5G技术通俗讲解
互联网改变了世界，移动互联网重新塑造了生活，“在
家不能没有网络，出门不能忘带手机”已成为很多人的
共同感受。人们对动互联网的要求是更高速、更便捷、更强大、更便宜，需求的“更”是没有止境的，这促使着移动互联网技术突飞猛进，技术体制的更新换代也随
之越来越快。很多用户刚刚踏入4G的门槛，5G时代
很快就要来到了。
5G该会有什么样的技术？很多专家都有过预测，但能
让外行人能看懂的文章一篇都没有，毕竟通信专业的
门槛较高，特别是对未来技术的演进问题更难以科普，这篇文章的写法很特别，初中生水平就能看懂，通篇
只需要您懂一个公式【光速=频率×波长】。
一、绪论
1、双驼峰规律
一项新技术概念出现后，在业界会出现一个研究讨论
的高潮，这是第一个驼峰。相关的学术论文会产为热点，成堆的博士硕士依托这项新技术完成了毕业论文，虽然很热闹，但这仅仅局限在学术研讨层面上，而在
具体的技术实现方面还存在着很多问题，或者因成本
原因而根本无法量产。
研究讨论高潮逐渐降温，这是第一个驼峰的下落期，
接下来是低调务实的技术攻关，这个平台期可能几年
也可能一二十年，当技术问题都解决后，就会迎来商
家量产和投入市场的热潮，这就是第二个驼峰。
按照国际电信联盟关于2020年的规划，5年后就要全
面进入5G了，而到现在核心技术体系还没有确立。
回顾3G技术发展史，国际电信联盟于1998年6月
30日接收了3G技术提案，并迎来了第一个驼峰期，
直到2009年1月7日,工业和信息化部正式发放了三
张3G牌照，这才进入到第二个驼峰，平台期持续了
11年，特别是三张牌照之一的TD-SCDMA，直到
2013年才真正成熟，平台期长达15年，可刚成熟4G
时代就来临了。
按照“双驼峰规律”，5年后将在全球推广使用的技术，
应在2010年左右就迎来第一个驼峰，而不会在2020
前的两三年横空出世，然后迅速被国际电信联盟确定为全球的5G标准，这违反了一般的技术发展规律，不太可能成真。
2、通信技术的极限
通信技术可以用八个字概括，那就是调制、解调、编码、解码，这些技术发展到现在，已经普遍到了平台期，例如编码的效率已经接近了极限，内部挖潜增效的余地越来越小，有些业界大牛甚至觉得通信已经没啥搞头了，转行去了医疗设备行业，把其扎实的通信功底用在了高精尖医疗电子设备研发方面，以追求更有希望的未来。
您可能会有疑问：科学技术越来越强，为什么不能把极限突破了呢？其实通信技术的极限并不是技术工艺方面的限制，而是建立在严谨数学基础上的推论，在可以遇见的未来是基本不可能突破的。
根据技术发展的“双驼峰规律”和通信技术发展的现状，不大可能会在未来几年里横空出世个令人惊异的新技术，5G技术应是现有技术的新组合，是4G技术的再演进。为什么要有个“再”字？因为4G LTE的后三个字母就是长期演进的意思，5G应是在4G基础上的再演进。
二、5G关键技术
1、增加带宽是关键
5G最显著的特点是高速，按规划速率会高达10～
50Gbps，人均月流量大约有36TB，如此高的速率该
靠什么资源来支撑呢？必须要靠更大的带宽！
带宽用字母B来表示，它就好比是道路宽度，最大速
率用C来表示，它就好比是道路的最大车流量。显然
易见，4车道的最大车流量是2车道的2倍，8车道的
是2车道的4倍，这非常好理解。
增加车道数是提高最大车流量最直接有效的方法，同
样地，提高速率的最直接有效的方法就是增加带宽。
我依然记得读研究生时，老师在讲到带宽时掷地有声
地说“你们给我记住：高速就是宽带，宽带就是高速！”。
人们对通信速率要求越来越高，迫使着信道的带宽就越来越宽，几根电话线的带宽不够，那就增加到几百根，几百根不够就换成同轴电缆，电缆带宽不够就换成光纤，有线通信的带宽就是这样一代代地递增着。
而手机通信使用的是无线信道，那它的带宽是如何增加的呢？核心方法就是采用更高的频段。
上过初中的都知道【光速=频率×波长】这个公式，知
道这个公式就能看懂上面这个表格了，频率与波长成
反比，两者之积等于光速，即30万公里/秒。
请看表格中两个黄色块的数据，数值都是3～30，但
单位不同，甚低频段的整个带宽是27kHz,超高频段的
整个带宽是27GHz,后者是前者的100万倍！由此可见，频段越高且带宽越大，这点非常好理解，好比是低保
户和大富豪都拿出全部的财产，后者会比前者多得多。
所以关系就来了：5G时代若想更高速，就得使用更大
的带宽，而要取得更大的带宽，就得使用更高的频段。4G之前使用是特高频段，5G就得往超高频甚至更高
的频段发展了。根据国际电信联盟的专家预测，将来
有可能使用30GHz~60GHz的频段，俄罗斯专家甚至
提出了80GHz的方案。
30GHz以上的频段，比上表中最后一项的超高频还要高，其波长自然要比厘米段更短，那就是更短的毫米波，因此毫米波就顺理成章地成为了5G的一项关键
技术。
2、毫米波技术
电波传播的特性很有趣，频率越高（即波长越短）的
电磁波，就越倾向于直线传播，当高到红外线和可见
光以上时，就一点也不打弯了，这是个渐进的过程。
毫米波一般不用于移动通信领域，原因就是它的频率
都快接近红外线了，信道太“直”，移动起来不容易对准。请想象一个场景，您拿着激光笔指远处墙壁上的图钉，是不是一件很困难的事？
例如卫星车就很难“动中通”，开动起来车身摇摆，天线（就是那个大锅）就很难对准卫星，通常只能驻车后
工作，而且必须精细调整天线的角度，使其电波的辐
射方向正对着卫星，否则就无法通信。
手机是移动使用的，不可能打电话时还举着手机瞄准
准基站的方向，那样实在是反人性。虽然在非正对方
向也有信号，但强度会明显衰弱，使用体验会比4G
之前要差得多。
电磁波有五种传播模式，相对于未来的5G时代，我
们现在手机的频率要低得多，其绕射能力还是不错的，楼房阴影处的信号也没太大问题，因为信号可以绕着
到达。
而未来5G的频率会高得多，绕射能力会下降，信号
只能傻楞楞地直着走，以往信号能到达的犄角旮旯就
到不了了，那该怎么办呢？这就引出了更一项技术—
微基站技术。
3、微基站技术
请您脑补一个场景，小区中心只立着一盏路灯，阴影
面积当然会很大，而如果在小区里均匀设置很多路灯，阴影面积则会小得多了。所以说，将传统的宏基站变
成站点更多密度更大的微基站，是解决毫米波“直线问题”的有效方法。
这只是微基站的一个原由，还有一个更强大的原由。
5G时代的入网设备数量会呈爆炸性的增长，单位面积
内的入网设备可能会增至千倍，若延续以往的宏基站
覆盖模式，即使基站的带宽再大也无力支撑。这个原
由很好理解，以前的宏基站覆盖1000个上网用户，这些用户均分这个基站的速率资源，而进入5G时代后
用户的速率要求高多了，一个基站的资源就远远不够
分了，只能布设更多的基站，例如让每个基站只负责
20个用户，分餐的人少了，每个人自然就能多吃。
基站微型化则设布设密度会加大，为避免基站之间的
频谱互扰，基站的辐射功率谱就会降低，同时手机的
辐射功率也会降低，这有两个好外，一是功耗小了待
机时间会增加，二是对人体的辐射会降低。传统基站
好比是房屋中间的火炉子，近处烫远处冷，而5G的
微基站就好比是地暖，发热均匀更加舒适。
微基站数量大幅度增加后，传统的铁塔和楼顶架设方
式将会扩展，路灯杆、广告灯箱、楼宇内部的天花板，都会是微基站架设的理想地点。
波长缩短到毫米波还会有什么影响呢？还会影响到手
机天线的变化，这就是下一节要说的5G另一项技术—高阶MIMO。
4、高阶MIMO
根据天线理论，天线长度应与波长成正比，大约在
1/10~1/4之间，当前手机使用的是甚高频段（即分米波），天线长线大约在几厘米左右，通常安装在手机
壳内的上部。
天线的长度为什么应在波长的1/10~1/4之间？因为这
个比例可使电波的辐射和接收更有效，为什么会更有效？这我就不知道了，这得问物理学家。
5G时代的手机频率在提升几十倍后，相应的手线天线
长度也会降低到以前的几十分之一，会变成毫米级的
微型天线，手机里就可以布设很多个天线，乃至形成
多天线阵列。
多天线阵列要求天线之间的距离保持在半个波长以上，手机的面积很小，现在的手机天线是几厘米长，多天
线阵列是难以设置的。而随着天线长度的降低，特别
是5G时代的毫米尺寸天线，就可以布设多天线阵列了，就给高阶MIMO技术的实现带来了可能。
啥是MIMO呢？其英文简写是“多入多出”的意思，高
阶MIMO的意思是指基站与手机之间有很多对的信道
并行通信，每一对天线都独立传送一路信息，经汇集
后可成倍提高速率，这当然是件极好的事。
不知您是否思考过这个问题：因为基站不知道您在哪
个方位，所以它跟你通信使用的电磁波是全向辐射的，就好像是电灯泡发出的光那样，只有到达你手机的辐
射才是有用的，其它方向的辐射都是浪费的，这种巨
大的无用辐射还成为了其它手机的干扰。
如上图所示，因为手电筒的能量更集中，所以比灯泡
照的更远，基站与某部手机的关系就相当于光源与被
照射物的关系，现在基站与手机的关系就是灯泡模式，不管手机在哪个方位，都会把针对这部手机的信号进
行全向的辐射，当然绝大多数非正对方向的能量都是
浪费掉了，而且还成为了其它手机的干扰。
能不能把灯泡模式改成有指向性的手电筒模式呢，即
把上图左面的全向辐射样式改成右面的这种窄波瓣样
式呢？从而提高能量的使用效率？这就是下节要说到
的波束赋形技术。
5、波束赋形技术
中国主导的3G国际标准TD-SCDMA有六大技术特点，其中有一项就是智能天线，在基站上布设天线阵列，
通过对射频信号相位的控制，使得相互作用后的电磁
波的波瓣变得非常狭窄，并指向它所提供服务的手机，而且能跟据手机的移动而转变方向。
由全向的信号覆盖变为了精准指向性服务，这种新形
式的无线电波束就不会干扰到其它方向的波束，从而
可以在相同的空间中提供更多的通信链路，这种充分
利用空间的无线电波束技术是一种空间复用技术，这
种技术可以极大地提高基站的服务容量。
遗憾的是这项技术并非在3G时代得到应用，但在5G
入网设备数量成百上千倍增加的情况下，这种波束赋
形技术所能带来的容量增加就显得非常有价值，波束
赋形技术很可能成为5G的关键性技术之一。
波束赋形技术不仅能大幅度增加容量，还可大幅度提
高基站定位精度，当前的手机基站定位的精度很粗劣，这是源于基站全向辐射的模式。而当波束赋型技术成
功应用后，基站对手机的辐射波瓣是很窄的，这就知
道了手机相对于基站的方向角，再加上通过接收功率
大小推导出手机与基站的距离，就可以实现手机的精
准定位了，并因此而扩展出非常多的定位增值服务。6、综合分析
任何更新换代的关键性技术，都必须是经历过多年研
究的成熟技术，按规划还有5年就要进入5G时代了，不太可能突然出现一个全新的技术并被吸纳为5G的
国际标准中，考察5G的技术发展脉络还得从成熟技
术中寻找答案。
在传统的宏基站大覆盖的情况下提速是非常困难的，20%的频谱利用率的提升都是了不起的成就，而在5G
时代的千倍提速要求面前，这种内部挖潜的方法是行
不通的，只有通过大幅度的加大带宽才有可能。
加大带宽是起点，由此而产生的毫米波、微基站、高阶MIMO、波束赋型等都是顺理成章的技术趋势。只要把基站做得足够小，其服务范围变窄了，单个用户获得的资源就能足够大，速度就可以提高到足够快。
所以说，5G的任何一项关键技术都不会有革命性的突破，其上千倍综合能力的提升，更多地是来自移动网络的重新布局。
三、后记
这篇5G科普您一定能看懂，而且还能理解一环扣一环的5大技术的原由，甚至觉得这是理所应当的。其实，这种易读性并不容易做到，尤其是技术门槛很高的通信专业，能让外行越容易理解的文章，就越能体现作者的功力，这还真不是王婆卖瓜，而是一个在教育界有共识的道理。
真正的道理都不繁琐，往往就是一句话的事，难就难在把这句话提炼出来让更多的人理解。我写过不少科普，现在看来对这篇是最满意的，因为这篇讲的不是“是什么”，而是“为什么”，是什么好讲，为什么难说，尤其是把“为什么”给外行人讲清楚，做到让他们理所应当式的理解。这篇文章的内容次序和写法上进行了反复斟酌并屡次重写。
一、前言 药厂车间布置设计是工厂车间设计的主要成果之一，也是向其他各协作专业提供开展车伺设计的基础资料之一。车间布置设计要充分考虑车间的生产、管理与生活设施的合理安排，还应考虑同厂区的联系与布置上的协调，以减少能量消耗和投资费用，例如：本车间在厂区总平面布置中的位置、与其他建、构筑物之间的距离、同其他生产车间或部门之间的联系(包括人流与物流的数量、流向和运输方式等)，车间生产厂房和室外设施的预留扩建余地、厂区公用系统如供电、供热、供水以及外管和下水道的走向等。这些外部条件往往会影响或局部地决定着车间布置的设计，而车间布置设计有时也会影响厂区的总平面设计，二者有着互相联系又需要互相协调的重要关系。另外，尤为重要的是如何确保车间在建成投产后的安全生产。因此在设计时，车间生产过程中使用的易燃、易炸、有毒物料的性质、数量、生产条件(操作压力、操作温度、是否使用明火等)及产生的毒害性物质的危险性与程度等，要作深入了解，有条件时，可去同类型厂了解相同或类似的生产车间的布置、生产操作和安全防护等情况，同时应遵照国家规定的各项设计规范，在设计中采用必要的安全措施，使车间布置既满足生产工艺流程需要又确保安全生产，达到符合技术先进、经济合理、美观实用的设计原则。 二、生产的火灾危险性类别、爆炸与火灾危险性场所等级及卫生标准的确定 1、根据生产过程中使用产生和贮存的物质的火灾危险性，按照燃化部主编的“建筑设计防火规范”TJ16一74(1957年)，及石油工业部、化学工业部批准的“炼油化工企业设计防火规定”Y且501方8(1978年)，来确定本车间生产的火灾危险性类别，如甲、乙、丙，丁、戊类;各类生产厂房的耐火等级要求如一、二、三、四、等级，及相应的厂房层数与面积的规定(还有生产厂房与厂区建筑物之间的防火间距离)。 2、按照国家基本建设委员会批准的“电力装置设计规范”GBJ58一83，及“工厂电力设计技术规程”BJ6一80(一机部1980年试行)的规定，根据本车间内部各生产工序(生产岗位和贮存部分等)中的气体或蒸气爆炸性混合物、粉尘或纤维性混合物，在操作和维修过程中的泄放J睛况，分别划分为Q--1，Q一，Qes3等级和F一1，G一2级爆炸危险场所。对车间内部各工序中生产使用和贮存可燃性液体、可燃性粉尘、纤维(在不可能形成爆炸性混合物时)以及固体状可燃物质的场所，根据其具体情况，分别划定为H一1，且--2医药工程设计19b6年第1期与H一3级火灾危险场所。 3、对于车间卫生、生活设施(如厕所、浴室、更衣室等)、辅助用室的设置，以及有关生产车间的三废处理回收问题，应遵照国家卫生部编制的“工业企业设计卫生标准”TJ36一79(1950年)来进行设计。 4、其他，在车间布置设计时，还应遵守“药品生产管理规范”的各项规定。 三、车间布置设计原则和一些注意事项 1、车间内部组成的划分 按照工艺流程的顺序和尽可能地使生产危险性场所局部化的分隔原则，划分为若干个生产工序。
青霉素制药企业发酵工序自动控制系统 发表时间：2010-11-18T11:14:41.883Z 来源：《中小企业管理与科技》2010年7月上旬刊供稿作者：刘庆军 [导读] 自上世纪九十年代初建厂以来，该制药企业获得了长足发展 刘庆军（石药集团维生药业（石家庄）有限公司） 摘要：本系统基于集控制系统散控制技术，以北京和利时公司DCS系统为核心，利用测量单元及相关的执行机构实现制药企业发酵工序自动补料及温度、压力、空气流量、液位、PH值、溶解氧等工艺参数的自动控制，提高车间自动化控制程度，方便生产管理等方面而进行的整体方案设计。 关键词：DCS系统自动控制测量单元执行机构 1 某制药企业发酵自动控制现状 自上世纪九十年代初建厂以来，该制药企业获得了长足发展。发酵工序工艺参数的控制也经历了由人工、半人工、仪表控制到PLC控制。但随着工艺的不断改进和生产管理上高标准的要求，原来的单仪表控制温度、压力等方法，已远远不能满足企业的需求。虽然系统运行基本正常，但存在以下问题： 1.1 维护困难：系统使用的专用功能板，现在已很难买到备件，系统已运行多年，一旦硬件发生故障，将威胁生产安全。 1.2 控制精度低：受当时的硬件条件限制，计算机响应速度很慢，例如在计算机上手动关阀需要几分钟；对生产影响很大。 1.3 人机界面差：受当时的软件发展水平限制，系统运行在DOS 环境下，且为全西文操作界面；操作不方便。 1.4 扩展性差：系统扩容困难并难于进行控制优化。 1.5 仪表与控制系统的联接与响应不畅。 1.6 执行机构出现误信号越来越频繁。 因此制药厂开始探索应用DCS控制系统改造过去陈旧落后的控制手段，为整体的企业自动化水平升级。 2 控制对象的研究 青霉素是发酵代谢过程中的产物，青霉素发酵是涉及青霉菌生长、繁殖和生产的复杂生产过程，主要有配料、消毒、种子、发酵、生化、霉菌、过滤等工序。青霉素发酵的生产水平取决于生产菌种的特性和发酵条件；在确定了生产菌种的条件下，要使青霉素发酵水平稳定、提高，发酵工艺调控是关键，发酵过程控制是发酵工艺调控方法的具体实施和体现。有效的调控发酵，通过对菌种的环境条件和代谢变化规律参数进行测量，使青霉菌代谢沿着有利于青霉菌的分泌方向进行，以较低的能耗和物耗生产较多的发酵产品，达到稳定和提高发酵水平的目标，发酵过程控制是一个重要的影响因素。 青霉素发酵过程的控制主要包括物理参数、状态参数、补料和消沫几个部分。其中补料控制是影响青霉素发酵水平的一个关键因素，也是整个发酵过程控制的重点。 青霉素发酵控制系统主要完成对所有相关点的数据采集、控制和补料控制。发酵岗位控制系统分为三部分：①发酵罐发酵控制系统②种子罐发酵控制系统③公用工程控制系统。 工艺参数的控制精度的要求：①温度控制精度：设定值±0.5℃②PH控制精度：设定值±0.05PH③补料控制精度：±2.0%满量程④空气流量控制精度：±2.5%⑤罐压控制精度：设定值±0.005Mpa 3 发酵控制系统的实现 工艺简介：某制药企业发酵车间共有发酵罐22个，每个发酵大罐需有温度控制、液位控制、空气流量控制及循环水流量显示、溶解氧显示等以及自动补料控制（物料种类共五种）、pH控制和消沫控制；种子罐10个，每个种子罐设有温度控制和循环水流量显示。 系统配置：系统采用北京和利时系统工程有限公司集散控制系统中的MACS 系统。配置一个现场控制站、二个操作员站和一个工程师站。系统采用单路UPS供电。现场信号采集、补料执行及信号反馈部分主要采用梅特勒公司、北京潞航机械厂等单位的相关产品。 DCS系统的显示画面主要有：①种子罐工艺流程图画面②发酵罐工艺流程图画面③种子罐温控调整画面④系统状态图画面⑤操作主菜单画面⑥系统参数总貌画面⑦发酵罐参数趋势画面⑧发酵罐补料参数趋势画面⑨种子罐参数趋势画面⑩系统参数趋势画面公用工程参数趋势画面。 4 MACS 系统的主要特点 ①系统稳定、可靠，性能价格比高。②系统的开放性、可扩展性好。③控制周期短，保证补料控制准确。④控制条件考虑全面，避免误动作的发生。⑤系统的稳定性高。⑥可能的故障点减少。⑦可靠的接地保护。系统采用双重接地。⑧回路控制周期缩短。⑨系统的安全性。系统采用不间断电源做为保障、不同级别的使用者设置不同的操作权限、系统同时具有自动和手动补料功能。 5 MACS系统主要设备配置及功能 5.1 集散控制系统（DCS）一套，包括：DCS控制站，DCS操作站及系统控制软件及UPS电源一部。 控制站按照组态的控制方案进行运算处理，发出控制数据到执行机构。控制站还可以接收操作站发出的操作指令，转化为控制数据输出到执行机构。集散控制软件包括：组态软件、流程图设计软件、实时监控软件和/.用户自定义语言。系统要求在windows95/98/XP下运行。 操作站实现实时通讯，完成系统组态、控制组态、控制方案及操作信息的下载，同时接受控制站传回的现场数据进行实时显示，并进行记录形成历史数据，以供查询。 5.2 输入、输出部分，是指本系统的现场测量及执行机构。输入部分主要完成对现场信号的采样和转换，形成标准信号送控制站进行分析处理。输出执行机构用于接收由控制站发出的操作数据，执行现场操作，反馈执行信号，完成自动控制过程。 6 主要参数的控制原理及过程 6.1 温度控制测量单元采用一体化温度变送器，把温度信号就地变换成电流信号后远传给控制室。执行机构采用气动调节阀，为充分节能降耗，调节阀安装在各自对应的冷却水管路上。 6.2 PH值的控制发酵过程中酸碱度的检测采用梅特勒公司PH值传感器，这种传感器能够经受发酵罐的高温灭菌，并可准确连续不断
一，名词解释： 1，自动化技术:就是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机与其她信息技术，对工业生产过程实现自动检测、控制、优化、调度、管理及决策，达到高效生产、降低消耗、确保安全等目得综合性高新技术，就是促进人类社会进步与生产快速发展得动力. 2，制药生产过程自动化:通常就是指按照一定得制药工艺路线,利用各种生产设备，借助于自动化仪表装置代替人工操作,使生产在不同程度上自动地进行，最终将原料转变成产品得过程。 ３,（填或多)自动控制系统就是指被控对象与自动化仪表装置按一定方式连接起来得、能自动完成一定控制任务得总体,一般由被控对象、传感器、控制器、执行器四部分组成. 4，自动控制系统得过渡过程：把系统在输入信号作用下,由一个稳态过渡到另一个稳态中间所经历得动态调节过程, 5，动态数学模型描述得就是：被控对象在输入变量改变以后输出变量随时间变化得性质。6，滞后现象:有些被控对象在受到输入作用后,被控变量却不能立即迅速地变化,而就是要等待一段时间后才对输入信号开始响应，这种现象称为滞后现象。 7，传感器：非电量工艺参数经测量后需要转换成统一标准得模拟量或数字量得标准输出信号，能实现这种自动测量与转换技术得仪表被称为传感器. 8，信号标准：就是指各仪表之间采用得传输信号得类型与数值。 9，测量误差:由传感器测得得测量值与被测量变量得真实值之间得差值. 1０，测量仪表得允许误差：工程上把在规定得条件下，使用某一传感器进行测量时所产生得最大相对百分误差称为测量仪表得允许误差，其表达式为：δ允=δmax=±Δmax/N＊100% 11，精确度：简称精度，就是用来表示测量结果可靠程度得指标。 １2，变差:就是指在外界条件不变得情况下,使用同一仪表对某一被测变量按正反两个方向(即在仪表测量范围内逐渐从小到大与从大到小)做全量程测试时,对应于同一测量值所得得仪表读数之间得差值。 13，标定：利用某种标准仪器仪表对各种用于工业测量得仪表进行全面得技术检定与标度. 14，热电偶：热电偶就是利用热电效应原理测量温度得。热电效应就是指任何两种不同材料得导体或半导体A或B得两端分别焊在一起，组成一个闭合电路，若将两接点分别处于温度为ｔ与ｔ０得热源中，则在该回路中就会产生电动势。 １5，显示仪表：凡能将生产过程中各种工艺变量进行指示、记录或累积得仪表统称显示仪表 二，选择 1，简称为ＰIＤ工业控制规律:比例控制规律（P),积分控制规律（Ｉ），微分控制规律(D) 2，仪表得安装位置 3，按仪表使用得能源分类：（1)电动仪表（２）气动仪表
工业过程自动化技术专业简介 专业代码560303 专业名称工业过程自动化技术 基本修业年限三年 培养目标 本专业培养德、智、体、美全面发展，具有良好职业道德和人文素养，掌握过程控制技术和电工电子应用技能，熟悉生产过程自动化设备和典型过程控制系统等基本知识，具备计算机自动控制系统和智能仪表的集成、装调、运行、维护、管理及简单开发能力，从事从业过程检测和电气自动化系统性能分析、设计、调试和安装维护等工作的高素质技术技能人才。 就业面向 主要面向制药、化工、造纸、环保等行业，在自动化设备与控制系统的研发、生产、集成等技术领域，从事自动化设备与控制系统集成、安装调试、维修维护、技术支持、系统运行操作和销售工作；也可以从事智能仪表测试与简单开发、现场自动化系统与仪表维修维护等工作。 主要职业能力 1.具备对新知识、新技能的学习能力和创新创业能力； 2.具备识读一般自动化控制系统原理图、安装图和自动化设备说明书的能力； 3.具备使用与选用低压电气控制设备的能力； 4.具备使用与选用（温度、流量计、压力、物位计等）传感器、控制阀、变频器等仪器仪表的能力； 5.具备使用和选用基本仪表所属的电子元器件的能力； 6.具备对常见自动化控制系统进行集成、安装、调试和维修维护的能力； 7.具备 PLC 编程、组态设计、DCS 系统构建能力；
8.具备根据控制系统选择控制规律（位式控制、比例控制、积分控制、微分控制、比例积分控制、比例积分微分控制等）及整定控制参数的能力； 9.具备对智能仪表进行测试、简单开发及应用的能力； 10.具备判断自动化控制系统品质的能力。 核心课程与实习实训 1.核心课程 电路分析、工厂电气控制设备、电子技术、单片机应用技术、C 语言程序设计、可编程控制器技术、自动控制原理与系统、过程检测与控制技术等。 2.实习实训 在校内进行电工、电子技术应用、组态软件、PLC 课程设计、自动控制系统集成与调试、单片机应用技术、电气工程制图 AutoCAD、智能仪表制作与调试等实训。 在制造药、化工、造纸企业进行实习。 职业资格证书举例 维修电工化工仪表维修工电气设备安装工可编程序控制系统设计师 衔接中职专业举例 电气运行与控制工业自动化仪表及应用化工仪表及自动化化工机械与设备 接续本科专业举例 过程装备与控制工程电气工程及其自动化
制药行业“智能化”方向 自从德国提出“工业4.0”概念，我国政府也在2015年5月8日发布的《中国制造2025》战略规划中首次强调把“智能制造”作为我国制造业发展的主攻方向，所谓“智能”、“智能化”以及“智能制造”、“智能工厂”的概念几乎风靡我国各个行业，但是其实我们中的大部分人并没有真正明白这些概念的真正含义。 随着全球性金融危机的爆发，目前无论是工业基础比较发达的西方国家还是发展中的新兴经济体，纷纷都在制定以重振制造业为核心的再工业化战略，发达国家高端制造回流、重塑制造业优势，抢占制造业新一轮竞争制高点；发展中国家却以低成本优势，争夺中低端制造转移。中国的制造业在自身存在许多不利的条件下，面临‘双向挤压’的严峻挑战，因而发展智能制造，提升制造业竞争力刻不容缓。 正因如此，尽管我国制药行业作为典型的传统产业，与其它 行业相比，现在无论在自动化、信息化基础水平还是认识观念水平上都存在一定的差距，提出“智能化”的要求确是有些比较超前，但是我国制药行业作为制造业的一部分，依然必须面对形势发展与国家发展战略的要求。 本文“立足当前，着眼长远”，结合行业的特点与实际情 况，脚踏实地探索制药行业的“智能化”方向，认真思索相关问题。 1 医药行业“智能制造”涉及的范畴 目前我国“医药行业”本身涉及的范围较广，主要包括制药、制药装备、医药研发、医药物流、医疗器械、医药流通与医药商务等。但从制造行业角度来说，主要包括：制药业、制药装备制造业、医疗器械制造业以及与制造流程和装备有关的其它方面（如医药物流）。 从《中国制造2025》对“智能制造”内容要求出发，医药行业“智能制造”应该包括装备的智能化与制造过程的智能化。 上海医药工业研究院研究员，从事医药自动化和信息化工程设计与研究。原国家医药管理局电子技术改造医药传统产业专家组专家、北京大学国际药物工程管理硕士项目客座教授、华东理工大学GMP研究生班客座教授、上海市政府采购评审专家、注册全国自动化系统工程师（ASE）、注册国家设备监理师、注册上海市工程设备监理工程师、中国医药设备工程协会专家委员会专家、上海制药行业协会信息化专业委员会特聘专家、全国医药技术市场协会特聘专家、上海市化工学会化工自动化专业委员会、计算机化工应用专业委员会委员、《化工与医药工程》编委会委员。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/9d7556195.html, 药厂设备自动化技术应用分析 作者：张俊杰 来源：《科学与信息化》2020年第22期 摘要随着现代化技术的发展，各行各业迈入自动化的发展进程逐步加快。在这其中，制药产业与我国医疗水平的建设息息相关。因此，一直以来国家及政府部门都十分重视制药产业当前的机械化水平。药厂作为制药产业中直接体现产业实际生产能力的存在，其对于自动化技术的应用是提升制药产业机械化水平的重要内容。因此，对于当前药厂设备自动化技术应用状况进行相应的分析研究具有十分重要的现实意义。本文就药厂设备自动化技术应用的重要性展开，重点分析当前药厂设备自动化技术应用内容及其技术支持，并简要探讨其今后的发展方向。 关键词制药产业;机械化水平;药厂;自动化技术 引言 随着时代的发展，高新技术为各行各业的发展提供了很多机遇。而在这些机遇到来的同时，各行各业也面临着越来越多的挑战。制药产业作为隶属于我国医疗体系建设中十分重要的存在，其产业基础支撑药厂的发展状况直接影响着制药产业的发展水平。因此，为了促进制药产业的进一步发展，对于药厂相关内容展开针对性研究是十分有必要的。而就药厂的实际生产而言，相关设备是重中之重。而在当今自动化技术不断发展的背景之下，药厂设备的自动化水平极大的影响着药厂的实际生产效率[1]。因此，本文就药厂设备自动化技术应用相关内容展 开相应研究工作，旨在为药厂的生产经营活动的进一步展开提供简要借鉴意义，从而进一步促进制药产业的发展。 1 药厂设备自动化技术应用的重要性 在现阶段的经济水平之下，人们越来越重视身心健康，这也就对我国的医疗水平建设提出了更高的要求。在这一背景之下，制药产业被要求更加科学高效地生产出各种药物成为必然的发展趋势，这也就导致作为制药产业的基础支柱的药厂必须提升其生产效率。而对于药厂生产经营活动来说，传统技术是依托于人工而展开的，尤其是在所生产的药物的包装阶段，需要耗费大量的人工资源[2]。但是这种人工资源上的耗费并不能从根本上提升生产效率。而药厂设 备自动化技术应用利用机械化手段替代人工资源，并利用稳定可控的控制技术实现对传统技术所存在缺陷的优化，从而解放人工資源，实现药厂实际生产效率的提升。同时，其也在降低药厂人工成本，确保药厂设备的药品生产质量等方面也具有重要意义。 2 药厂设备自动化技术应用内容及其技术支持
一，名词解释： I, 自动化技术：是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现自动检测、控制、优化、调度、管理及决策，达到高效生产、降低消耗、确保安全等目的综合性高新技术，是促进人类社会进步与生产快速发展的动力。 2，制药生产过程自动化：通常是指按照一定的制药工艺路线，利用各种生产设备，借助于自动化仪表装置代替人工操作，使生产在不同程度上自动地进行，最终将原料转变成产品的过程。 3,（填或多）自动控制系统是指被控对象和自动化仪表装置按一定方式连接起来的、能自动完成一定控制任务的总体，一般由被控对象、传感器、控制器、执行器四部分组成。 4，自动控制系统的过渡过程：把系统在输入信号作用下，由一个稳态过渡到另一个稳态中间所经历的动态调节过程， 5，动态数学模型描述的是：被控对象在输入变量改变以后输出变量随时间变化的性质。 6，滞后现象：有些被控对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即迅速地变化，而是要等待一段时间后才对输入信号开始响应，这种现象称为滞后现象。 7，传感器：非电量工艺参数经测量后需要转换成统一标准的模拟量或数字量的标准输出信号，能实现这种自动测量与转换技术的仪表被称为传感器。 8，信号标准：是指各仪表之间采用的传输信号的类型和数值。 9，测量误差：由传感器测得的测量值与被测量变量的真实值之间的差值。 10，测量仪表的允许误差：工程上把在规定的条件下，使用某一传感器进行测量时所产生的 最大相对百分误差称为测量仪表的允许误差，其表达式为：3允=S max= ±A max/ N* 100% II, 精确度：简称精度，是用来表示测量结果可靠程度的指标。 12, 变差：是指在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对某一被测变量按正反两个方向（即 在仪表测量范围内逐渐从小到大和从大到小）做全量程测试时，对应于同一测量值所得的仪 表读数之间的差值。 13, 标定：利用某种标准仪器仪表对各种用于工业测量的仪表进行全面的技术检定和标度。 14, 热电偶：热电偶是利用热电效应原理测量温度的。热电效应是指任何两种不同材料的导体或半导体A或B的两端分别焊在一起，组成一个闭合电路，若将两接点分别处于温度为 t和t0的热源中，则在该回路中就会产生电动势。 15, 显示仪表：凡能将生产过程中各种工艺变量进行指示、记录或累积的仪表统称显示仪表 二，选择 1,简称为PID工业控制规律：比例控制规律（P）,积分控制规律（I）,微分控制规律（D） 2,仪表的安装位置 3, 按仪表使用的能源分类：（1 ）电动仪表（2 ）气动仪表
制药工程 与化工仪表及自动化自动化技术的发展推动了工业生产的快速发展，在制药行业中起着十分重要的作用，由于采用了自动化仪表和集中控制装置，促进了连续生产过程自动化的发展，大大地提高了劳动生产率，乎的了巨大的社会效益和经济效益。所谓化工自动化就是在化工设备在配备一些自动化装置，代替操作人员的部分直接劳动，试生产在不同程度上自动地进行。 自动控制技术范围很广，包括自动控制理论、控制系统设计、系统仿真、现场调试、可靠运等。由于控制对象种类繁多所以控制技术的类容十分丰富，包括精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、示教再现、检索等控制技术。 制药工业涉及化学合成制药过程、生物代谢制药过程、天然药物分离纯化过程以及各种药物制剂配置加工等过程，具有工艺复杂、设备种类繁多、高温高压、腐蚀、易燃、易爆有毒有害等特性，为了保证生产人员、生产设备、生产环境以及生产原料和产品的安全，更为了用药人的权益和安全，必须有可靠有效的检测与控制手段来确保所需的全部安全。任何一个制药过程都离不开自动检测与自动控制技术。目前，我国制药工业采用控制仪表、DCS 、PLC现场总线等不同档次的自控技术，对生产过程进行检测与控制。自动控制系统一般
是由检测和分仪表、调节器、变送器以及执行器等构成。生产过程中自动控制仪表有气动仪表和电动仪表等，电动仪表由于其信号便于远距离传送，便于同计算机配合以及它本身可靠性的提高，发展得比气动仪表快。然而，气动仪表具有许多特有的优点，如防爆炸性能好，结构简单，可靠性高一级便与维修等。利用自动化制药加快了生产速度，降低了生产成本，提高了产品的产量和质量。制药的生产过程大多都是在高温、高压或低温、低压下进行，还有的是易燃、易爆或有毒、有腐蚀性、有刺激性气味，利用自动化生产工人只需对自动化装置进行监视，而不需要直接从事大量危险的操作。利用自动化生产能保证生产安全，防止发生或扩大，达到延长设备使用寿命，提高利用设备的目的。 药制剂生产中的应用：自动控制系统及自动控制技术在药物制剂生产中的应用越来越广泛，例如：物料的加热、灭菌温度的自动测量、记录和控制；洁净车间中空调系统的温度、湿度及新风比的自动调节；多小注射用水机中对所产注射用水的温度、电导率的检测的控制。注射剂生产中所使用的脉动真空蒸汽灭菌柜对灭菌温度、灭菌时间的自动控制和程序控制等等。 在制剂生产过程中，需要对某一方面进行自动保护，否则将可能影响产品质量或生产其他不利影响，粉针剂生产中的螺杆式分装机的自动保护有防金属微粒的保护和无瓶保护。在制剂生产过程中的自动检测，在生产过程中需要连续对产品进行检测，以控制和保证产品质量或检测生产状况。在粉针剂生产流水线中，为便于对分装、扎盖、
药厂实时数据采集系统项目解决方案
1 背景 1.1 引言 随着国家大力推进走新型工业化道路，以信息化带动工业化，以工业化促进信息化。工业面临着日趋激烈的竞争。降低成本，提高生产效率，快速响应市场，是企业不断追求的目标。要实现上述目标，必须把企业经营生产中的各个环节，包括市场分析、经营决策、计划调度、过程监控、销售服务、资源管理等全部生产经营活动综合为一个有机的整体，实现综合信息集成，使企业在经营过程中保持柔性，因此，建立全厂统一的生产实时数据平台，就成了流程企业今后生产信息化的关键。 1.2 目标 “实时数据采集系统”是为生产过程进行实时综合优化服务信息系统提供数据基础。企业信息化建设的关键问题是集成，即在获取生产流程所需全部信息的基础上，将分散的控制系统、生产调度系统和管理决策系统有机地集成起来，不同业务和系统间能够实时的交换和共享数据。（以下是数据采集信息化的好处） （一）建立统一的企业数据模型。 （二）解决分期建设的不同应用系统、不同工厂之间彼此隔离、互不匹配、互不共享的信息孤岛问题。 （三）保证数据来源一致性，提高数据经过层层抽取之后的可信度。 （四）汇总、分析和展示企业历史的业务数据。 （五）企业管理层能够直接根据各工厂的真实数据进行统计数据、分析逐步钻取直到数据根源。 （六）透明底层的数据，监督统计分析数据的准确性。 （七）企业应用集成，规范企业业务的数据流程。 1.3 工厂架构 （一）现场层：包括传感器，仪表，电机，气缸，阀门等执行器件。也包括特定的设备及专业仪器，也涵盖简单的PLC、PAC、工控机、嵌入式控制单元和HMI等。
（二）控制层：主要就是高性能的PLC或工控机。其实现将整个工厂的现场单元进行联网，数据集成，集中控制。HMI为标配人机交互系统，其还会有SCADA系统，统一管理，实现人机交互。 （三）生产层：这里指MES系统（制造企业生产过程执行系统）。是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统。MES为企业提供“制造数据管理”，“计划排程管理”，“生产调度管理”，“库存管理”，“质量管理”，“人力资源管理”，“电子看板管理”等功能。主要面向订单执行、生产计划、排程等。 （四）企业层：ERP系统，完成财务，人员，订单等管理。如图1-1所示。 图1-1 自动化网络构架
中药生产过程自动化控制技术概述 中药工业化生产流程主要由提取、过滤、浓缩、醇沉、吸附、洗脱、收膏、干燥、制剂及相应的乙醇回收等工序组成，且最为主要的提取、浓缩、醇沉以及干燥等工序都是多变量、扰动大、非线性的复杂动态系统。由于中药材原料中有效成分的含量相对较低，而非有效成分含量高且复杂，为最大限度地提取出药材中的有效成分，并尽可能减少非有效成分的提出，这给组分提取与分离带来了很大的困难，使得中药生产工艺流程（图1）变得更加复杂冗长。 我国现阶段的中药生产技术与国际生产技术相比还有一定的差距，提取分离技术滞后于制剂技术，不仅工艺粗放、装备水平和自动化程度低、缺乏有效的质控手段，而且制造过程以落后的单元操作和人工操作为主，远未实现整个工艺过程的集成和优化，严重制约了中药产业的发展及国际化。造成这些问题的主要原因表现在以下两个方面：中药有效成分的复杂性，中药材质量的不稳定性；工业生产技术水平低，中成药生产的标准化、规范化程度不够，相关标准要求不高。 一、中药生产工艺主要环节及其特点 1.提取工段 中药提取过程是溶质从固相药材高浓度向液相低浓度渗透的传质过程，其提
取浸出扩散力来源于提取溶剂与固相药材组织内有效成分的浓度差，浓度差越大，扩散传质的动力越大，浸出速度越快，有效成分浸出率越高。在中药有效成分的提取过程中，既要确保有效成分的提取率，又要保证不同批次提取液的质量稳定性。如果温度、压力、加溶剂的比例、提取时间等参数控制得当，就能获得较高的提取率，否则有可能造成有效成分损失较大。因此，针对不同的中药材选择合适的提取工艺并按照正确的提取工艺进行提取，是中药生产和工艺研究的一个至关重要的环节。 传统中药提取方法主要有水煎煮法、热回流法、冷浸法、渗漉法等，这些方法虽然有一定优势，但仍存在不少问题，如提取温度过高引起有效成分的损失、不适合热敏性成分的提取、溶剂消耗量大、提取时间长、提取效率较低等。采用多次提取方法有助于提高提取率，但多次提取导致生产效率降低，而且增加后续浓缩工艺的能耗，使生产成本大幅度提高。目前已发展了一些新型的提取技术如动态罐组式逆流提取技术、超临界流体萃取、超声提取、微波提取、旋流提取、密闭动态提取、半仿生提取等。 2.浓缩工段 中草药提取液的浓缩是中药制药的重要工序之一，是中药制药生产过程中能耗最多的工段，也是中药制药现代化的重要组成部分。目前，该工段存在着浓缩温度高、浓缩时间长、有效成分及挥发性成分有损失、一步浓缩难以实现高相对密度的质量要求、设备易结垢以及废液排放等问题，给后续操作带来困难，并会影响中药产品的质量与疗效。 传统的真空浓缩方法由于物料长时间受热，容易造成有效成分损失，且药液中固形物易粘附于加热管壁，造成结垢传热速度减慢、浪费能源，而且会使垢层炭化造成滤液污染。此外，真空浓缩进料难以控制，容易造成进料过多导致跑料。为了解决这些问题，开发了一系列先进的中药提取液浓缩新工艺和新技术，如悬浮冷冻浓缩、渐进冷冻浓缩、自然外循环两相流浓缩、在线防挂壁三相流浓缩、反渗透、膜蒸馏、渗透蒸馏、大孔吸附树脂分离浓缩等。这些技术针对不同中药提取液浓缩的特点，改进了传统浓缩技术中的一些不足之处，具有各自的特点和应用价值。 3.醇沉工段
自动化技术在制药设备中的应用探究 发表时间：2019-07-31T11:24:30.213Z 来源：《当代电力文化》2019年第06期作者：叶华强[导读] 现今的制药设备的自动化控制技术，从控制系统逻辑化、位置定位精准化、到操作模式人性化，这无不展示着现代化的制药装备水平。 广州白云山光华制药股份有限公司 摘要：随着科学技术的不断革新进步，自动化技术逐渐被应用到各行各业，制药企业也不例外，其利用先进的自动化技术进行药品生产与包装，提高生产效率，节省人力成本，也促进节能减排，对制药企业的可持续发展有着重要的意义。 关键词：制药设备；自动化；应用 引言 随着社会的不断进步和科学技术的发展，新时代对制药企业提出了更高的要求，制药企业要想适应社会发展的步伐，提高企业自身的竞争力，就必须在保证质量的前提下，提高生产效率，降低生产成本，这样自然离不开自动控制技术在生产设备中的应用。现今的制药设备的自动化控制技术，从控制系统逻辑化、位置定位精准化、到操作模式人性化，这无不展示着现代化的制药装备水平。制药设备常见的自动化技术有PLC控制技术、变频控制技术、伺服控制技术，这些技术的应用在很大程度上提高了制药企业的生产效率，推动了药企的发展。 1制药设备自动化技术的发展背景与研究意义传统的制药企业生产主要依靠人力，尤其是药品的包装，需要的劳动力更多。大量的劳动力意味着高成本的投入，为了降低劳动力成本，制药企业需要对生产设备进行技术改造和升级，通过先进的自动化技术来代替人力劳动[1]。在科学技术快速发展的时代，自动化理论逐渐成熟，自动化制药装备越来越多，例如，湿法混合制粒机、高效包衣机、全自动灌装机、包装生产线等制药设备。自动化技术的应用，一方面大大减少了劳动力，降低了人力成本消耗，另一方面提高了生产效率，使资源得到充分利用，并且提高了制药企业的竞争力，有利于企业适应社会发展潮流，避免被时代所淘汰。 2 自动化技术在制药设备中的应用 2.1 PLC控制技术在制药设备中的应用 PLC可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller）是工业自动化控制的核心部分。PLC体积小、重量轻、能耗低，功能完善且适用性强，由于有多种优势，因此，在制药企业得到了广泛应用。目前，PLC是制药设备里不可或缺部分，其优势具体体现在以下几个方面：第一，PLC系统既能够对模拟量进行控制，还能够对开关量进行控制，在使用时非常方便。事实上，由于PLC的输入口可以和各类开关连接，而输出口又可以和继电器、接触器等进行连接，起到较强的抗干扰作用，因此，除了模拟量控制和开关量控制外，其还可以完成智能化集散控制，实现数据的采集。第二，利用PLC系统可以实现数据的采集与储存，能够通过触摸屏将采集的数据信息显示出来，便于数据的分析和处理，同时还能够提高设备的自动化与智能化。第三，在互联网的作用下，PLC系统可以完成实时控制，通过对现场的情况进行监测与管控，达到分散控制和集中管理的目的。 就现阶段来看，PLC控制技术是目前制药企业中应用最广泛的自动化技术，其对药企的发展起到了重要的推动作用。在生产制药过程中，由于各药品的生产工艺流程不同且车间工艺控制要求不同，因此，在同一类设备，或同一台设备的设置都有所不一样。面对这问题，PLC可编程控制器就体现了它的强大能力，可以编写与之生产工艺相对应的程序，来实现自动化智能控制生产过程的各个环节。如：①PLC 自动控制技术在配药设备领域的具体应用。在制药领域，PLC技术可以应用于配药设备中，通过预先在系统中设置好药物配方，配药设备便可以根据配方自动进行取药、发药和封装，节省了劳动力，提高了配药效率。现阶段，我国使用最多的中药智能配药机控制系统主要包括两部分：一部分是PC机，用来进行信息的系统管理和控制方法的规划，另一部分是PLC机，主要是对控制任务进行具体的执行。在设计配药系统时，结合了先进的计算机控制技术，一方面提高了取药的精确度，另一方面也使配药更加自动化，有效地提高了配药质量和效率，为中药相关从业者解决了很多问题。我国众多制药企业应用PLC技术的经验表明，PLC技术除了可以改进配药工艺，提高工作效率外，还能够节省大量的原材料，既节约了成本，又节约了资源。②PLC自动控制技术在包衣设备中的实际应用。在现代化制药包衣设备中，常见的制药包衣设备是以西门子系列PLC为控制器，以TP270为人机交互界面。原始包衣设备拥有的进风系统、排风系统、蠕动泵和喷枪等，被简化为对机器内温度、仪器主机滚筒转速、滚筒承压的控制以及进、排风量等制造包衣等重要因素的直接控制，由此实现了包衣设备的全自动化。事实上，PLC系统的控制已经可以使包衣的所有环节都受益了。③PLC自动控制技术在药品灌装和包装设备中的实际应用。在药物的罐装和包装环节，通常也会利用PLC控制技术。由于其包装设备具有机电一体化的特征，经常导致联动机的各部件运作不稳定，此时，利用PLC控制技术就可以解决这个问题，这是因为PLC技术具有较高的抗干扰性。不论工作环境多么恶劣，其都不会受到强烈干扰，并且能够持续保持良好的工作状态。 2.2 变频器控制技术在制药设备中的应用 变频器（Variable-frequency Drive）是用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。实际上，变频器就是一个逆变器，先将三相或单相交流电变为直流电（DC），然后用电子元件对直流电进行开关，变为交流电（AC）。另外，变频器其他功能，如调压、稳压和过载保护等。 随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了广泛应用，制药企业也广泛使用变频控制技术，把普通的三相异步电动机，加装变频器可实现调速功能，从而达到节能降耗和保护机器设备的作用。制药设备中，变频控制技术起着至关重要作用，如制水设备需要水泵不断的供水或者冷却设备需要对生产设备进行循环冷却；制粒机、包衣机、洁净空调系统等设备需要风机进行不断的送风和排风；搅拌机、混合机、粉碎机等需要不停控制转动；生产线能按照生产进度来调整生产线的传输速度。纵所周知，机器电机的启动电流很大，甚至是几倍的额定电流，通过变频器V/F控制，从而实现软启动，不但能有效的使电机正常运行，还能检测到电压波动、电机过载和非正常电流过大等情况，及时发出报警，及时停车，避免生产中的不必要损伤。由于变频器的优势，药企的一些原生产设备或动力设备没有变频控制的，通过变频技术改造，消除原有缺点，满足生产工艺要求外，方便调试，提高生产效率，提高设备使用寿命，且节能降耗，一举多得。 2.3 伺服控制技术在制药设备中的应用
一,名词解释: 1，自动化技术:就是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机与其她信息技术,对工业生产过程实现自动检测、控制、优化、调度、管理及决策,达到高效生产、降低消耗、确保安全等目的综合性高新技术,就是促进人类社会进步与生产快速发展的动力。 2，制药生产过程自动化:通常就是指按照一定的制药工艺路线,利用各种生产设备,借助于自动化仪表装置代替人工操作,使生产在不同程度上自动地进行,最终将原料转变成产品的过程。 3,(填或多)自动控制系统就是指被控对象与自动化仪表装置按一定方式连接起来的、能自动完成一定控制任务的总体,一般由被控对象、传感器、控制器、执行器四部分组成。4，自动控制系统的过渡过程:把系统在输入信号作用下,由一个稳态过渡到另一个稳态中间所经历的动态调节过程, 5，动态数学模型描述的就是:被控对象在输入变量改变以后输出变量随时间变化的性质。6，滞后现象:有些被控对象在受到输入作用后,被控变量却不能立即迅速地变化,而就是要等待一段时间后才对输入信号开始响应,这种现象称为滞后现象。 7，传感器:非电量工艺参数经测量后需要转换成统一标准的模拟量或数字量的标准输出信号,能实现这种自动测量与转换技术的仪表被称为传感器。 8，信号标准:就是指各仪表之间采用的传输信号的类型与数值。 9，测量误差:由传感器测得的测量值与被测量变量的真实值之间的差值。 10,测量仪表的允许误差:工程上把在规定的条件下,使用某一传感器进行测量时所产生的最大相对百分误差称为测量仪表的允许误差,其表达式为:δ允=δmax=±Δmax/N*100% 11,精确度:简称精度,就是用来表示测量结果可靠程度的指标。 12,变差:就是指在外界条件不变的情况下,使用同一仪表对某一被测变量按正反两个方向(即在仪表测量范围内逐渐从小到大与从大到小)做全量程测试时,对应于同一测量值所得的仪表读数之间的差值。 13,标定:利用某种标准仪器仪表对各种用于工业测量的仪表进行全面的技术检定与标度。14,热电偶:热电偶就是利用热电效应原理测量温度的。热电效应就是指任何两种不同材料的导体或半导体A或B的两端分别焊在一起,组成一个闭合电路,若将两接点分别处于温度为t 与t0的热源中,则在该回路中就会产生电动势。 15,显示仪表:凡能将生产过程中各种工艺变量进行指示、记录或累积的仪表统称显示仪表二,选择 1，简称为PID工业控制规律:比例控制规律(P),积分控制规律(I),微分控制规律(D) 2，仪表的安装位置 3，按仪表使用的能源分类:(1)电动仪表(2)气动仪表 4，在实际工作中,可采用(实验)的方法来测定被控对象的特性,并可对通过机制分析得到的被控特性加以验证,相辅相成,以便获得可靠的被控对象特性。
制药行业自动化讲解与方案 制药工程是一个化学、药学（中药学）和工程学交叉的工科类专业，以培养从事药品制造，新工艺、新设备、新品种的开发、放大和设计人才为目标。这个名称正式出现在教育部的本科专业目录是1998年。尽管制药工程专业在名称上是新的，但是从学科沿革来看它的产生并不是全新的，是相近专业的延续，也是中国科学技术发展到一定时期的产物。 工业前景 医药产业已成为世界经济强国竞争的焦点，世 界上许多国家都把建立医药品工业视为国家强盛的 一个象征。新药的不断发现和治疗方法（如基因研究） 的巨大进步，促使医药工业发生了非常大的变化。因 此，无论是药品，还是过程技术都需要新型制药工程 师，这类人才掌握最新技术和交叉学科知识、具备制 药过程和产品双向定位的知识及能力，同时了解密集 的工业信息并熟悉全球和本国政策法规。正如前面已经提到的，2003年中国制药企业共5082家，生产药品的工业企业约3000家，生化制药企业300余家，其中现代生物制药企业47家；生产中药（包括天然药物）产品的企业约1600家，其中专门生产中药（包括天然药物）产品的155家。另外，还有药品批发企业16.7万多家，药品零售企业12万家，医疗机构6万家。这些企业都在对制药工程专业人才有较大的需求量。 中国已有100多所高校设置了制药工程专业，如果按每个专业招收60名学生计算，每年将有6000多名制药工程专业的毕业生走向社会。2003年以制药工程专业的名义招收的学生已经走向了社会，第一届毕业生的毕业人数不是很多，整体就业率还不错。2004年第二届毕业生也已毕业，就业情况非常不错。这中间有一些学生进入了研究生阶段的学习，很少部分出国留学，但是大部分都在国内各种岗位上工作，主要去向有企业、高校、研究机构、其他行业。从专业对口程度来说，大部分学生从事与“药”有关的工作，但也有一定比例的学生去了与专业不太相关的工作岗位。2004年，制药工程专业招生情况非常火红，不少学校的录取分数线排列在本校录取分数的前3名，这对提高制药工程专业的生源质量是一个非常好的契机。但必须看到在“招生繁荣”背后更深层次的问题，譬如培养的质量、师资队伍的建设、就业压力等。招生规模的持续扩大，在让更多的年轻人接受高等教育、提高整个民族文化素质的同时，人才市场竞争日趋激烈，再加之不少毕业生在就业观念方面存在的一些偏差，会给毕业生的一次就业率产生较大的影响。这些因素最终会影响到专业的建设和健康发展。
青霉素制药企业发酵工序自动控制系统 本系统基于集控制系统散控制技术,以北京和利时公司DCS系统为核心,利用测量单元及相关的执行机构实现制药企业发酵工序自动补料及温度、压力、空气流量、液位、PH值、溶解氧等工艺参数的自动控制,提高车间自动化控制程度,方便生产管理等方面而进行的整体方案设计。 标签：DCS系统自动控制测量单元执行机构 1 某制药企业发酵自动控制现状 自上世纪九十年代初建厂以来,该制药企业获得了长足发展。发酵工序工艺参数的控制也经历了由人工、半人工、仪表控制到PLC控制。但随着工艺的不断改进和生产管理上高标准的要求,原来的单仪表控制温度、压力等方法,已远远不能满足企业的需求。虽然系统运行基本正常,但存在以下问题: 1.1 维护困难:系统使用的专用功能板,现在已很难买到备件,系统已运行多年,一旦硬件发生故障,将威胁生产安全。 1.2 控制精度低:受当时的硬件条件限制,计算机响应速度很慢,例如在计算机上手动关阀需要几分钟;对生产影响很大。 1.3 人机界面差:受当时的软件发展水平限制,系统运行在DOS 环境下,且为全西文操作界面;操作不方便。 1.4 扩展性差:系统扩容困难并难于进行控制优化。 1.5 仪表与控制系统的联接与响应不畅。 1.6 执行机构出现误信号越来越频繁。 因此制药厂开始探索应用DCS控制系统改造过去陈旧落后的控制手段,为整体的企业自动化水平升级。 2 控制对象的研究 青霉素是发酵代谢过程中的产物,青霉素发酵是涉及青霉菌生长、繁殖和生产的复杂生产过程,主要有配料、消毒、种子、发酵、生化、霉菌、过滤等工序。青霉素发酵的生产水平取决于生产菌种的特性和发酵条件;在确定了生产菌种的条件下,要使青霉素发酵水平稳定、提高,发酵工艺调控是关键,发酵过程控制是发酵工艺调控方法的具体实施和体现。有效的调控发酵,通过对菌种的环境条件和代谢变化规律参数进行测量,使青霉菌代谢沿着有利于青霉菌的分泌方向进行,以较低的能耗和物耗生产较多的发酵产品,达到稳定和提高发酵水平的目标,发酵过
一，名词解释： 1，自动化技术：是一种运用控制理论、仪器仪表、计算机和其他信息技术，对工业生产过程实现自动检测、控制、优化、调度、管理及决策，达到高效生产、降低消耗、确保安全等目的综合性高新技术，是促进人类社会进步与生产快速发展的动力。 2，制药生产过程自动化：通常是指按照一定的制药工艺路线，利用各种生产设备，借助于自动化仪表装置代替人工操作，使生产在不同程度上自动地进行，最终将原料转变成产品的过程。 3，（填或多）自动控制系统是指被控对象和自动化仪表装置按一定方式连接起来的、能自动完成一定控制任务的总体，一般由被控对象、传感器、控制器、执行器四部分组成。4，自动控制系统的过渡过程：把系统在输入信号作用下，由一个稳态过渡到另一个稳态中间所经历的动态调节过程, 5，动态数学模型描述的是：被控对象在输入变量改变以后输出变量随时间变化的性质。6，滞后现象：有些被控对象在受到输入作用后，被控变量却不能立即迅速地变化，而是要等待一段时间后才对输入信号开始响应，这种现象称为滞后现象。 7，传感器：非电量工艺参数经测量后需要转换成统一标准的模拟量或数字量的标准输出信号，能实现这种自动测量与转换技术的仪表被称为传感器。 8，信号标准：是指各仪表之间采用的传输信号的类型和数值。 9，测量误差：由传感器测得的测量值与被测量变量的真实值之间的差值。 10，测量仪表的允许误差：工程上把在规定的条件下，使用某一传感器进行测量时所产生的最大相对百分误差称为测量仪表的允许误差，其表达式为：δ允=δmax=±Δmax/N*100% 11，精确度：简称精度，是用来表示测量结果可靠程度的指标。 12，变差：是指在外界条件不变的情况下，使用同一仪表对某一被测变量按正反两个方向（即在仪表测量范围内逐渐从小到大和从大到小）做全量程测试时，对应于同一测量值所得的仪表读数之间的差值。 13，标定：利用某种标准仪器仪表对各种用于工业测量的仪表进行全面的技术检定和标度。14，热电偶：热电偶是利用热电效应原理测量温度的。热电效应是指任何两种不同材料的导体或半导体A或B的两端分别焊在一起，组成一个闭合电路，若将两接点分别处于温度为t和t0的热源中，则在该回路中就会产生电动势。 15，显示仪表：凡能将生产过程中各种工艺变量进行指示、记录或累积的仪表统称显示仪表二，选择 1，简称为PID工业控制规律：比例控制规律（P），积分控制规律（I），微分控制规律（D）2，仪表的安装位置 3，按仪表使用的能源分类：（1）电动仪表（2）气动仪表 4，在实际工作中，可采用（实验）的方法来测定被控对象的特性，并可对通过机制分析得到的被控特性加以验证，相辅相成，以便获得可靠的被控对象特性。