1、系統(tǒng)綜述

本項目自動化網(wǎng)絡(luò)主張采用西門子SIMATICNET系列產(chǎn)品。整個網(wǎng)絡(luò)以工業(yè)以太網(wǎng)(用于區(qū)域和單元聯(lián)網(wǎng)的國際標(biāo)準(zhǔn))和PROFIBUS現(xiàn)場總線(用于現(xiàn)場區(qū)域和單元網(wǎng)絡(luò)的國際標(biāo)準(zhǔn))為重要組成部分，可完成工廠通訊，數(shù)據(jù)通訊和過程/現(xiàn)場自動化通訊等不同層次，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)場控制層、過程監(jiān)控層、生產(chǎn)管理和市場經(jīng)營管理層。

1)現(xiàn)場控制層

PROFIBUS是一種用于過程自動化的現(xiàn)場總線技術(shù)，其靈活的網(wǎng)絡(luò)配置和對分布式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，工程實施大大簡化，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，它的開放性允許來自不同制造商的標(biāo)準(zhǔn)化部件實現(xiàn)兼容和集成。

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

對懸浮培養(yǎng)、滅活、乳化、分裝等工藝過程的監(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)過程監(jiān)控層

上述8個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，從而形成整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的過程監(jiān)控層。

根據(jù)8個控制單元的不同功能，在PROFIBUS總線上設(shè)置了4個獨立操作站和1個WINCC服務(wù)器。4個獨立操作站分別為：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PLC-1～PLC-4，PLC6這5個控制單元，照明/變配電系統(tǒng)操作站針對PLC-5控制單元，工藝設(shè)備控制操作站針對PLC-7控制單元，能源監(jiān)視系統(tǒng)操作站針對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—工藝過程圖形、報警信息處理、數(shù)據(jù)收發(fā)、記錄和曲線、圖表顯示、數(shù)據(jù)存儲和報表生成、打印輸出等。

所有8個控制單元的數(shù)據(jù)信息將通過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。

考慮到我所未來的規(guī)劃項目的升級，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(BL4)實驗室網(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)與市場管理層

我所的生產(chǎn)調(diào)度、計劃、庫存、人事、財務(wù)、銷售以及市場決策等構(gòu)成工廠信息的管理層，并在這些部門間實現(xiàn)辦公自動化。

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，因此整個工業(yè)控制系統(tǒng)的各主要部分可經(jīng)過工業(yè)以太網(wǎng)集成到辦公自動化環(huán)境中，實現(xiàn)了辦公自動化與工業(yè)環(huán)境下自動化系統(tǒng)的無縫集成。

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

無論是現(xiàn)在還是將來，電子郵件和瀏覽器將作為廣泛實施的通訊工具被應(yīng)用在辦公環(huán)境中。按照本設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，我所的辦公自動化水平不僅局限于電子郵件和瀏覽器的使用，同時經(jīng)過ISDN(IntegratedServiceDigitalNetwork)以及Internet上的電話連接可實現(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，這將為我所在未來的市場競爭中提供快速準(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，門禁系統(tǒng)工作站，設(shè)備現(xiàn)場監(jiān)控操作站，及其過程監(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)，進行集中布置。

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

在過程監(jiān)控層PROFIBUS總線上和工業(yè)以太網(wǎng)上各設(shè)網(wǎng)絡(luò)打印機一臺。采用激光打印機。總線打印機完成過程報警記錄、過程數(shù)據(jù)記錄、圖表生成等功能。網(wǎng)絡(luò)打印機完成各網(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，容量6KVA，停電應(yīng)急時間不少于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)的運行狀態(tài)，門禁系統(tǒng)的設(shè)置狀況，現(xiàn)場工藝設(shè)備和HVAC系統(tǒng)設(shè)備的運行狀況，照明設(shè)備的開啟與否以及重要的現(xiàn)場信息等。

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)場設(shè)備運轉(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)場設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況監(jiān)視器將通過多種畫面組合顯示現(xiàn)場設(shè)備的實時運行狀況。

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

為使我所的領(lǐng)導(dǎo)們能夠及時觀察工藝流程的視頻畫面或調(diào)看相關(guān)生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理信息，將通過網(wǎng)絡(luò)在所長辦公室設(shè)置監(jiān)視器一臺，并配有相應(yīng)的主機和激光打印機，將重要的生產(chǎn)工藝參數(shù)，生產(chǎn)進度安排等其它相關(guān)的管理信息及時打印輸出和進行歷史記錄。同時所長可根據(jù)市場經(jīng)營和需求情況及時對網(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)管理工程師必須時刻掌握各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀況并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的維護管理辦法進行定期檢查和保養(yǎng)。因此，將通過網(wǎng)絡(luò)在辦公室設(shè)置監(jiān)視器一臺，以供系統(tǒng)管理工程師隨時查詢各網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運轉(zhuǎn)狀況，同時通過監(jiān)視器計算機可及時對各網(wǎng)絡(luò)工作站發(fā)布系統(tǒng)維護的相關(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)場控制層和過程監(jiān)控層采用PROFIBUS通訊協(xié)議，它是作為德國國家標(biāo)準(zhǔn)DIN19245和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN50170的現(xiàn)場總線標(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TCP/IP，這樣便于系統(tǒng)集成和擴展。

網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備的訂購和線路敷設(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，符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，并為將來系統(tǒng)的擴展留有余量。

4、結(jié)束語

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

現(xiàn)場總線技術(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)今新建項目中能在可靠性、高精度、經(jīng)濟性等諸多方面獲得最大的效益。在國內(nèi)外現(xiàn)場總線廠家和設(shè)計研究部門的共同努力下,基于現(xiàn)場總線的控制系統(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),在未來定將成為我國生物制藥行業(yè)自動化的主導(dǎo)設(shè)備。上述系統(tǒng)設(shè)計的站點多，PROFIBUS總線長，用于生物制藥企業(yè)(實現(xiàn)模擬量的監(jiān)控，比其他行業(yè)都要復(fù)雜些)，實現(xiàn)實時監(jiān)控在國內(nèi)并不多見。本文的主要貢獻在于建設(shè)基于PROFIBUS總線的控制網(wǎng)絡(luò)，并與IT網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)資源共享，無縫鏈接。經(jīng)過近兩年的使用，效果良好，達到了設(shè)計要求，大大提高了該企業(yè)的信息化水平和管理水平。