电气控制技术在自动化生产中的应用与创新

摘要：随着科技的飞速进步，电气控制技术作为自动化生产的核心，已经从传统的开关和继电器控制，发展到集成化、智能化、数字化的高级阶段。本文将重点介绍电气控制技术在制药、原料药合成过程中的应用及创新，包括基于人工智能、物联网、大数据等新技术的应用，增强传统控制系统的功能。同时，讨论电气控制技术向智能化、柔性化、数字化的发展趋势，为制药原料药合成领域的研究和实践提供参考。

关键词：原料药合成；自动化控制；电气自动化；应用与创新

一、电气自动化控制技术发展概述

云计算为电气控制技术提供了强大的计算和存储资源，允许远程监控和故障诊断，提高了响应速度和决策支持。AI技术，特别是深度学习，用于预测性维护、故障诊断和优化控制，提升了系统的自适应能力和智能化水平。边缘计算的应用减少了数据传输延迟，提高了响应速度，尤其适用于实时控制和安全关键应用。第五代移动通信技术（5G）推动了无线通信在自动化控制中的广泛应用，使得远程操作和设备互联更为便捷。电气控制技术正朝着更智能、更集成、更环保和更安全的方向发展，以适应不断变化的工业环境和日益增长的业务需求。

二、电气自动化控制技术在原料药合成生产中的应用

（一）合成过程中的应用

（1）反应釜自动化控制：在原料药合成过程中，电气控制技术通过DCS（分布式控制系统）实现了对温度、压力、液位和流量等关键参数的精确控制。通过实时采集传感器数据，DCS系统能够迅速响应生产过程中的变化，自动调节阀门、加热器和搅拌器等设备，确保反应釜内的环境条件始终维持在最佳状态。例如，当检测到pH值偏离预设范围时，系统会自动调节相应的仪表阀门，添加酸或碱来调整pH值，确保反应的顺利进行。同样，压力传感器监测反应釜内的压力变化，电气控制系统通过调节压力释放阀或增压泵来维持恒定的压力条件。根据反应的需要，电气控制系统可以自动调节搅拌器的转速，确保原料充分混合并加速反应速率。不仅提高了合成反应的效率和稳定性，还减少了人为操作的误差和安全隐患^[1]。

（2）溶剂和冷却剂的自动供应：在合成过程中，需要精确控制溶剂和降温循环水、冷冻水的供应。自动化控制系统可以根据反应釜内的温度和压力，自动调节溶剂和冷却剂的流量，以维持最佳的合成条件。

（二）后处理过程中的应用

（1）离心机：在原料药合成后的固液分离过程中，电气自动化控制系统可以根据物料的特性，自动调整离心机的转速和工作时间，提高分离效率。通过PLC（可编程逻辑控制器）编程，离心机的转速和时间等参数得到了精确控制。这确保了原料药在离心过程中能够得到有效的分离和提纯，提高了产品的纯度和质量。同时，电气控制技术还实现了对离心机的自动启停和故障检测，提高了设备的可靠性和稳定性。

（2）干燥机：干燥是原料药合成后处理的关键步骤之一。自动化控制系统根据物料的湿度和干燥要求，自动调节干燥机的工作参数，如温度、风速等，确保原料药在干燥过程中能够得到均匀和高效的脱水处理，避免了产品因干燥不足或过度干燥而产生的质量问题，同时提高了生产效率和能源利用率。湿度传感器监测干燥室内的湿度水平，电气控制系统相应调节干燥强度，以优化干燥效率。

（三）物料输送及包装

电气控制系统可以根据生产需求调节输送带的速度，确保物料的顺畅输送，减少人工干预，提高生产效率和产品质量。

（1） 自动化投料

自动化投料提高效率并减少人工干预。对于50kg无水甲醇的投料，1次/天，在合成区R2501反应釜处，电气控制系统采用真空上料设计，溶解脱色间60公斤/批，1次/天，在结晶间溶解罐R1101\1102上真空上料。以确保物料的准确输送和防止粉尘飞扬。通过电气控制系统，干燥间和包装机可以减少开停次数，实现连续运行，节约时间和能耗^[2]。

（2）物料输送

利用电气控制技术设计自动化的输送系统，以减少人工搬运，提高生产效率和安全性。变频器控制电机的转速，根据物料的流量和处理速度要求，自动调整输送带的运行速度。输送系统中安装传感器实现故障检测与诊断，实时监测输送带的状态，如温度、张力和负载，一旦出现异常，控制系统会立即发出警报并采取相应措施。通过PLC编程设定物料的输送路径规划，实现从生产区到包装区或储存区的自动化转运。

（3）包装

电气控制系统设计自动包装程序，简化了包装流程并减少了空间占用。实现自动称重、封口、贴标等包装工序，提高包装的准确性和一致性。电气控制系统与称重传感器集成，自动测量并记录每个包装单元的重量，确保产品重量符合规定标准。通过集成打印和贴标设备，自动化系统可以在包装上打印生产日期、批次号等信息，并贴上相应的标签。自动化控制系统记录每个包装单元的信息，便于产品数据追踪和质量管理。

三、溶剂、降温循环水和冷冻水的自动供应系统

（一）溶剂自动供应系统

电气控制系统通过流量计和控制阀门精确控制溶剂的加入速率，以适应不同的流量控制反应需求。在溶剂储罐中安装液位传感器，实时监测溶剂的存量，进行液位监测，并通过电气控制系统自动触发溶剂的补充或报警。通过压力传感器和调节阀进行压力调节，控制系统维持溶剂输送过程中的压力稳定，确保溶剂顺利输送至反应釜。

（二）降温循环水自动供应

在循环水系统中安装温度传感器实现温度控制，实时监测水温，并通过控制系统自动调节冷却器的运行状态，以满足反应过程中的降温需求。通过控制泵的转速实现循环水流量的自动调节，以适应不同的冷却负荷。多个冷却器之间，控制系统根据冷却需求和各冷却器的运行状态，自动切换工作状态，保证持续稳定的冷却效果。

（三）冷冻水自动供应

通过冷冻水出口的温度传感器，控制系统自动调节冷冻机的运行，以维持恒定的冷冻水温度。根据实际的冷负荷需求，自动调整冷冻机的运行模式和参数，优化能耗，进行系统能量管理。当检测到温度过低时，控制系统会自动采取措施，如增加流量或停止供水，以防止管道冻结，实现系统的防冻管理。

四、电气自动化控制技术在原料药合成生产中的创新

（一）智能化和网络化

采集到的数据通过无线或有线网络实时上传至中央控制系统，形成实时数据流，便于远程监控和分析。采用大数据分析技术，对收集的数据进行深度挖掘，发现潜在问题，如设备异常、生产效率低下等，为决策提供依据，根据实时数据调整工作参数，实现自动优化。通过物联网技术，实现对生产设备的远程监控和维护，提高设备管理的效率和水平。

（二）智能化调度及能效管理

通过机器学习算法，系统进行智能决策支持分析历史数据，预测未来的生产趋势和需求，为生产计划和调度提供科学依据。系统自动调整作业顺序和时间安排，以最大限度地利用资源，提高整体生产效率。电气控制系统与能效管理系统相结合，能够实现能源的实时监控和优化使用，降低生产成本。

（三）智能化安全监测系统

智能化安全监测系统是一种集成了先进信息技术和数据分析的系统，主要用于预防和管理各种工业生产过程中的安全隐患。在关键区域，如火灾报警、气体泄露检测、振动监控等，实时收集数据。通过物联网（IoT）技术，将各种传感器的数据实时上传到中央数据库。数据处理算法（如机器学习和人工智能）分析数据，识别潜在风险模式。由于物料存储区域为防爆区，电气控制系统需要确保使用防爆电器，以防止易燃易爆物质引发的危险。

五、结语

工业生产中电气自动化控制技术被广泛应用于生产线控制、机器人操作、智能仓储等方面，通过电气控制系统执行预设的逻辑操作，更精确的控制算法以及与云计算或物联网的集成，加倍提升数据处理速度，精确调节和优化设备的工作流程，提高设备的利用率和生产效率。利用AI和大数据分析来预测设备故障，对可能出现的问题进行远程诊断和预防性维护，减少了人工巡检的需求。随着技术的发展，人工智能、机器学习和云计算等创新设计应用在自动化中生产中应用将越来越广泛。

文章来源：《产品可靠性报告》 https://www.zzqklm.com/w/kj/32519.html