基于现场总线技术的西门子SIMATICNET系列产品在制药业中应用

现场总线技巧自80年代末问世,就呈现了以不合实体倡导的标准,范例代表有:基金会LONWOKS、PROFIBUS、CAN、HART等。此中PROFIBUS是由德国西门子公司提出并逝世力倡导,已经先后成为德国国家标准DIN19245和欧洲标准EU50170。在中国也组建了PROFIBUS现场总线专业委员会。本文以西门子的PLC为例,以生物制药工程为背景,阐述了现场总线技巧在生物制药行业实际利用中所办理的一些问题。

一、现场总线技巧

现场总线是80年代末、90年代初国际上形成的,用于临盆现场、在微机化丈量节制设备之间的实现双向串行多节点数字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多点通信的底层节制收集。

现场总线系统FCS称为第五代节制系统,人们一样平常把50年代前的气动旌旗灯号节制系统PCS称作第一代,把4~20mA等电动模拟旌旗灯号节制系统称为第二代,把数字谋略机集中式节制系统称为第三代,而把70年代中期以来的集散式散播节制系统DCS称作第四代。现场总线节制系统FCS作为新一代节制系统,一方面,冲破了DCS系统采纳通信专用收集的局限,采纳了基于公开化、标准化的办理规划,降服了封闭系统所造成的缺陷;另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统布局,变成了新型全散播式布局,把节制功能彻底下放到现场。现场总线技巧的呈现,实现了工程自动化,制造自动化,信息采集自动化等领域的现场智能设备之间的互联通信,实现了临盆历程现场节制设备与更高信息治理层互联通信,此外,FCS还可以经由过程网关与企业的上级治理收集相连,以便治理者掌握第一手资料,为决策供给依据。为彻底突破自动化系统的信息孤岛创造了前提。

1.现场总线PROFIBUS的分类

今朝天下盛行的现场总线及总线标准有很多种,此中PROFIBUS现场总线是欧洲标准,其产品在世界市场上已被普遍吸收,在中国也组建了PROFIBUS现场总线专业委员会,它是今朝天下上最成功的现场总线之一。

在兽研所疫苗工程的工厂自动化节制系统中,不涉及车间级通信义务和本安型历程自动化,是以重点利用PROFIBUS-DP。

2.西门子S7-300系列PLC的PROFIBUS有关产品。

西门子PLC为PROFIBUS通信供给了多种CP通讯功能模块,针对兽研所口蹄疫疫苗工程的详细环境,分区域、分功能选用了7台PLC-300,CPU为315-ZDP,涉及到的通讯处置惩罚器为组成现场级PROFIBUS的DP从站ET200M;用于PLC之间通讯及人机接口的CP342-5;用于PROFIBUS-PA到PG/PC系统接口的CP-5613。现将其分述如下:

1)DP从站ET-200M

ET-200M以PROFIBUSDPslave拼成主从式的I/O散播式PLC现场总线系统。

因为其可做为CPU的远程散播式I/O,经由过程现场总线与CPU的通信间隔长达1.2KM,是以可根据现场实际环境将详细为从站设置在节制设备相近,然后经由过程总线与中央CPU相连通信。这样做的最大年夜好处便是大年夜大年夜削减了现场旌旗灯号传至中央节制柜的间隔,低落了I/O布线的资源,前进了工程施工效率,同时因为PROFIBUS-DP的总线轮回光阴不到10ms,它的节制实时性决不会是以而低落,在兽研所疫苗工程PLC节制系统中,冷站与动力站位于临盆厂房的最北端,主要工艺设备集中于北真个冷站机房内,但还有相称一部分现场旌旗灯号是在临盆厂房的南端车间,如工艺温度、压力旌旗灯号,和地下技巧夹层,如冷站和4台冷却水泵。为了办理这一抵触,为将PLC的CPU中央节制柜设置在北真个冷站机房内,又在临盆厂房南真个地下技巧夹层设置其DP站ET200M,将所有有关的现场旌旗灯号先送到DP站处置惩罚,DP站经由过程总线连接与冷站内的中央节制柜实现通讯。其间的通信间隔约为120m,处置惩罚的现场旌旗灯号在50点阁下,用ET200M远程散播式I/O,很好的办理了这一问题,大年夜大年夜低落了工程施工资源。

2)CP342-5通讯处置惩罚器

CP342-5是连接西门子S7-300到PROFIBUS-DP总线系统的通讯处置惩罚器,他可作为DP主站式从站为系统供给PROFIBUS-DP、S7通讯、S5单元通讯,编程器和HMI系统通讯等功能,在疫苗工程的PLC节制系统中,它主要为S7-300与HMI系统的通讯组网办事。

3)CP-5613通讯处置惩罚器

CP5613用于在具有PCI槽内的WINDOWSNT4.0(WINDOWS200)下,将SIMATICPG/PC和AT兼容PC连接到PROFIBUS。因为CP5613是作为PROFIBUS-DP主站运行的,它将历程图象存储在DPRAM内(CP上的存储区),且硬件自律地处置惩罚高机能的数据传输,是以其可减轻谋略机主机的CPU负荷,前进谋略机主机用于其他谋略机或收集处置惩罚器的机能,在兽研所口蹄疫疫苗工程的PLC节制系统中,将其作为HMI/SCADA系统主机与S7300PLC系统之间的通讯处置惩罚器。

二、现场总线技巧和工业以太网在生物制药行业中的利用

1、系统综述

本项目自动化收集主张采纳西门子SIMATICNET系列产品。全部收集以工业以太网(用于区域和单元联网的国际标准)和PROFIBUS现场总线(用于现场区域和单元收集的国际标准)为紧张组成部分,可完成工厂通讯,数据通讯和历程/现场自动化通讯等不合层次,不合机能的繁杂联网义务。

收集系统共分为3层布局,分手为:现场节制层、历程监控层、临盆治理和市场经营治理层。

1)现场节制层

PROFIBUS是一种用于历程自动化的现场总线技巧,其机动的收集设置设置设备摆设摆设和对散播式I/O设备的总线连接要领使得节制系统在布线方面的工程资源大年夜幅度低落,工程实施大年夜大年夜简化,系统靠得住性和系统功能大年夜大年夜前进。

PROFIBUS的通讯协议完全满意规范化和标准化的要求,它的开放性容许来自不合制造商的标准化部件实现兼容和集成。

我所的现场I/O节制采纳PROFIBUS-DP总线进行I/O散播式设置设置设备摆设摆设,共分8个PLC单元。PLC-1~PLC-3为52号修建新风机组和空调机组的节制单元。PLC-4担任着52号修建空调冷站工艺冷站和动力站的监控义务。PLC-5为52号修建的照明和变配电系统的节制单元。PLC-6将对53号修建的空调机组和冷站进行监控。PLC-7为52号修建的工艺设备节制单元,主要节制设备有:转瓶机、灭菌柜,干燥箱等。PLC-8为能源监控单元,主要完成对我所空压站、纯水处置惩罚站、工业蒸汽、水塔等动力举措措施的监视或节制。

对悬浮培养、灭活、乳化、分装等工艺历程的监视或节制,将视我所设置设置设备摆设摆设的工艺处置惩罚节制设备通讯接口状况,或集成于PLC-7的PROFIBUS-DP总线上(此时要求这些工艺处置惩罚节制设备接口满意PROFIBUS通讯协议),或集成于工业以太网上(此时要求这些工艺处置惩罚节制设备接口满意TCP/IP通讯协议)。

2)历程监控层

上述8个节制单元整个挂接于PROFIBUS总线上,以完成与上位操作站或彼此之间的通讯处置惩罚,从而形成全部收集系统的历程监控层。

根据8个节制单元的不合功能,在PROFIBUS总线上设置了4个自力操作站和1个WINCC办事器。4个自力操作站分手为:HVAC系统操作站、照明/变配电系统操作站、工艺设备节制操作站和能源监控操作站。HVAC系统操作站针对PLC-1~PLC-4,PLC6这5个节制单元,照明/变配电系统操作站针对PLC-5节制单元,工艺设备节制操作站针对PLC-7节制单元,能源监视系统操作站针对PLC-8节制单元。这些操作站将安装SIMATICWINCC视窗节制中间以天生用户所需的多种SCADA功能—工艺历程图形、报警信息处置惩罚、数据收发、记录和曲线、图表显示、数据存储和报表天生、打印输出等。

所有8个节制单元的数据信息将经由过程WINCC办事器传输至工业以太网的相关数据办事器中,以供系统的全集成应用。

斟酌到我所未来的筹划项目的进级,在PROFIBUS总线层上预留了以下系统的收集接口:

新建变配电站收集接口

生物安然四级(BL4)实验室收集接口

锅炉房监控系统收集接口

现有GMP车间改造收集接口

3)临盆与市场治理层

我所的临盆调整、计划、库存、人事、财务、贩卖以及市场决策等构成工厂信息的治理层,并在这些部门间实现办公自动化。

SIMATICNET是一种IT收集。因为其数据通讯采纳了TCP/IP协议,是以全部工业节制系统的各主要部分可颠末工业以太网集成到办公自动化情况中,实现了办公自动化与工业情况下自动化系统的无缝集成。

工业以太网(亦即Intranet)以TCP/IP通讯协议为根基,将该项目中的所有监控系统事情站、消防系统事情站、门禁系统事情站、设备现场监控事情站与上述的工艺历程监控系统办事器一路进行系统全集成。为此,在工业以太网上将设置数据库和收集治理办事器。

无论是现在照样将来,电子邮件和浏览器将作为广泛实施的通讯对象被利用在办公情况中。按照本设计的收集布局,我所的办公自动化水平不仅局限于电子邮件和浏览器的应用,同时颠末ISDN(IntegratedServiceDigitalNetwork)以及Internet上的电话连接可实现与WAN(广域网)的连接功能,使异地办公、异地治理成为可能,这将为我所在未来的市场竞争中供给快速准确的举世性信息办事。

2、收集系统设置及设备选型

1)主控室事情站

主控室收集设备包括消防系统事情站,门禁系统事情站,设备现场监控操作站,及其历程监控层应用的HVAC系统操作站、照明/配电系统操作站及能源监视操作站。该事情站设置在52#修建的轴向(B-C)-横向(2,3)上技巧夹层办公室内,进行集中部署。

上述事情站的谋略机设置设置设备摆设摆设为:奔跑Ⅲ-500MHZ以上CPU,64MB以上内存,4.3Gb以上硬盘,1.44MB软驱,17寸或21寸彩显,配鼠标器键盘等附件。

在历程监控层PROFIBUS总线上和工业以太网上各设收集打印机一台。采纳激光打印机。总线打印机完成历程报警记录、历程数据记录、图表天生等功能。收集打印机完成各收集设备所输出的工艺信息、监控信息、治理图表等。

设置UPS电源1台,容量6KVA,停电应急光阴不少于180分钟。

2)大年夜屏监视室

大年夜屏监视室设置于52#修建的J06房间。经由过程大年夜屏监视器,可清楚看到各主要收集事情站所监控的内容,如消防系统的运行状态,门禁系统的设置状况,现场工艺设备和HVAC系统设备的运行状况,照明设备的开启与否以及紧张的现场信息等。

3)分控室

分控室设于52#修建的J05房间。分控室设置工艺设备监控站和现场设备运转状况监视器。工艺设备监控站监控PLC-7的节制内容,现场设备运转状况监视器将经由过程多种画面组合显示现场设备的实时运行状况。

4)临盆与市场治理——所长办公室监视器的设置

为使我所的引导们能够及时察看工艺流程的视频画面或调看相关临盆数据和治理信息,将经由过程收集在所长办公室设置监视器一台,并配有响应的主机和激光打印机,将紧张的临盆工艺参数,临盆进度安排等其它相关的治理信息及时打印输出和进行历史记录。同时所长可根据市场经营和需求环境及时对收集上各事情站发出响应的治理指令。

5)系统的掩护与治理——系统治理工程师监视器的设置

系统治理工程师必须时候掌握各收集设备的运转状况并根据收集设备的掩护治理法子进行按期反省和保养。是以,将经由过程收集在办公室设置监视器一台,以供系统治理工程师随时查询各收集设备的运转状况,同时经由过程监视器谋略机可及时对各收集事情站宣布系统掩护的相关看护或治理信息。

3、收集布局与通讯

收集系统采纳开放式总线拓扑布局。三层总线构成了兽医所的FMCS系统。

现场节制层和历程监控层采纳PROFIBUS通讯协议,它是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。

工厂治理层采纳工业以太网组成,通讯协议为TCP/IP,这样便于系统集成和扩展。

收集通讯设备的订购和线路敷设由自控承包商和我所合营完成。所选设备与线路材料应满意系统节制数据互换所必须的速度及靠得住性,相符国家标准规定,并为将来系统的扩展留有余量。

三、停止语

在生物制药行业采纳了现场总线后可实现真正的分层、散播式布局,这种布局极大年夜的前进了全部系统的靠得住性,机动性和可扩展性,相符生物制药自动化的成长趋势。

现场总线技巧在生物制药行业中有异常广阔的利用前景,分外是在当今新建项目中能在靠得住性、高精度、经济性等诸多方面得到最大年夜的效益。在国内外现场总线厂家和设计钻研部门的合营努力下,基于现场总线的节制系统必将分系统、分阶段地慢慢取代现有的分散式节制系统,在未来定将成为我国生物制药行业自动化的主导设备。上述系统设计的站点多,PROFIBUS总线长,用于生物制药企业(实现模拟量的监控,比其他行业都要繁杂些),实实际时监控在海内并不多见。本文的主要供献在于扶植基于PROFIBUS总线的节制收集,并与IT收集实现资本共享,无缝链接。颠末近两年的应用,效果优越,达到了设计要求,大年夜大年夜前进了该企业的信息化水温和治理水平。

责任编辑:gt

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