生物制藥廠(chǎng)的智能化系統解決方案
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(guò)程及廠(chǎng)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)量穩定、經(jīng)濟效益顯著(zhù)，此文以供讀者借鑒。
關(guān)鍵詞：智能化;自動(dòng)化;網(wǎng)絡(luò )化;數字化;廠(chǎng)房
隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展和科技的進(jìn)步，現代工業(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、數字化網(wǎng)絡(luò )化于一身的系統工程。特別是現代制藥企業(yè)不僅應配置滿(mǎn)足廠(chǎng)房使用和運營(yíng)管理要求的智能化系統，還必須靈活地對生產(chǎn)中的各種設備和生產(chǎn)工藝實(shí)行自動(dòng)過(guò)程控制，以保證企業(yè)的各項工作運行在最佳狀態(tài)以確保產(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)現企業(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(chǎng)的智能化控制方案，其構成有正負壓要求的生產(chǎn)車(chē)間、冷庫空壓站、蒸餾水站、熱交換站冷凍站等，是一座標準化、現代化、集成化的多功能工業(yè)建筑。
工業(yè)廠(chǎng)房配置需求：
(1)變配電系統;
(2)低溫庫系統;
(3)熱交換熱水系統;
(4)冷凍水系統;
(5)工藝冷卻水系統;
(6)蒸餾水站系統;
(7)空調機組控制系統;
(8)新風(fēng)機組控制系統;
(9)壓縮空氣系統
(10)活毒廢水處理系統。
(11)去離子水設備和純蒸汽設備;
(12)給排水系統
2、 控制系統構成原理及設備選型
本工程選用EXCEL500XBS建筑物自動(dòng)化系統，對上述12個(gè)子系統進(jìn)行調控，系統結構為共享總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，是一套開(kāi)放的計算機網(wǎng)絡(luò )系統，可以通過(guò)以太網(wǎng)進(jìn)行上位集成，將BAS的信息進(jìn)入建筑物內部的信息主干網(wǎng)，實(shí)現信息共享。在大樓底層消防控制中心，設一個(gè)XBS中央計算機監控中心，集中統一管理大樓下屬的空調、通排風(fēng)、給排水及供配電系統。系統下面連接直接數字控制器DDC控制現場(chǎng)設備(XL100及XL500)，形成一個(gè)集散系統。
根據實(shí)際規模布局，在大樓底層監控室設圖形中心，配置中央計算機、彩色監視器、打印機等設備。根據現場(chǎng)實(shí)際情況配置相應的DDC控制器，大型控制器XL500(4臺)、XL100(2臺)，XL500采用Lonworks技術(shù)，使系統開(kāi)放性、設備互換性大大加強。本方案將動(dòng)力設備監控點(diǎn)納入XL500下，一是考慮動(dòng)力設備監控點(diǎn)便于就近控制;二是動(dòng)力設備控制器件生產(chǎn)廠(chǎng)家較多，利用Lonworks技術(shù)可提高設備互控性。以上控制器均為16位微處理器，能在現場(chǎng)獨立控制相應的系統，并通過(guò)一對雙絞線(xiàn)相互連接至中央控制中心，控制器之間可以實(shí)現同層通訊，數據共享，無(wú)主通訊，構成一個(gè)先進(jìn)的工業(yè)集散控制系統。
1、中央控制系統軟件
本系統軟件采用工業(yè)標準，以先進(jìn)的開(kāi)放系統技術(shù)，Windows NT以太網(wǎng)TCP/IP、和DDE Link等，系統提供的CAR軟件包是一組圖形化工具，使用戶(hù)非常方便地設計控制方式編制各控制器上使用的應用程度。
本系統還提供了標準繪圖庫，可圖視化編制：
暖通空調控制原理圖;設備圖(風(fēng)機，擋板，冷凍機和鍋爐);傳感器，指示器和執行機構符號(溫度，濕度，壓力);
動(dòng)畫(huà)符號(風(fēng)機葉片，擋板位置，加濕器動(dòng)作)。
該系統采用最新技術(shù)的Windows NT中文圖形用戶(hù)界面，操作員通過(guò)逐級細化的現場(chǎng)彩色圖形來(lái)管理各點(diǎn)和各種設備。最上層的視圖顯示整棟樓宇，然后逐步進(jìn)入各樓層視圖，顯示各層監控設備的狀態(tài)。視圖可上色并活動(dòng)，色標可區分正常和不正常的探頭報警狀態(tài)，風(fēng)機、水泵開(kāi)關(guān)狀態(tài)，閥門(mén)開(kāi)啟程度等。選擇菜單和對話(huà)，使用戶(hù)可確定系統參數和操作員權限，并選擇報表和采樣趨勢點(diǎn)，繪制歷史和動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)、棒狀圖形等。屏幕上專(zhuān)用的光用牌及音響，可實(shí)時(shí)通知操作員報警信息，操作員由相關(guān)畫(huà)面引導根據報警的緊急級別，查看報警位置并閱讀操作。
2、中央控制系統硬件配置
控制終端為PC機1臺，包括INTEL PIV處理器，19英寸高密度XVGA顯示器和鼠標等;激光噴墨彩打機1臺，提供顯示和打印日常報告或報警點(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(chǎng)房工藝及環(huán)境設備自控
1)變配電系統
電力監控采用電流、電壓變送器對變電所得總電流、總電壓進(jìn)行記錄和顯示。對變電所37個(gè)回路的運行狀態(tài)和跳閘漏電報警進(jìn)行監測。
變壓器超溫報警。
監控內容：
運行狀態(tài)/跳閘報警;
總電流、總電壓;
變壓器超溫報警。
2)低溫庫系統
冷庫系統為獨立的一套運行系統，恒溫控制由其自帶控制系統控制，BA系統只監測庫溫、冷卻塔出水溫度、水流開(kāi)關(guān)及兩臺冷卻循環(huán)水泵、一臺冷卻塔、兩臺冷凝機組的運行狀態(tài)、故障報警、手動(dòng)自動(dòng)切換狀態(tài)，并對它們的啟/停進(jìn)行控制。
監控內容：
冷凝機組、冷卻塔、水泵等設備的運行狀態(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(kāi)關(guān)。
3)冷凍水系統
監測冷卻水泵出水溫度、水流開(kāi)關(guān)和冷凍水供回水溫差，監視冷凍機組、冷凍水泵、冷卻水泵等的運行狀態(tài)、手動(dòng)自動(dòng)切換、故障報警，對它們的啟/停進(jìn)行控制。對補水箱的液位進(jìn)行監測，并控制其進(jìn)水電磁閥。
根據冷凍水供回水的壓差，PID調節壓差旁通閥開(kāi)度，控制供回水的壓差。
監控內容：
開(kāi)關(guān)狀態(tài);
故障報警;
供/回水溫度;
供、回水總管的壓差;
高低水位監測;
水位超限報警;
冷負荷(偽點(diǎn));
運行累積實(shí)際統計(偽點(diǎn));
啟/�？刂�(亦可手動(dòng)控制);
旁通閥調節控制;
蝶閥開(kāi)關(guān)控制;
冷水機組供回水溫度檢測;
冷卻塔出水溫度檢測;
水泵出水端加水流開(kāi)關(guān)，用于保護水泵等設備。
4)熱交換熱水系統
空調熱水由蒸汽通過(guò)即熱式浮動(dòng)盤(pán)熱交換器加熱后供給，蒸汽閥開(kāi)度根據出水溫度自動(dòng)調節。
監測二臺循環(huán)水泵的運行狀態(tài)、手動(dòng)自動(dòng)切換狀態(tài)，并對它們的啟/停進(jìn)行控制。
根據供回水的壓差，調節壓差旁通閥開(kāi)度，控制供回水的壓差。
監測蒸汽壓力。
監控內容：
熱水溫度;
蒸汽閥啟閉;
循環(huán)泵的運行狀態(tài)、故障、啟停、手自動(dòng)切換;
電動(dòng)調節閥開(kāi)度;
供回水壓差;
蒸汽壓力。
5) 工藝冷卻水系統
根據工藝冷卻水溫度設定值調節冷凍水流量，即調節閥門(mén)開(kāi)度，以保證工藝冷卻水的溫度。監測供水壓力、溫度、冷卻水箱的液位、水流開(kāi)關(guān)、冷卻水泵的運行狀態(tài)、故障報警、手動(dòng)自動(dòng)切換狀態(tài)，對冷卻水泵的啟/停進(jìn)行控制。根據冷卻水箱的液位決定進(jìn)水電磁閥的開(kāi)關(guān)，即高位關(guān)，低位開(kāi)。
監控內容：
閥門(mén)開(kāi)度;
工藝冷卻水水溫;
冷卻水泵的啟/停、運行狀態(tài)、故 障、手動(dòng)自動(dòng)切換;
回水壓力、溫度;
蒸餾水儲罐的液位。
6) 蒸餾水站系統
檢測蒸餾水回路的溫度、壓力、以及蒸餾水的液位，監測兩臺輸液泵的運行狀態(tài)、故障報警、手動(dòng)自動(dòng)切換狀態(tài)，對輸液泵的啟/停進(jìn)行控制。
監控內容：
輸液泵的啟/停、運行狀態(tài)、故障、手動(dòng)自動(dòng)切換;
回水壓力、溫度;
蒸餾水儲罐的液位。
7) 空調機組控制系統
a) 根據回風(fēng)溫度控制冷/熱水閥。在夏季工況時(shí)，當回風(fēng)溫度升高，PID比例開(kāi)大水閥;當回風(fēng)溫度降低，PID比例關(guān)小水閥。在冬季工況時(shí)，當回風(fēng)溫度升高，PID比例關(guān)小水閥;當回風(fēng)溫度降低，PID比例開(kāi)大水閥。使室溫控制到設定值。
b) 當初效過(guò)濾器兩端的壓差大于設定值250Pa時(shí)，發(fā)出報警信號，提醒清洗過(guò)濾器。
c) 當中效過(guò)濾器兩端的壓差大于設定值250Pa時(shí)，發(fā)出報警信號，提醒清洗過(guò)濾器。
d) 根據時(shí)間或程序控制風(fēng)機的啟/停、高速或低速，同時(shí)監視其運行狀態(tài)、手自動(dòng)切換、故障報警和計算運行時(shí)間。
e) 風(fēng)機停止時(shí)的聯(lián)動(dòng)控制，關(guān)電動(dòng)二通閥及電動(dòng)風(fēng)門(mén)。
f) 根據新風(fēng)溫度與回風(fēng)溫度的比較，比例控制新回風(fēng)風(fēng)門(mén)。
監控內容：
初、中效過(guò)濾網(wǎng)壓差監測;
室內壓差檢測;
回風(fēng)溫度檢測;
室內溫濕度檢測;
冷水閥、加熱閥自動(dòng)調節控制;
開(kāi)關(guān)/故障狀態(tài);
運行累積實(shí)際統計(偽點(diǎn));
送排風(fēng)機啟/�？刂�，送風(fēng)機高速、低速;
風(fēng)門(mén)風(fēng)閥調節控制;
空調機混合段壓力檢測;
夾層溫度。
8) 新風(fēng)機組控制系統
a) 根據送風(fēng)溫度，PID比例控制蒸汽加熱閥開(kāi)度，使送風(fēng)溫度達到設定值：18~24℃+0、5℃
b) 根據送風(fēng)濕度，PID比例控制蒸汽加濕閥開(kāi)度，使送風(fēng)濕度達到設定值。
c) 根據露點(diǎn)溫度，PID比例控制冷水閥開(kāi)度，使溫度達到設定值：14℃+ 1℃
d) 根據一次加熱溫度，PID比例控制熱水閥開(kāi)度，使溫度達到設定值：10~18c+1c
e) 當初效過(guò)濾器兩端的壓差大于設定值150Pa時(shí)，發(fā)出報警信號，提醒清洗過(guò)濾器。
f) 當中效過(guò)濾器兩端的壓差大于設定值250Pa時(shí)，發(fā)出報警信號，提醒清洗過(guò)濾器。
g) 根據時(shí)間或程序控制風(fēng)機的啟/停，同時(shí)監視其運行狀態(tài)、手動(dòng)自動(dòng)切換、故障報警和計算運行時(shí)間。
h) 檢測送風(fēng)壓力，將壓力信號送至變頻器，調節送風(fēng)機轉速。
i) 風(fēng)機停止時(shí)得聯(lián)動(dòng)控制，關(guān)電動(dòng)二通閥及電動(dòng)風(fēng)門(mén)。
監控內容：
過(guò)濾網(wǎng)壓差監測，給出清洗指示保證空調系統的運行效率;
送風(fēng)溫度檢測;
送風(fēng)濕度檢測;
露點(diǎn)溫度檢測;
新風(fēng)溫度檢測;
一次加熱溫度檢測;
送風(fēng)風(fēng)壓檢測;
水閥開(kāi)度自動(dòng)調節控制;
機組開(kāi)關(guān)/變頻調速;
機組手動(dòng)/自動(dòng)狀態(tài)檢測/故障狀態(tài);
運行累積時(shí)間統計(偽點(diǎn));
風(fēng)門(mén)風(fēng)閥調節控制。
9) 空氣壓縮系統
監測二臺冷卻循環(huán)水泵、一臺冷卻塔、二臺空壓機和二臺干燥器的運行狀態(tài)、故障報警、手自動(dòng)切換狀態(tài)，對它們的啟/停進(jìn)行控制。同時(shí)監測冷卻塔出水溫度與排氣總管的壓力及水泵前的水流開(kāi)關(guān)，并控制二臺空壓機和二臺干燥器，供氣回路上的電磁閥和電動(dòng)閥。
監控內容：
排水總管壓力值;
冷卻循環(huán)水泵的啟/停、運行狀態(tài)、故障、手動(dòng)自動(dòng)切換;
冷卻塔出水溫度檢測;
水流開(kāi)關(guān);
電磁閥、電動(dòng)閥的開(kāi)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。滅菌罐內溫度超過(guò)100℃時(shí)，智能溫控儀關(guān)閉蒸汽閥，否則打開(kāi)蒸汽閥，在達到100℃并保持30分鐘后關(guān)閉蒸汽閥。廢水排放：打開(kāi)排水閥，在排水管上加入自來(lái)水混合后排放，污水池水溫低于45℃時(shí)關(guān)閉自來(lái)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。
監控內容：
蒸汽閥開(kāi)關(guān);
罐內溫度;
排水閥、啟動(dòng)閥啟閉;
電磁閥開(kāi)關(guān);
污水池高液位報警;
滅菌罐高液位報警;
污水池溫度。
本系統還對潔凈室的內外壓差進(jìn)行調控，其正壓或負壓通過(guò)控制排風(fēng)管上的電動(dòng)調節排風(fēng)閥的開(kāi)度來(lái)滿(mǎn)足要求。
監控內容：
電動(dòng)調節排風(fēng)閥的開(kāi)度;
室內壓力值;
排風(fēng)機運行狀態(tài)、啟停、故障、手動(dòng)自動(dòng)切換。
11) 去離子和純蒸汽系統
監測去離子設備的供水壓力和純蒸汽系統的壓力。
監控內容：
純蒸汽壓力;
供水壓力。
12) 給排水系統
監測水箱或水池及排污井液位，超限發(fā)出報警信號，監測自來(lái)水總管上的水壓。
監控內容：
液位報警;
自來(lái)水總管水壓。
3、 結 語(yǔ)
工業(yè)企業(yè)對智能化系統有極高要求，如何根據企業(yè)的生產(chǎn)和運營(yíng)實(shí)際需求，科學(xué)合理、實(shí)用靈活地配置自控系統，對企業(yè)增加投入產(chǎn)出效益有著(zhù)極其重要的作用，是生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和產(chǎn)品質(zhì)量的有力保障。本方案緊密貼近生產(chǎn)過(guò)程要求，按照實(shí)際運營(yíng)經(jīng)驗配置，系統良好。運行多年性能穩定，控制精確，產(chǎn)生效益明顯。
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