現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和工業(yè)以太網(wǎng)在生物制藥行業(yè)中的應(yīng)用

　　本項(xiàng)目自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)主張采用西門(mén)子SIMATICNET系列產(chǎn)品。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)以工業(yè)以太網(wǎng)(用于區(qū)域和單元聯(lián)網(wǎng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))和PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(用于現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn))為重要組成部分，可完成工廠通訊，數(shù)據(jù)通訊和過(guò)程/現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化通訊等不同層次，不同性能的復(fù)雜聯(lián)網(wǎng)任務(wù)。

　　網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)共分為3層結(jié)構(gòu)，分別為：現(xiàn)場(chǎng)控制層、過(guò)程監(jiān)控層、生產(chǎn)管理和市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理層。

　　1)現(xiàn)場(chǎng)控制層

　　PROFIBUS是一種用于過(guò)程自動(dòng)化的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其靈活的網(wǎng)絡(luò)配置和對(duì)分布式I/O設(shè)備的總線連接方式使得控制系統(tǒng)在布線方面的工程成本大幅度降低，工程實(shí)施大大簡(jiǎn)化，系統(tǒng)可靠性和系統(tǒng)功能大大提高。

　　PROFIBUS的通訊協(xié)議完全滿足規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的要求，它的開(kāi)放性允許來(lái)自不同制造商的標(biāo)準(zhǔn)化部件實(shí)現(xiàn)兼容和集成。

　　我所的現(xiàn)場(chǎng)I/O控制采用PROFIBUS-DP總線進(jìn)行I/O分布式配置，共分8個(gè)PLC單元。PLC-1～PLC-3為52號(hào)建筑新風(fēng)機(jī)組和空調(diào)機(jī)組的控制單元。PLC-4擔(dān)負(fù)著52號(hào)建筑空調(diào)冷站工藝?yán)湔竞蛣?dòng)力站的監(jiān)控任務(wù)。PLC-5為52號(hào)建筑的照明和變配電系統(tǒng)的控制單元。PLC-6將對(duì)53號(hào)建筑的空調(diào)機(jī)組和冷站進(jìn)行監(jiān)控。PLC-7為52號(hào)建筑的工藝設(shè)備控制單元，主要控制設(shè)備有：轉(zhuǎn)瓶機(jī)、滅菌柜，干燥箱等。PLC-8為能源監(jiān)控單元，主要完成對(duì)我所空壓站、純水處理站、工業(yè)蒸汽、水塔等動(dòng)力設(shè)施的監(jiān)視或控制。

　　對(duì)懸浮培養(yǎng)、滅活、乳化、分裝等工藝過(guò)程的監(jiān)視或控制，將視我所配置的工藝處理控制設(shè)備通訊接口狀況，或集成于PLC-7的PROFIBUS-DP總線上(此時(shí)要求這些工藝處理控制設(shè)備接口滿足PROFIBUS通訊協(xié)議)，或集成于工業(yè)以太網(wǎng)上(此時(shí)要求這些工藝處理控制設(shè)備接口滿足TCP/IP通訊協(xié)議)。

　　2)過(guò)程監(jiān)控層

　　上述8個(gè)控制單元全部掛接于PROFIBUS總線上，以完成與上位操作站或彼此之間的通訊處理，從而形成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的過(guò)程監(jiān)控層。

　　根據(jù)8個(gè)控制單元的不同功能，在PROFIBUS總線上設(shè)置了4個(gè)獨(dú)立操作站和1個(gè)WINCC服務(wù)器。4個(gè)獨(dú)立操作站分別為：HVAC系統(tǒng)操作站、照明/變配電系統(tǒng)操作站、工藝設(shè)備控制操作站和能源監(jiān)控操作站。HVAC系統(tǒng)操作站針對(duì)PLC-1～PLC-4，PLC6這5個(gè)控制單元，照明/變配電系統(tǒng)操作站針對(duì)PLC-5控制單元，工藝設(shè)備控制操作站針對(duì)PLC-7控制單元，能源監(jiān)視系統(tǒng)操作站針對(duì)PLC-8控制單元。這些操作站將安裝SIMATICWINCC視窗控制中心以生成用戶所需的多種SCADA功能—工藝過(guò)程圖形、報(bào)警信息處理、數(shù)據(jù)收發(fā)、記錄和曲線、圖表顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和報(bào)表生成、打印輸出等。

　　所有8個(gè)控制單元的數(shù)據(jù)信息將通過(guò)WINCC服務(wù)器傳輸至工業(yè)以太網(wǎng)的相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)器中，以供系統(tǒng)的全集成使用。

　　考慮到我所未來(lái)的規(guī)劃項(xiàng)目的升級(jí)，在PROFIBUS總線層上預(yù)留了以下系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)接口：

　　新建變配電站網(wǎng)絡(luò)接口

　　生物安全四級(jí)(BL4)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)接口

　　鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口

　　現(xiàn)有GMP車間改造網(wǎng)絡(luò)接口

　　3)生產(chǎn)與市場(chǎng)管理層

　　我所的生產(chǎn)調(diào)度、計(jì)劃、庫(kù)存、人事、財(cái)務(wù)、銷售以及市場(chǎng)決策等構(gòu)成工廠信息的管理層，并在這些部門(mén)間實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化。

　　SIMATICNET是一種IT網(wǎng)絡(luò)。由于其數(shù)據(jù)通訊采用了TCP/IP協(xié)議，因此整個(gè)工業(yè)控制系統(tǒng)的各主要部分可經(jīng)過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)集成到辦公自動(dòng)化環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)了辦公自動(dòng)化與工業(yè)環(huán)境下自動(dòng)化系統(tǒng)的無(wú)縫集成。

　　工業(yè)以太網(wǎng)(亦即Intranet)以TCP/IP通訊協(xié)議為基礎(chǔ)，將該項(xiàng)目中的所有監(jiān)控系統(tǒng)工作站、消防系統(tǒng)工作站、門(mén)禁系統(tǒng)工作站、設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控工作站與上述的工藝過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器一起進(jìn)行系統(tǒng)全集成。為此，在工業(yè)以太網(wǎng)上將設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器。

　　無(wú)論是現(xiàn)在還是將來(lái)，電子郵件和瀏覽器將作為廣泛實(shí)施的通訊工具被應(yīng)用在辦公環(huán)境中。按照本設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我所的辦公自動(dòng)化水平不僅局限于電子郵件和瀏覽器的使用，同時(shí)經(jīng)過(guò)ISDN(IntegratedServiceDigitalNetwork)以及Internet上的電話連接可實(shí)現(xiàn)與WAN(廣域網(wǎng))的連接功能，使異地辦公、異地管理成為可能，這將為我所在未來(lái)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中提供快速準(zhǔn)確的全球性信息服務(wù)。

　　2、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)置及設(shè)備選型

　　1)主控室工作站

　　主控室網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括消防系統(tǒng)工作站，門(mén)禁系統(tǒng)工作站，設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控操作站，及其過(guò)程監(jiān)控層使用的HVAC系統(tǒng)操作站、照明/配電系統(tǒng)操作站及能源監(jiān)視操作站。該工作站設(shè)置在52#建筑的軸向(B-C)-橫向(2，3)上技術(shù)夾層辦公室內(nèi)，進(jìn)行集中布置。

　　上述工作站的計(jì)算機(jī)配置為：奔騰Ⅲ-500MHZ以上CPU，64MB以上內(nèi)存，4.3Gb以上硬盤(pán)，1.44MB軟驅(qū)，17寸或21寸彩顯，配鼠標(biāo)器鍵盤(pán)等附件。

　　在過(guò)程監(jiān)控層PROFIBUS總線上和工業(yè)以太網(wǎng)上各設(shè)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)一臺(tái)。采用激光打印機(jī)?？偩€打印機(jī)完成過(guò)程報(bào)警記錄、過(guò)程數(shù)據(jù)記錄、圖表生成等功能。網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)完成各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所輸出的工藝信息、監(jiān)控信息、管理圖表等。

　　設(shè)置UPS電源1臺(tái)，容量6KVA，停電應(yīng)急時(shí)間不少于180分鐘。

　　2)大屏監(jiān)視室

　　網(wǎng)絡(luò)工作站所監(jiān)控的內(nèi)容，如消防系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，門(mén)禁系統(tǒng)的設(shè)置狀況，現(xiàn)場(chǎng)工藝設(shè)備和HVAC系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行狀況，照明設(shè)備的開(kāi)啟與否以及重要的現(xiàn)場(chǎng)信息等。

　　3)分控室

　　分控室設(shè)于52#建筑的J05房間。分控室設(shè)置工藝設(shè)備監(jiān)控站和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況監(jiān)視器。工藝設(shè)備監(jiān)控站監(jiān)控PLC-7的控制內(nèi)容，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況監(jiān)視器將通過(guò)多種畫(huà)面組合顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況。

　　4)生產(chǎn)與市場(chǎng)管理——所長(zhǎng)辦公室監(jiān)視器的設(shè)置

　　為使我所的領(lǐng)導(dǎo)們能夠及時(shí)觀察工藝流程的視頻畫(huà)面或調(diào)看相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理信息，將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在所長(zhǎng)辦公室設(shè)置監(jiān)視器一臺(tái)，并配有相應(yīng)的主機(jī)和激光打印機(jī)，將重要的生產(chǎn)工藝參數(shù)，生產(chǎn)進(jìn)度安排等其它相關(guān)的管理信息及時(shí)打印輸出和進(jìn)行歷史記錄。同時(shí)所長(zhǎng)可根據(jù)市場(chǎng)經(jīng)營(yíng)和需求情況及時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)上各工作站發(fā)出相應(yīng)的管理指令。

　　5)系統(tǒng)的維護(hù)與管理——系統(tǒng)管理工程師監(jiān)視器的設(shè)置

　　系統(tǒng)管理工程師必須時(shí)刻掌握各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的維護(hù)管理辦法進(jìn)行定期檢查和保養(yǎng)。因此，將通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在辦公室設(shè)置監(jiān)視器一臺(tái)，以供系統(tǒng)管理工程師隨時(shí)查詢各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，同時(shí)通過(guò)監(jiān)視器計(jì)算機(jī)可及時(shí)對(duì)各網(wǎng)絡(luò)工作站發(fā)布系統(tǒng)維護(hù)的相關(guān)通知或管理信息。

　　3、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通訊

　　網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用開(kāi)放式總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。三層總線構(gòu)成了獸醫(yī)所的FMCS系統(tǒng)。

　　現(xiàn)場(chǎng)控制層和過(guò)程監(jiān)控層采用PROFIBUS通訊協(xié)議，它是作為德國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。

　　工廠管理層采用工業(yè)以太網(wǎng)組成，通訊協(xié)議為T(mén)CP/IP，這樣便于系統(tǒng)集成和擴(kuò)展。

　　網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備的訂購(gòu)和線路敷設(shè)由自控承包商和我所共同完成。所選設(shè)備與線路材料應(yīng)滿足系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)交換所必須的速率及可靠性，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并為將來(lái)系統(tǒng)的擴(kuò)展留有余量。

　　三、結(jié)束語(yǔ)

　　在生物制藥行業(yè)采用了現(xiàn)場(chǎng)總線后可實(shí)現(xiàn)真正的分層、分布式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)極大的提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，靈活性和可擴(kuò)展性，符合生物制藥自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。

　　現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在生物制藥行業(yè)中有非常廣闊的應(yīng)用前景,特別是在當(dāng)今新建項(xiàng)目中能在可靠性、高精度、經(jīng)濟(jì)性等諸多方面獲得最大的效益。在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)場(chǎng)總線廠家和設(shè)計(jì)研究部門(mén)的共同努力下,基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)必將分系統(tǒng)、分階段地逐步取代現(xiàn)有的分散式控制系統(tǒng),在未來(lái)定將成為我國(guó)生物制藥行業(yè)自動(dòng)化的主導(dǎo)設(shè)備。上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)的站點(diǎn)多，PROFIBUS總線長(zhǎng)，用于生物制藥企業(yè)(實(shí)現(xiàn)模擬量的監(jiān)控，比其他行業(yè)都要復(fù)雜些)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控在國(guó)內(nèi)并不多見(jiàn)。本文的主要貢獻(xiàn)在于建設(shè)基于PROFIBUS總線的控制網(wǎng)絡(luò)，并與IT網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源共享，無(wú)縫鏈接。經(jīng)過(guò)近兩年的使用，效果良好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，大大提高了該企業(yè)的信息化水平和管理水平。