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基于现场总线技术的工业以太网在生物制药行业中的应用
发布者:铝箔包装  发布时间:2012-9-11 23:19:00  阅读:533次 【字体:

现场总线技能自80年代末面世,就呈现了以异样实体倡议的规范,典型代表有:基金会LONWOKS 、PROFIBUS 、CAN、HART等。其间PROFIBUS是由德国西门子公司提出并竭力倡议,曾经先后成为德国国家规范DIN19245和欧洲规范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,以生物制药工程为布景,论述了现场总线技能在生物制药职业实践运用中所处置的一些问题。

一、现场总线技能

现场总线是80年代末、90年代初国际上构成的,用于出产现场、在微机化丈量操控设备之间的完结双向串行多节点数字通讯的体系,也被称为开放式、数字化、多点通讯的底层操控网络。

现场总线体系FCS称为第五代操控体系,大家普通把50年代前的气动信号操控体系PCS称作第一代,把4~20mA等电动模拟信号操控体系称为第二代,把数字计算机会集式操控体系称为第三代,而把70年代中期以来的集散式散布操控体系DCS称作第四代。现场总线操控体系FCS作为新一代操控体系,一方面,突破了DCS体系选用通讯专用网络的限制,选用了依据公开化、规范化的处置方案,克服了封闭体系所构成的缺点;另一方面把DCS的会集与涣散相结合的集散体系布局,变成了新式全散布式布局,把操控功用彻底下放到现场。现场总线技能的呈现,完结了工程自动化,制作自动化,信息收集自动化等范畴的现场智能设备之间的互联通讯,完结了出产进程现场操控设备与更高信息办理层互联通讯,此外,FCS还可以颠末网关与企业的上级办理网络相连,以便办理者把握第一手资料,为决议方案供给依据。为彻底打破自动化体系的信息孤岛发明了条件。

1. 现场总线PROFIBUS的分类

当前国际盛行的现场总线及总线规范有很多种,其间PROFIBUS现场总线是欧洲规范,其产物在国际商场上已被遍及承受,在中国也组建了PROFIBUS现场总线专业委员会,它是当前国际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操控体系中,不触及车间级通讯使命和本安型进程自动化,因而要点运用PROFIBUS-DP。

2. 西门子S7-300系列PLC的 PROFIBUS有关产物。

西门子PLC为PROFIBUS通讯供给了多种CP通讯功用模块,对准兽研所口蹄疫疫苗工程的详细情况,分区域、分功用选用了7台PLC-300,CPU为315-ZDP,触及到的通讯处置器为组成现场级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体系接口的CP-5613。现将其分述如下:

1)DP从站ET-200M

ET-200M以PROFIBUS DP slave 拼成主从式的I/O散布式PLC现场总线体系。因为其可做为CPU的长途散布式I/O,颠末现场总线与CPU的通讯间隔长达1.2KM,因而可依据现场实践情况将详细为从站设置在操控设备邻近,然后颠末总线与中心CPU相连通讯。这样做的最大优点就是大大减少了现场信号传至中心操控柜的间隔,下降了I/O布线的本钱,进步了工程施工功率,一同因为PROFIBUS-DP的总线循环工夫不到10ms,它的操控实时性决不会因而而下降,在兽研所疫苗工程PLC操控体系中,冷站与动力站坐落出产厂房的最北端,首要工艺设备会集于北端的冷站机房内,但还有适当一局部现场信号是在出产厂房的南端车间,如工艺温度、压力信号,和地下技能夹层,如冷站和4台冷却水泵。为了处置这一对立,为将PLC的CPU中心操控柜设置在北端的冷站机房内,又在出产厂房南端的地下技能夹层设置其DP站ET200M,将一切有关的现场信号先送到DP站处置,DP站颠末总线衔接与冷站内的中心操控柜完结通讯。其间的通讯间隔约为120m,处置的现场信号在50点左右,用ET200M长途散布式I/O,很好的处置了这一问题,大大下降了工程施工本钱。

2)CP342-5通讯处置器

CP342-5是衔接西门子S7-300到PROFIBUS-DP总线体系的通讯处置器,他可作为DP主站式从站为体系供给PROFIBUS-DP、S7通讯、S5单元通讯,编程器和HMI体系通讯等功用,在疫苗工程的PLC操控体系中,它首要为S7-300与HMI体系的通讯组网效劳。

3)CP-5613通讯处置器

CP5613用于在具有PCI槽内的WINDOWS NT4.0(WINDOWS200)下,将SIMATIC PG/PC和AT兼容PC衔接到PROFIBUS。因为CP5613是作为PROFIBUS-DP主站工作的,它将进程图象存储在DP RAM内(CP上的存储区),且硬件自律地处置高功用的数据传输,因而其可减轻计算机主机的CPU负荷,进步计算机主机用于其他计算机或网络处置器的功用,在兽研所口蹄疫疫苗工程的PLC操控体系中,将其作为HMI/SCADA体系主机与S7300PLC 体系之间的通讯处置器。

二、现场总线技能和工业以太网在生物制药职业中的运用

1、体系总述

本项目自动化网络建议选用西门子SIMATIC NET系列产物。整个网络以工业以太网(用于区域和单元联网的国际规范)和PROFIBUS现场总线(用于现场区域和单元网络的国际规范)为重要组成局部,可完结工厂通讯,数据通讯和进程/现场自动化通讯等异样层次,异样功用的杂乱联网使命。

网络体系共分为3层布局,分别为:现场操控层、进程监控层、出产办理和商场运营办理层。

1)现场操控层

PROFIBUS是一种用于进程自动化的现场总线技能,其灵敏的网络装备和对散布式I/O设备的总线衔接方法使得操控体系在布线方面的工程本钱大幅度下降,工程施行大大简化,体系可靠性和体系功用大大进步。

PROFIBUS的通讯协议彻底满意规范化和规范化的恳求,它的开放性答应来自异样制作商的规范化部件完结兼容和集成。

我所的现场I/O操控选用PROFIBUS-DP总线进行I/O散布式装备,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操控单元。PLC-4担负着52号修建空调冷站工艺冷站和动力站的监控使命。PLC-5为52号修建的照明和变配电体系的操控单元。PLC-6将对53号修建的空调机组和冷站进行监控。PLC-7为52号修建的工艺设备操控单元,首要操控设备有:转瓶机、灭菌柜,枯燥箱等。PLC-8为动力监控单元,首要完结对我所空压站、纯水处置站、工业蒸汽、水塔等动力设备的监督或操控。

对悬浮培育、灭活、乳化、分装等工艺进程的监督或操控,将视我所装备的工艺处置操控设备通讯接口情况,或集成于PLC-7的PROFIBUS-DP总线上(此刻恳求这些工艺处置操控设备接口满意PROFIBUS通讯协议),或集成于工业以太网上(此刻恳求这些工艺处置操控设备接口满意TCP/IP通讯协议)。

2)进程监控层

上述8个操控单元悉数挂接于PROFIBUS总线上,以完结与上位操作站或彼此之间的通讯处置,然后构成整个网络体系的进程监控层。

依据8个操控单元的异样功用,在PROFIBUS总线上设置了4个独立操作站和1个WINCC效劳器。4个独立操作站分别为:HVAC体系操作站、照明/变配电体系操作站、工艺设备操控操作站和动力监控操作站。HVAC体系操作站对准PLC-1~PLC-4,PLC6这5个操控单元,照明/变配电体系操作站对准PLC-5操控单元,工艺设备操控操作站对准PLC-7操控单元,动力监督体系操作站对准PLC-8操控单元。这些操作站将装置SIMATIC WINCC视窗操控中心以生成用户所需的多种SCADA功用—工艺进程图形、报警信息处置、数据收发、记载和曲线、图表显现、数据存储和报表生成、打印输出等。

一切8个操控单元的数据信息将颠末WINCC效劳器传输至工业以太网的关联数据效劳器中,以供体系的全集成运用。

思索到我所将来的方案项意图晋级,在PROFIBUS总线层上预留了以下体系的网络接口:

新建变配电站网络接口

生物安全四级(BL4)实验室网络接口

锅炉房监控体系网络接口

现有GMP车间改造网络接口

3)出产与商场办理层

我所的出产调度、方案、库存、人事、财政、出售以及商场决议方案等构成工厂信息的办理层,并在这些局部间完结工作自动化。

SIMATIC NET是一种IT网络。因为其数据通讯选用了TCP/IP协议,因而整个工业操控体系的各首要局部可颠末工业以太网集成到工作自动化环境中,完结了工作自动化与工业环境下自动化体系的无缝集成。

工业以太网(亦即Intranet)以TCP/IP通讯协议为根底,将该项目中的一切监控体系工作站、消防体系工作站、门禁体系工作站、设备现场监控工作站与上述的工艺进程监控体系效劳器一同进行体系全集成。为此,在工业以太网大将设置数据库和网络办理效劳器。

无论是如今仍是将来,电子邮件和浏览器将作为广泛施行的通讯东西被运用在工作环境中。依照本描绘的网络布局,我所的工作自动化水平不只限制于电子邮件和浏览器的运用,一同颠末ISDN(Integrated Service Digital Network)以及Internet 上的电话衔接可完结与WAN(广域网)的衔接功用,使异地工作、异地办理成为可能,这将为我地点将来的商场竞争中供给疾速精确的全球性信息效劳。

2、网络体系设置及设备选型

1)主控室工作站

主控室网络设备包罗消防体系工作站,门禁体系工作站,设备现场监控操作站,及其进程监控层运用的HVAC体系操作站、照明/配电体系操作站及动力监督操作站。该工作站设置在52#修建的轴向(B-C)-横向(2,3)上技能夹层工作室内,进行会集安置。

上述工作站的计算机装备为:飞跃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。

在进程监控层PROFIBUS总线上和工业以太网上各设网络打印机一台。选用激光打印机。总线打印机完结进程报警记载、进程数据记载、图表生成等功用。网络打印机完结各网络设备所输出的工艺信息、监控信息、办理图表等。

设置UPS电源1台,容量6KVA,停电应急工夫不少于180分钟。

2)大屏监督室

大屏监督室设置于52#修建的J06房间。颠末大屏监督器,可清晰看到各首要网络工作站所监控的内容,如消防体系的工作情况,门禁体系的设置情况,现场工艺设备和HVAC体系设备的工作情况,照明设备的敞开与否以及重要的现场信息等。

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工作情况监督器。工艺设备监控站监控PLC-7的操控内容,现场设备工作情况监督器将颠末多种画面组合显现现场设备的实时工作情况。

4)出产与商场办理——所长工作室监督器的设置

为使我所的领导们可以及时调查工艺流程的视频画面或调看关联出产数据和办理信息,将颠末网络在所长工作室设置监督器一台,并配有相应的主机和激光打印机,将重要的出产工艺参数,出产进展组织等其它关联的办理信息及时打印输出和进行历史记载。一同所长可依据商场运营和需求情况及时对网络上各工作站宣布相应的办理指令。

5)体系的保护与办理——体系办理工程师监督器的设置

体系办理工程师有必要时辰把握各网络设备的工作情况并依据网络设备的保护办理办法进行定时查看和保护。因而,将颠末网络在工作室设置监督器一台,以供体系办理工程师随时查询各网络设备的工作情况,一同颠末监督器计算机可及时对各网络工作站发布体系保护的关联告诉或办理信息。

3、网络布局与通讯

网络体系选用开放式总线拓扑布局。三层总线构成了兽医所的FMCS体系。

现场操控层和进程监控层选用PROFIBUS通讯协议,它是作为德国国家规范DIN19245和欧洲规范EN50170的现场总线规范。

工厂办理层选用工业以太网组成,通讯协议为TCP/IP,这样便于体系集成和扩大。

网络通讯设备的订货和线路敷设由自控承包商和我所共同完结。所选设备与线路资料应满意体系操控数据交换所有必要的速率及可靠性,契合国家规范规则,并为将来体系的扩大留有余量。

三、结束语

在生物制药职业选用了现场总线后可完结真实的分层、散布式布局,这种布局极大的进步了整个体系的可靠性,灵敏性和可扩大性,契合生物制药自动化的发展趋势。

现场总线技能在生物制药职业中有十分宽广的运用远景 ,特别是在当今新建项目中能在可靠性、高精度、经济性等诸多方面取得最大的效益。在国内外现场总线厂家和描绘研讨局部的共同努力下 ,依据现场总线的操控体系必将分体系、分阶段地逐渐替代现有的涣散式操控体系 ,在将来定将成为我国生物制药职业自动化的主导设备。上述体系描绘的站点多,PROFIBUS总线长,用于生物制药企业(完结模拟量的监控,比其他职业都要杂乱些),完结实时监控在国内并不多见。本文的首要奉献在于建立依据PROFIBUS总线的操控网络,并与IT网络完结资源共享,无缝链接。颠末近两年的运用,作用杰出,达到了描绘恳求,大大进步了该企业的信息化水平缓办理水平。

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