[00106916]生物化工制药综合自动化系统的关键技术研究

　　生物化工制药行业是国民经济的重要支柱产业之一。随着生物化工制药企业的规模不断扩大及产品的多样化，通过完善工艺操作及生产控制，充分挖掘技术及管理潜力，努力提高产品质量，并彻底改变生物化工制药行业"高消耗、高能耗、高污染"的局面，创造更佳的经济与社会效益，实现企业的综合自动化就显得十分重要。本项研究，针对大型生物化工制药企业实施综合自动化系统的要求，以及生物化工过程关键变量难以在线测量，发酵罐、反应釜数量庞大且特性各异，过程间歇性、随机性、非线性、不确定性等特点，重点研究开发了生物发酵过程难测变量的软测量关键技术，生物发酵制药过程成套专用控制系统关键技术，化工合成制药过程成套专用控制系统关键技术，公用工程和辅助过程成套专用控制系统关键技术，生物化工制药过程专用优化系统关键技术，生物化工制药企业ERP软件平台关键技术等，最后形成集检测、控制、优化、调度、管理与决策于一身的生物化工制药综合自动化系统。针对生物化工过程关键变量难以在线测量的特点，研究开发了基于发酵罐气相物料平衡原理、反应热、反应动力学以及解决局部弱可观性理论的发酵过程软测量技术和非线性状态观察器设计技术，解决了一批关键难测变量的在线估计问题。 　　针对生物化工过程间歇性、随机性、非线性、不确定性等特点，重点研究开发了专用控制装置、先进控制、过程优化、软测量、故障诊断等软硬件技术高度集成的成套专用控制系统，解决了工程化通用抗时变时滞鲁棒控制、最优性能鲁棒跟踪控制、无静差鲁棒跟踪任意设定值目标的先进控制、反应器基于支持向量机的非线性模型预测控制等难题。针对发酵罐、反应釜数量庞大且特性各异的特点，分类研究了各具特色的专用优化系统，开发了用动态规划实用算法实现培养基添加策略优化技术、pH与反应温度在线优化技术、氧传递过程优化技术等。实施示范工程的大型生物化工制药企业，通过应用生物化工制药综合自动化系统的关键技术，实现了提高发酵效价、降低倒罐率、增加收率、节能降耗、提高生产率等建设目标，年均新增利税6500多万元，为企业带来了显著的经济效益与社会效益。 　　目前，生物化工制药综合自动化系统的系列关键技术，已先后在山东东辰生物股份有限公司等数十家企业生产装置上推广应用，显著提升了这些企业的自动化水平，提高了生产效率，优化了工艺操作，已产生重大的经济和社会效益。该项成果整体技术国内领先，达到了国际先进水平。