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生物制藥廠的智能化系統(tǒng)解決方案論文
摘 要：本文介紹一個(gè)有潔凈度要求的生物制藥企業(yè)的生產(chǎn)過程及廠房智能化方案。經(jīng)實(shí)施后技術(shù)性能良好，所生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)效益顯著，此文以供讀者借鑒。
關(guān)鍵詞：智能化；自動(dòng)化；網(wǎng)絡(luò)化；數(shù)字化；廠房
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)已不是工人加工勞作的普通作坊，而是一個(gè)集智能化、自動(dòng)化、數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化于一身的系統(tǒng)工程。特別是現(xiàn)代制藥企業(yè)不僅應(yīng)配置滿足廠房使用和運(yùn)營管理要求的智能化系統(tǒng)，還必須靈活地對(duì)生產(chǎn)中的各種設(shè)備和生產(chǎn)工藝實(shí)行自動(dòng)過程控制，以保證企業(yè)的各項(xiàng)工作運(yùn)行在最佳狀態(tài)以確保產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)企業(yè)利益最大化。
1. 企業(yè)功能及需求
本實(shí)例是一個(gè)有高潔凈度要求的生物制藥廠的智能化控制方案，其構(gòu)成有正負(fù)壓要求的生產(chǎn)車間、冷庫空壓站、蒸餾水站、熱交換站冷凍站等，是一座標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化、集成化的多功能工業(yè)建筑。
工業(yè)廠房配置需求：
（1）變配電系統(tǒng)；
�。�2）低溫庫系統(tǒng)；
�。�3）熱交換熱水系統(tǒng)；
（4）冷凍水系統(tǒng)；
（5）工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)；
（6）蒸餾水站系統(tǒng)；
�。�7）空調(diào)機(jī)組控制系統(tǒng)；
�。�8）新風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)；
�。�9）壓縮空氣系統(tǒng)
�。�10）活毒廢水處理系統(tǒng)。
�。�11）去離子水設(shè)備和純蒸汽設(shè)備；
�。�12）給排水系統(tǒng)
2. 控制系統(tǒng)構(gòu)成原理及設(shè)備選型
本工程選用EXCEL500XBS建筑物自動(dòng)化系統(tǒng)，對(duì)上述12個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為共享總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，是一套開放的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以通過以太網(wǎng)進(jìn)行上位集成，將BAS的信息進(jìn)入建筑物內(nèi)部的信息主干網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)信息共享。在大樓底層消防控制中心，設(shè)一個(gè)XBS中央計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心，集中統(tǒng)一管理大樓下屬的空調(diào)、通排風(fēng)、給排水及供配電系統(tǒng)。系統(tǒng)下面連接直接數(shù)字控制器DDC控制現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（XL100及XL500），形成一個(gè)集散系統(tǒng)。
根據(jù)實(shí)際規(guī)模布局，在大樓底層監(jiān)控室設(shè)圖形中心，配置中央計(jì)算機(jī)、彩色監(jiān)視器、打印機(jī)等設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況配置相應(yīng)的DDC控制器，大型控制器XL500(4臺(tái))、XL100(2臺(tái))，XL500采用Lonworks技術(shù)，使系統(tǒng)開放性、設(shè)備互換性大大加強(qiáng)。本方案將動(dòng)力設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)納入XL500下，一是考慮動(dòng)力設(shè)備監(jiān)控點(diǎn)便于就近控制；二是動(dòng)力設(shè)備控制器件生產(chǎn)廠家較多，利用Lonworks技術(shù)可提高設(shè)備互控性。以上控制器均為16位微處理器，能在現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立控制相應(yīng)的系統(tǒng)，并通過一對(duì)雙絞線相互連接至中央控制中心，控制器之間可以實(shí)現(xiàn)同層通訊，數(shù)據(jù)共享，無主通訊，構(gòu)成一個(gè)先進(jìn)的工業(yè)集散控制系統(tǒng)。
1.中央控制系統(tǒng)軟件
本系統(tǒng)軟件采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以先進(jìn)的開放系統(tǒng)技術(shù)，Windows NT以太網(wǎng)TCP/IP、和DDE Link等，系統(tǒng)提供的CAR軟件包是一組圖形化工具，使用戶非常方便地設(shè)計(jì)控制方式編制各控制器上使用的應(yīng)用程度。
本系統(tǒng)還提供了標(biāo)準(zhǔn)繪圖庫，可圖視化編制：
暖通空調(diào)控制原理圖；設(shè)備圖（風(fēng)機(jī)，擋板，冷凍機(jī)和鍋爐）；傳感器，指示器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)符號(hào)（溫度，濕度，壓力）；
動(dòng)畫符號(hào)（風(fēng)機(jī)葉片，擋板位置，加濕器動(dòng)作）。
該系統(tǒng)采用最新技術(shù)的Windows NT中文圖形用戶界面，操作員通過逐級(jí)細(xì)化的現(xiàn)場(chǎng)彩色圖形來管理各點(diǎn)和各種設(shè)備。最上層的視圖顯示整棟樓宇，然后逐步進(jìn)入各樓層視圖，顯示各層監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)。視圖可上色并活動(dòng)，色標(biāo)可區(qū)分正常和不正常的探頭報(bào)警狀態(tài)，風(fēng)機(jī)、水泵開關(guān)狀態(tài)，閥門開啟程度等。選擇菜單和對(duì)話，使用戶可確定系統(tǒng)參數(shù)和操作員權(quán)限，并選擇報(bào)表和采樣趨勢(shì)點(diǎn)，繪制歷史和動(dòng)態(tài)曲線、棒狀圖形等。屏幕上專用的光用牌及音響，可實(shí)時(shí)通知操作員報(bào)警信息，操作員由相關(guān)畫面引導(dǎo)根據(jù)報(bào)警的緊急級(jí)別，查看報(bào)警位置并閱讀操作。
2.中央控制系統(tǒng)硬件配置
控制終端為PC機(jī)1臺(tái)，包括INTEL PIV處理器，19英寸高密度XVGA顯示器和鼠標(biāo)等；激光噴墨彩打機(jī)1臺(tái)，提供顯示和打印日常報(bào)告或報(bào)警點(diǎn)等；XBS配置C-BUS通訊界面板1塊，提供與DDC控制器的通訊接口。
3.廠房工藝及環(huán)境設(shè)備自控
1）變配電系統(tǒng)
電力監(jiān)控采用電流、電壓變送器對(duì)變電所得總電流、總電壓進(jìn)行記錄和顯示。對(duì)變電所37個(gè)回路的運(yùn)行狀態(tài)和跳閘漏電報(bào)警進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
變壓器超溫報(bào)警。
監(jiān)控內(nèi)容：
運(yùn)行狀態(tài)/跳閘報(bào)警；
總電流、總電壓；
變壓器超溫報(bào)警。
2）.低溫庫系統(tǒng)
冷庫系統(tǒng)為獨(dú)立的一套運(yùn)行系統(tǒng)，恒溫控制由其自帶控制系統(tǒng)控制，BA系統(tǒng)只監(jiān)測(cè)庫溫、冷卻塔出水溫度、水流開關(guān)及兩臺(tái)冷卻循環(huán)水泵、一臺(tái)冷卻塔、兩臺(tái)冷凝機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警、手動(dòng)自動(dòng)切換狀態(tài)，并對(duì)它們的啟/停進(jìn)行控制。
監(jiān)控內(nèi)容：
冷凝機(jī)組、冷卻塔、水泵等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、故障、啟停、手動(dòng)自動(dòng)切換；
庫溫顯示；
冷卻塔出水溫度；
水流開關(guān)。
3）冷凍水系統(tǒng)
監(jiān)測(cè)冷卻水泵出水溫度、水流開關(guān)和冷凍水供回水溫差，監(jiān)視冷凍機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵等的運(yùn)行狀態(tài)、手動(dòng)自動(dòng)切換、故障報(bào)警，對(duì)它們的啟/停進(jìn)行控制。對(duì)補(bǔ)水箱的液位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并控制其進(jìn)水電磁閥。
根據(jù)冷凍水供回水的壓差，PID調(diào)節(jié)壓差旁通閥開度，控制供回水的壓差。
監(jiān)控內(nèi)容：
開關(guān)狀態(tài)；
故障報(bào)警；
供/回水溫度；
供、回水總管的壓差；
高低水位監(jiān)測(cè)；
水位超限報(bào)警；
冷負(fù)荷（偽點(diǎn)）；
運(yùn)行累積實(shí)際統(tǒng)計(jì)（偽點(diǎn)）；
啟/停控制（亦可手動(dòng)控制）；
旁通閥調(diào)節(jié)控制；
蝶閥開關(guān)控制；
冷水機(jī)組供回水溫度檢測(cè)；
冷卻塔出水溫度檢測(cè)；
水泵出水端加水流開關(guān)，用于保護(hù)水泵等設(shè)備。
4）熱交換熱水系統(tǒng)
空調(diào)熱水由蒸汽通過即熱式浮動(dòng)盤熱交換器加熱后供給，蒸汽閥開度根據(jù)出水溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)。
監(jiān)測(cè)二臺(tái)循環(huán)水泵的運(yùn)行狀態(tài)、手動(dòng)自動(dòng)切換狀態(tài)，并對(duì)它們的啟/停進(jìn)行控制。
根據(jù)供回水的壓差，調(diào)節(jié)壓差旁通閥開度，控制供回水的壓差。
監(jiān)測(cè)蒸汽壓力。
監(jiān)控內(nèi)容：
熱水溫度；
蒸汽閥啟閉；
循環(huán)泵的運(yùn)行狀態(tài)、故障、啟停、手自動(dòng)切換；
電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度；
供回水壓差；
蒸汽壓力。
5） 工藝?yán)鋮s水系統(tǒng)
根據(jù)工藝?yán)鋮s水溫度設(shè)定值調(diào)節(jié)冷凍水流量，即調(diào)節(jié)閥門開度，以保證工藝?yán)鋮s水的溫度。監(jiān)測(cè)供水壓力、溫度、冷卻水箱的液位、水流開關(guān)、冷卻水泵的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警、手動(dòng)自動(dòng)切換狀態(tài)，對(duì)冷卻水泵的啟/停進(jìn)行控制。根據(jù)冷卻水箱的液位決定進(jìn)水電磁閥的開關(guān)，即高位關(guān)，低位開。
監(jiān)控內(nèi)容：
閥門開度；
工藝?yán)鋮s水水溫；
冷卻水泵的啟/停、運(yùn)行狀態(tài)、故障、手動(dòng)自動(dòng)切換；
回水壓力、溫度；
蒸餾水儲(chǔ)罐的液位。
6） 蒸餾水站系統(tǒng)
檢測(cè)蒸餾水回路的溫度、壓力、以及蒸餾水的液位，監(jiān)測(cè)兩臺(tái)輸液泵的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警、手動(dòng)自動(dòng)切換狀態(tài)，對(duì)輸液泵的啟/停進(jìn)行控制。
監(jiān)控內(nèi)容：
輸液泵的啟/停、運(yùn)行狀態(tài)、故障、手動(dòng)自動(dòng)切換；
回水壓力、溫度；
蒸餾水儲(chǔ)罐的液位。
7） 空調(diào)機(jī)組控制系統(tǒng)
a) 根據(jù)回風(fēng)溫度控制冷/熱水閥。在夏季工況時(shí)，當(dāng)回風(fēng)溫度升高，PID比例開大水閥；當(dāng)回風(fēng)溫度降低，PID比例關(guān)小水閥。在冬季工況時(shí)，當(dāng)回風(fēng)溫度升高，PID比例關(guān)小水閥；當(dāng)回風(fēng)溫度降低，PID比例開大水閥。使室溫控制到設(shè)定值。
b) 當(dāng)初效過濾器兩端的壓差大于設(shè)定值250Pa時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒清洗過濾器。
c) 當(dāng)中效過濾器兩端的壓差大于設(shè)定值250Pa時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒清洗過濾器。
d) 根據(jù)時(shí)間或程序控制風(fēng)機(jī)的啟/停、高速或低速，同時(shí)監(jiān)視其運(yùn)行狀態(tài)、手自動(dòng)切換、故障報(bào)警和計(jì)算運(yùn)行時(shí)間。
e) 風(fēng)機(jī)停止時(shí)的聯(lián)動(dòng)控制，關(guān)電動(dòng)二通閥及電動(dòng)風(fēng)門。
f) 根據(jù)新風(fēng)溫度與回風(fēng)溫度的比較，比例控制新回風(fēng)風(fēng)門。
監(jiān)控內(nèi)容：
初、中效過濾網(wǎng)壓差監(jiān)測(cè)；
室內(nèi)壓差檢測(cè)；
回風(fēng)溫度檢測(cè)；
室內(nèi)溫濕度檢測(cè)；
冷水閥、加熱閥自動(dòng)調(diào)節(jié)控制；
開關(guān)/故障狀態(tài)；
運(yùn)行累積實(shí)際統(tǒng)計(jì)（偽點(diǎn)）；
送排風(fēng)機(jī)啟/�？刂�，送風(fēng)機(jī)高速、低速；
風(fēng)門風(fēng)閥調(diào)節(jié)控制；
空調(diào)機(jī)混合段壓力檢測(cè)；
夾層溫度。
8） 新風(fēng)機(jī)組控制系統(tǒng)
a) 根據(jù)送風(fēng)溫度，PID比例控制蒸汽加熱閥開度，使送風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)定值：18~24℃+0.5℃
b) 根據(jù)送風(fēng)濕度，PID比例控制蒸汽加濕閥開度，使送風(fēng)濕度達(dá)到設(shè)定值。
c) 根據(jù)露點(diǎn)溫度，PID比例控制冷水閥開度，使溫度達(dá)到設(shè)定值：14℃+ 1℃
d) 根據(jù)一次加熱溫度，PID比例控制熱水閥開度，使溫度達(dá)到設(shè)定值：10~18c+1c
e) 當(dāng)初效過濾器兩端的壓差大于設(shè)定值150Pa時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒清洗過濾器。
f) 當(dāng)中效過濾器兩端的壓差大于設(shè)定值250Pa時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提醒清洗過濾器。
g) 根據(jù)時(shí)間或程序控制風(fēng)機(jī)的啟/停，同時(shí)監(jiān)視其運(yùn)行狀態(tài)、手動(dòng)自動(dòng)切換、故障報(bào)警和計(jì)算運(yùn)行時(shí)間。
h) 檢測(cè)送風(fēng)壓力，將壓力信號(hào)送至變頻器，調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。
i) 風(fēng)機(jī)停止時(shí)得聯(lián)動(dòng)控制，關(guān)電動(dòng)二通閥及電動(dòng)風(fēng)門。
監(jiān)控內(nèi)容：
過濾網(wǎng)壓差監(jiān)測(cè)，給出清洗指示保證空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效率；
送風(fēng)溫度檢測(cè)；
送風(fēng)濕度檢測(cè)；
露點(diǎn)溫度檢測(cè)；
新風(fēng)溫度檢測(cè)；
一次加熱溫度檢測(cè)；
送風(fēng)風(fēng)壓檢測(cè)；
水閥開度自動(dòng)調(diào)節(jié)控制；
機(jī)組開關(guān)/變頻調(diào)速；
機(jī)組手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)檢測(cè)/故障狀態(tài)；
運(yùn)行累積時(shí)間統(tǒng)計(jì)（偽點(diǎn)）；
風(fēng)門風(fēng)閥調(diào)節(jié)控制。
9） 空氣壓縮系統(tǒng)
監(jiān)測(cè)二臺(tái)冷卻循環(huán)水泵、一臺(tái)冷卻塔、二臺(tái)空壓機(jī)和二臺(tái)干燥器的運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警、手自動(dòng)切換狀態(tài)，對(duì)它們的啟/停進(jìn)行控制。同時(shí)監(jiān)測(cè)冷卻塔出水溫度與排氣總管的壓力及水泵前的水流開關(guān)，并控制二臺(tái)空壓機(jī)和二臺(tái)干燥器，供氣回路上的電磁閥和電動(dòng)閥。
監(jiān)控內(nèi)容：
排水總管壓力值；
冷卻循環(huán)水泵的啟/停、運(yùn)行狀態(tài)、故障、手動(dòng)自動(dòng)切換；
冷卻塔出水溫度檢測(cè)；
水流開關(guān)；
電磁閥、電動(dòng)閥的開關(guān)。
10） 活毒廢水處理
活毒廢水處理，采用高溫煮沸滅菌方式，殺滅各種病毒和病菌，煮沸溫度為100℃，熱媒為133c的工業(yè)蒸汽。
滅菌罐內(nèi)液體由液位控制器控制，到高位時(shí)自動(dòng)切換至另一滅菌罐。滅菌罐內(nèi)溫度超過100℃時(shí)，智能溫控儀關(guān)閉蒸汽閥，否則打開蒸汽閥，在達(dá)到100℃并保持30分鐘后關(guān)閉蒸汽閥。廢水排放：打開排水閥，在排水管上加入自來水混合后排放，污水池水溫低于45℃時(shí)關(guān)閉自來水。在低液位時(shí)自動(dòng)關(guān)閉排水閥，進(jìn)入下一循環(huán)。整個(gè)工藝由DDC控制。
監(jiān)控內(nèi)容：
蒸汽閥開關(guān)；
罐內(nèi)溫度；
排水閥、啟動(dòng)閥啟閉；
電磁閥開關(guān)；
污水池高液位報(bào)警；
滅菌罐高液位報(bào)警；
污水池溫度。
本系統(tǒng)還對(duì)潔凈室的內(nèi)外壓差進(jìn)行調(diào)控，其正壓或負(fù)壓通過控制排風(fēng)管上的電動(dòng)調(diào)節(jié)排風(fēng)閥的開度來滿足要求。
監(jiān)控內(nèi)容：
電動(dòng)調(diào)節(jié)排風(fēng)閥的開度；
室內(nèi)壓力值；
排風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、啟停、故障、手動(dòng)自動(dòng)切換。
11） 去離子和純蒸汽系統(tǒng)
監(jiān)測(cè)去離子設(shè)備的供水壓力和純蒸汽系統(tǒng)的壓力。
監(jiān)控內(nèi)容：
純蒸汽壓力；
供水壓力。
12） 給排水系統(tǒng)
監(jiān)測(cè)水箱或水池及排污井液位，超限發(fā)出報(bào)警信號(hào)，監(jiān)測(cè)自來水總管上的水壓。
監(jiān)控內(nèi)容：
液位報(bào)警；
自來水總管水壓。
3. 結(jié) 語
工業(yè)企業(yè)對(duì)智能化系統(tǒng)有極高要求，如何根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)營實(shí)際需求，科學(xué)合理、實(shí)用靈活地配置自控系統(tǒng)，對(duì)企業(yè)增加投入產(chǎn)出效益有著極其重要的作用，是生產(chǎn)經(jīng)營和產(chǎn)品質(zhì)量的有力保障。本方案緊密貼近生產(chǎn)過程要求，按照實(shí)際運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)配置，系統(tǒng)良好。運(yùn)行多年性能穩(wěn)定，控制精確，產(chǎn)生效益明顯。
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