生物制药厂的智能化系统解决方案

摘　要：本文介绍一个有洁净度要求的生物制药企业的生产过程及厂房智能化方案。经实施后技术性能良好，所生产的产品质量稳定、经济效益显著，此文以供读者借鉴。

关键词：智能化；自动化；网络化；数字化；厂房
　　随着经济的发展和科技的进步，现代工业企业已不是工人加工劳作的普通作坊，而是一个集智能化、自动化、数字化网络化于一身的系统工程。特别是现代制药企业不仅应配置满足厂房使用和运营管理要求的智能化系统，还必须灵活地对生产中的各种设备和生产工艺实行自动过程控制，以保证企业的各项工作运行在最佳状态以确保产品质量和实现企业利益最大化。
1. 企业功能及需求
　　本实例是一个有高洁净度要求的生物制药厂的智能化控制方案，其构成有正负压要求的生产车间、冷库空压站、蒸馏水站、热交换站冷冻站等，是一座标准化、现代化、集成化的多功能工业建筑。
  工业厂房配置需求：
（1）变配电系统；
（2）低温库系统；
（3）热交换热水系统；
（4）冷冻水系统；
（5）工艺冷却水系统；
（6）蒸馏水站系统；
（7）空调机组控制系统；
（8）新风机组控制系统；
（9）压缩空气系统
（10）活毒废水处理系统。
（11）去离子水设备和纯蒸汽设备；
（12）给排水系统
2. 控制系统构成原理及设备选型
　　本工程选用EXCEL500XBS建筑物自动化系统，对上述12个子系统进行调控，系统结构为共享总线型网络拓扑结构，是一套开放的计算机网络系统，可以通过以太网进行上位集成，将BAS的信息进入建筑物内部的信息主干网，实现信息共享。在大楼底层消防控制中心，设一个XBS中央计算机监控中心，集中统一管理大楼下属的空调、通排风、给排水及供配电系统。系统下面连接直接数字控制器DDC控制现场设备（XL100及XL500），形成一个集散系统。
　　根据实际规模布局，在大楼底层监控室设图形中心，配置中央计算机、彩色监视器、打印机等设备。根据现场实际情况配置相应的DDC控制器，大型控制器XL500(4台)、XL100(2台)，XL500采用Lonworks技术，使系统开放性、设备互换性大大加强。本方案将动力设备监控点纳入XL500下，一是考虑动力设备监控点便于就近控制；二是动力设备控制器件生产厂家较多，利用Lonworks技术可提高设备互控性。以上控制器均为16位微处理器，能在现场独立控制相应的系统，并通过一对双绞线相互连接至中央控制中心，控制器之间可以实现同层通讯，数据共享，无主通讯，构成一个先进的工业集散控制系统。
1.中央控制系统软件
　　本系统软件采用工业标准，以先进的开放系统技术，Windows NT以太网TCP/IP、和DDE Link等，系统提供的CAR软件包是一组图形化工具，使用户非常方便地设计控制方式编制各控制器上使用的应用程度。
　　本系统还提供了标准绘图库，可图视化编制：
暖通空调控制原理图；设备图（风机，挡板，冷冻机和锅炉）；传感器，指示器和执行机构符号（温度，湿度，压力）；
动画符号（风机叶片，挡板位置，加湿器动作）。
　该系统采用最新技术的Windows NT中文图形用户界面，操作员通过逐级细化的现场彩色图形来管理各点和各种设备。最上层的视图显示整栋楼宇，然后逐步进入各楼层视图，显示各层监控设备的状态。视图可上色并活动，色标可区分正常和不正常的探头报警状态，风机、水泵开关状态，阀门开启程度等。选择菜单和对话，使用户可确定系统参数和操作员权限，并选择报表和采样趋势点，绘制历史和动态曲线、棒状图形等。屏幕上专用的光用牌及音响，可实时通知操作员报警信息，操作员由相关画面引导根据报警的紧急级别，查看报警位置并阅读操作。
2.中央控制系统硬件配置
　　控制终端为PC机1台，包括INTEL PIV处理器，19英寸高密度XVGA显示器和鼠标等；激光喷墨彩打机1台，提供显示和打印日常报告或报警点等；XBS配置C-BUS通讯界面板1块，提供与DDC控制器的通讯接口。
3.厂房工艺及环境设备自控
　　1）变配电系统
　　电力监控采用电流、电压变送器对变电所得总电流、总电压进行记录和显示。对变电所37个回路的运行状态和跳闸漏电报警进行监测。
变压器超温报警。
　　监控内容：
 运行状态/跳闸报警；
总电流、总电压；
变压器超温报警。 
　　2）.低温库系统
　　冷库系统为独立的一套运行系统，恒温控制由其自带控制系统控制，BA系统只监测库温、冷却塔出水温度、水流开关及两台冷却循环水泵、一台冷却塔、两台冷凝机组的运行状态、故障报警、手动自动切换状态，并对它们的启/停进行控制。
　　监控内容：
　　冷凝机组、冷却塔、水泵等设备的运行状态、故障、启停、手动自动切换；
　　库温显示；
　　冷却塔出水温度；
　　水流开关。
3）冷冻水系统
　　监测冷却水泵出水温度、水流开关和冷冻水供回水温差，监视冷冻机组、冷冻水泵、冷却水泵等的运行状态、手动自动切换、故障报警，对它们的启/停进行控制。对补水箱的液位进行监测，并控制其进水电磁阀。
　　根据冷冻水供回水的压差，PID调节压差旁通阀开度，控制供回水的压差。
　　监控内容：
开关状态；
故障报警；
供/回水温度；
供、回水总管的压差；
高低水位监测；
水位超限报警；
冷负荷（伪点）；
运行累积实际统计（伪点）；
启/停控制（亦可手动控制）；
旁通阀调节控制；
蝶阀开关控制；
冷水机组供回水温度检测；
冷却塔出水温度检测；
水泵出水端加水流开关，用于保护水泵等设备。
4）热交换热水系统
　　空调热水由蒸汽通过即热式浮动盘热交换器加热后供给，蒸汽阀开度根据出水温度自动调节。
监测二台循环水泵的运行状态、手动自动切换状态，并对它们的启/停进行控制。
根据供回水的压差，调节压差旁通阀开度，控制供回水的压差。
监测蒸汽压力。
　　监控内容：
热水温度；
蒸汽阀启闭；
循环泵的运行状态、故障、启停、手自动切换；
电动调节阀开度；
供回水压差；
蒸汽压力。
5） 工艺冷却水系统
　　根据工艺冷却水温度设定值调节冷冻水流量，即调节阀门开度，以保证工艺冷却水的温度。监测供水压力、温度、冷却水箱的液位、水流开关、冷却水泵的运行状态、故障报警、手动自动切换状态，对冷却水泵的启/停进行控制。根据冷却水箱的液位决定进水电磁阀的开关，即高位关，低位开。
　　监控内容：
阀门开度；
工艺冷却水水温；
冷却水泵的启/停、运行状态、故 障、手动自动切换；
回水压力、温度；
蒸馏水储罐的液位。
6） 蒸馏水站系统
　　检测蒸馏水回路的温度、压力、以及蒸馏水的液位，监测两台输液泵的运行状态、故障报警、手动自动切换状态，对输液泵的启/停进行控制。
　　监控内容：
输液泵的启/停、运行状态、故障、手动自动切换；
回水压力、温度；
蒸馏水储罐的液位。
7） 空调机组控制系统
a) 根据回风温度控制冷/热水阀。在夏季工况时，当回风温度升高，PID比例开大水阀；当回风温度降低，PID比例关小水阀。在冬季工况时，当回风温度升高，PID比例关小水阀；当回风温度降低，PID比例开大水阀。使室温控制到设定值。
b) 当初效过滤器两端的压差大于设定值250Pa时，发出报警信号，提醒清洗过滤器。
c) 当中效过滤器两端的压差大于设定值250Pa时，发出报警信号，提醒清洗过滤器。
d) 根据时间或程序控制风机的启/停、高速或低速，同时监视其运行状态、手自动切换、故障报警和计算运行时间。
e) 风机停止时的联动控制，关电动二通阀及电动风门。
f) 根据新风温度与回风温度的比较，比例控制新回风风门。
　　 监控内容：
　　初、中效过滤网压差监测；
　　室内压差检测；
　　回风温度检测；
　　室内温湿度检测；
　　冷水阀、加热阀自动调节控制；
　　开关/故障状态；
　　运行累积实际统计（伪点）；
　　送排风机启/停控制，送风机高速、低速；
　　风门风阀调节控制；
　　空调机混合段压力检测；
　　夹层温度。
8） 新风机组控制系统
a) 根据送风温度，PID比例控制蒸汽加热阀开度，使送风温度达到设定值：18~24℃+0.5℃
b) 根据送风湿度，PID比例控制蒸汽加湿阀开度，使送风湿度达到设定值。
c) 根据露点温度，PID比例控制冷水阀开度，使温度达到设定值：14℃+ 1℃
d) 根据一次加热温度，PID比例控制热水阀开度，使温度达到设定值：10~18c+1c
e) 当初效过滤器两端的压差大于设定值150Pa时，发出报警信号，提醒清洗过滤器。
f) 当中效过滤器两端的压差大于设定值250Pa时，发出报警信号，提醒清洗过滤器。
g) 根据时间或程序控制风机的启/停，同时监视其运行状态、手动自动切换、故障报警和计算运行时间。
h) 检测送风压力，将压力信号送至变频器，调节送风机转速。
i) 风机停止时得联动控制，关电动二通阀及电动风门。
　　监控内容：
过滤网压差监测，给出清洗指示保证空调系统的运行效率；
送风温度检测；
送风湿度检测；
露点温度检测；
新风温度检测；
一次加热温度检测；
送风风压检测；
水阀开度自动调节控制；
机组开关/变频调速；
机组手动/自动状态检测/故障状态；
运行累积时间统计（伪点）；
风门风阀调节控制。
9） 空气压缩系统
监测二台冷却循环水泵、一台冷却塔、二台空压机和二台干燥器的运行状态、故障报警、手自动切换状态，对它们的启/停进行控制。同时监测冷却塔出水温度与排气总管的压力及水泵前的水流开关，并控制二台空压机和二台干燥器，供气回路上的电磁阀和电动阀。
　　监控内容：
　　排水总管压力值；
　　冷却循环水泵的启/停、运行状态、故障、手动自动切换；
　　冷却塔出水温度检测；
　　水流开关；
　　电磁阀、电动阀的开关。
10） 活毒废水处理
　　活毒废水处理，采用高温煮沸灭菌方式，杀灭各种病毒和病菌，煮沸温度为100℃，热媒为133c的工业蒸汽。
　　灭菌罐内液体由液位控制器控制，到高位时自动切换至另一灭菌罐。灭菌罐内温度超过100℃时，智能温控仪关闭蒸汽阀，否则打开蒸汽阀，在达到100℃并保持30分钟后关闭蒸汽阀。废水排放：打开排水阀，在排水管上加入自来水混合后排放，污水池水温低于45℃时关闭自来水。在低液位时自动关闭排水阀，进入下一循环。整个工艺由DDC控制。
　　监控内容：
蒸汽阀开关；
罐内温度；
排水阀、启动阀启闭；
电磁阀开关；
污水池高液位报警；
灭菌罐高液位报警；
污水池温度。
　　本系统还对洁净室的内外压差进行调控，其正压或负压通过控制排风管上的电动调节排风阀的开度来满足要求。
　　监控内容：
电动调节排风阀的开度；
室内压力值；
排风机运行状态、启停、故障、手动自动切换。
11） 去离子和纯蒸汽系统
　　监测去离子设备的供水压力和纯蒸汽系统的压力。
　　监控内容：
纯蒸汽压力；
供水压力。
12） 给排水系统
　　监测水箱或水池及排污井液位，超限发出报警信号，监测自来水总管上的水压。
　　监控内容：
液位报警；
自来水总管水压。
3. 结  语
　　工业企业对智能化系统有极高要求，如何根据企业的生产和运营实际需求，科学合理、实用灵活地配置自控系统，对企业增加投入产出效益有着极其重要的作用，是生产经营和产品质量的有力保障。本方案紧密贴近生产过程要求，按照实际运营经验配置，系统良好。运行多年性能稳定，控制精确，产生效益明显。