直接與ControlNet相連，利用網絡來實現其遠程控制功能。 圖為系統程序設置調節操作平臺組圖。

1、儀表選型、參數表、調試方式

結晶罐程序控制儀表AI-808PFU5L5L5L5S增強型智能調節。

閥門反饋定位調試：有反饋信號時，設OPT=7儀表要自動對閥門的位置進行定位測量。測量時儀表先自動將閥門完全關閉（注意：此時需要由閥門上的限位開關進行定位），測量閥門全關時的閥位信號大小，然后再完全打開，測量閥門全開時閥位信號大小。

調試方式：手動自整定

手動自整定方法是先用手動方式調節，等手動調節基本穩定后，再在手動狀態下啟動自整定，這樣儀表的輸出值將限制在當前手動值＋10%及－10%的范圍而不是OPL及OPH定義的范圍，從而避免了生產現場不允許的變頻器大幅度變化現象。

模塊X3電流輸出4～20mA、模塊L2開關量報警輸出、模塊S4通訊口 參數設置表 圖7

在使用過程中AI調節器 結合PID調節、自學習及模糊控制技術，實現了手動自整定。由于自整定執行時采用位式調節，其輸出將定位在由參數OPL及OPH定義的位置。

程序曲線的編排；程序表調節器可用于按一定時間規律自動改變給定值進行控制的場合。具有50段程序編程功能，可設置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉（目標段只限于前30段）、運行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運行中修改程序；具有二路事件輸出功能。

調試應用：

結晶罐溫度程序控制器AI-808PFX3L1L1S4對罐溫按溫度－時間－溫度的格式來程序升溫，在使用過程中首先要自整定，目前AI儀表自整定采用的是AI人工智能調節算法是采用模糊規則進行PID調節的一種新型算法，在誤差大時，運用模糊算法調節，以消除PID飽和積分現象，當誤差趨小時，采用改進后的PID算法進行調節，并能在調節中自動學習和記憶被控對象的部分特征以使效果最優化。

程序調節器可用于按一定時間規律自動改變給定值進行控制的場合。可設置任意大小的給定值升、降斜率；具有跳轉（目標段只限于前30段）、運行、暫停及停止等可編程/可操作命令，可在程序控制運行中修改程序；具有二路事件輸出功能。

當曲線擬合出現PV值跟不上程序設定曲線SV值時，可采用曲線擬合技術：曲線擬合是AI-708P/808P型儀表采用的一種控制技術，由于控制對象通常具有時間滯后的特點，所以儀表對線性升、降溫及恒溫曲線在折點處自動平滑化，平滑程度與系統的滯后時間參數t有關，t越大，則平滑程度也越大，反之越小。

十、結束語

在系統投運后，經過一年半時間的運行，也進行了不斷的程序改進和參數的調整，基本上達到了預期的控制效果：在工藝正常情況下，自動投運率達到了95%以上；

用戶各項目工藝指標達到了較高水平，控制精度能夠穩定在±1℃之內；產品質量和收率也有了較大的提高。