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杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司

1　項(xiàng)目背景

某醫(yī)藥公司是國際首屈一指的研發(fā)服務(wù)公司，擁有國際頂尖的科研管理團(tuán)隊(duì)和科研水平，一直與北美、歐洲、日本的各醫(yī)藥公司保持長期、穩(wěn)固的合作關(guān)系。其新建醫(yī)藥生產(chǎn)基地為多產(chǎn)品生產(chǎn)線，期望項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，以提升產(chǎn)品品質(zhì)及生產(chǎn)效率，降低干預(yù)生產(chǎn)的人為因素，收集重要數(shù)據(jù)，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，在激烈競爭的市場上獲得競爭優(yōu)勢。

和利時(shí)為本項(xiàng)目提供的新一代DCS產(chǎn)品HOLLiAS MACS-K系列分布式控制系統(tǒng)，是和利時(shí)在總結(jié)二十余年用戶需求和行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)、積累前代DCS系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，全面繼承以往系統(tǒng)的高可靠性、安全性和易用性，綜合自身核心技術(shù)與國際控制系統(tǒng)技術(shù)而推出的DCS產(chǎn)品。

MACS-K系統(tǒng)主要有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢：

（1）高可靠性：網(wǎng)絡(luò)、控制器、電源、I/O模塊均可全冗余配置，無單點(diǎn)故障。系統(tǒng)總線與模塊光電隔離，系統(tǒng)電源與現(xiàn)場電源雙隔離供電，網(wǎng)絡(luò)具有物理層和協(xié)議層雙重隔離，模塊通道之間完全故障隔離。

（2）高安全性：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用確定實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊協(xié)議，標(biāo)配帶防火墻的交換機(jī)，控制器CPU采用PowerPC架構(gòu)工業(yè)級(jí)芯片，基于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，內(nèi)置防網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴組件，采用多比特位開關(guān)量和信號(hào)質(zhì)量判斷，故障導(dǎo)向安全。

（3）高度環(huán)境適應(yīng)性：基于惡劣工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，符合EMC的設(shè)計(jì)規(guī)范，抗干擾性符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61000對(duì)工業(yè)環(huán)境下系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，系統(tǒng)防腐蝕能力滿足ISA S71.04標(biāo)準(zhǔn)G3等級(jí)要求。

2　項(xiàng)目實(shí)施與應(yīng)用情況

在項(xiàng)目實(shí)施前，業(yè)主與和利時(shí)在深度溝通的前提下共同完成了對(duì)現(xiàn)場檢測儀表及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、所有第三方集成設(shè)備的選用都經(jīng)過和利時(shí)專業(yè)的篩選，和利時(shí)的專業(yè)能力和豐富經(jīng)驗(yàn)，保證了所有設(shè)備的選型最優(yōu)化，在實(shí)際生產(chǎn)中取得了良好的使用效果。例如針對(duì)業(yè)主物料的物化性質(zhì)，檢測儀表過程連接部分選用相應(yīng)的材質(zhì)，在腐蝕性料液控制上選用耐腐蝕自控閥門，配合高性能電氣轉(zhuǎn)換裝置保證閥門使用維護(hù)量低、壽命長。充分考慮操作人員安全性，在所有存在使用氮?dú)馇闆r的無菌室都安裝氧含量報(bào)警儀，人員進(jìn)入之前都可以方便快捷地知曉室內(nèi)環(huán)境的安全性。

項(xiàng)目集成了HOLLiAS-Batch批量控制系統(tǒng)與DCS平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了配方管理、生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度、生產(chǎn)信息管理、過程管理、單元監(jiān)管、過程控制等功能，針對(duì)不同生產(chǎn)場景，同一配方可有多個(gè)原料配比方案，同時(shí)提供完善的操作和運(yùn)行日志，可查詢并提供過程分析，可對(duì)比多個(gè)批次間的差異，還可以自動(dòng)生成批次報(bào)表，在滿足生產(chǎn)需要的功能基礎(chǔ)上，全面把控生產(chǎn)信息。HOLLiAS-Batch軟件架構(gòu)如圖1所示。

圖1 HOLLiAS-Batch軟件架構(gòu)

項(xiàng)目設(shè)計(jì)實(shí)施遵循良好自動(dòng)化生產(chǎn)實(shí)踐指南（GAMP5）要求，為用戶實(shí)現(xiàn)了多種溫度控制模式和壓力控制模式，方便用戶針對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行精確控制。

采用DP通訊、MODUBUS、OPC軟件把全廠干燥設(shè)備、離心設(shè)備、TCU溫控單元等成套設(shè)備接入DCS系統(tǒng)，由DCS系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，在生產(chǎn)過程的不同階段，成套設(shè)備執(zhí)行DCS指令進(jìn)行不同的動(dòng)作，DCS系統(tǒng)根據(jù)物料處理狀態(tài)、設(shè)備聯(lián)鎖保護(hù)信號(hào)、相關(guān)協(xié)助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)等信息，綜合分析計(jì)算后給出控制指令，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)車間的協(xié)調(diào)、有序、節(jié)能生產(chǎn)。

通過設(shè)置用戶級(jí)別和用戶權(quán)限，實(shí)現(xiàn)僅有授權(quán)人員才能訪問相應(yīng)權(quán)限的功能，確保了數(shù)據(jù)的生成（或創(chuàng)建）、采集、記錄、處理、審核、報(bào)告、存儲(chǔ)、備份、銷毀等過程合規(guī)受控。數(shù)據(jù)備份，數(shù)據(jù)更改，信息追溯根據(jù)人機(jī)界面（HMI）的分區(qū)及操作員分工進(jìn)行雙權(quán)限管理，只有權(quán)限相符的操作員在分區(qū)相符的人機(jī)界面上登錄后才能進(jìn)行操作，兩者缺一不可，最大程度地杜絕操作權(quán)限失誤的問題。

3　項(xiàng)目創(chuàng)新性、重點(diǎn)與難點(diǎn)問題及解決思路等分析

3.1　批量控制應(yīng)用

在多產(chǎn)品共線生產(chǎn)時(shí)，會(huì)采用不同的原料、不同的劑量、不同的操作過程、不同的控制參數(shù)來進(jìn)行生產(chǎn)，使得原料配方和生產(chǎn)過程復(fù)雜多變、難于控制，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)過程的追蹤和分析也成為重點(diǎn)問題，DCS系統(tǒng)結(jié)合Batch批量控制系統(tǒng)，把配方、設(shè)備、操作員三者進(jìn)行綁定，預(yù)防誤操作引發(fā)事故，幫助用戶進(jìn)行良好的生產(chǎn)管理。

3.2　多產(chǎn)品控制模式

多產(chǎn)品生產(chǎn)線的一個(gè)難點(diǎn)就是在產(chǎn)品轉(zhuǎn)換時(shí)，對(duì)某些過程變量的控制方式和控制點(diǎn)都會(huì)改變，導(dǎo)致在產(chǎn)品切換時(shí)，DCS系統(tǒng)的部分自控功能會(huì)受到影響。MACS-K多模式控制就是用來解決多產(chǎn)品生產(chǎn)線的這個(gè)難點(diǎn)問題，采用多模式控制后，同一個(gè)過程變量，在不同產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，可以選用對(duì)應(yīng)的控制模式，達(dá)到最貼合本產(chǎn)品的控制效果。

3.3　模塊化操作方式

整體操作過程按功能劃分進(jìn)行模塊化編程，每個(gè)功能模塊都對(duì)應(yīng)一個(gè)完整的工藝操作過程，在人員選擇相應(yīng)的功能模塊后，DCS系統(tǒng)按編制好的程序進(jìn)行控制，模塊內(nèi)部操作全部自動(dòng)完成，操作員可實(shí)時(shí)監(jiān)視程序執(zhí)行的狀態(tài)，并參與其執(zhí)行。

3.4　設(shè)備管控一體化

成套設(shè)備一般自帶控制系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，能很好地完成某個(gè)工藝功能，但是無法和其它成套設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行交互，經(jīng)常造成車間的生產(chǎn)流程波動(dòng)，導(dǎo)致設(shè)備處理能力及公用能源浪費(fèi)，現(xiàn)在由DCS系統(tǒng)對(duì)整個(gè)車間所有設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，使車間生產(chǎn)得到最優(yōu)化管理。

3.5　數(shù)據(jù)完整性保障

按醫(yī)藥行業(yè)驗(yàn)證法規(guī)對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)完整性的要求，DCS系統(tǒng)記錄輸入或確認(rèn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)人員的身份，只有被授權(quán)人員，方可修改已輸入的數(shù)據(jù)，根據(jù)法規(guī)對(duì)操作員管理的要求為用戶設(shè)計(jì)豐富靈活的用戶管理功能：系統(tǒng)自動(dòng)登出功能、系統(tǒng)強(qiáng)制密碼更換功能、用戶更換密碼功能、自動(dòng)檢測用戶狀態(tài)等功能。

4　效益分析

和利時(shí)致力于為國內(nèi)醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)提供一體化、定制化、智能化的整體解決方案，引領(lǐng)國內(nèi)醫(yī)藥工業(yè)的生產(chǎn)從制造升級(jí)為智造。借助和利時(shí)在醫(yī)藥行業(yè)的深厚技術(shù)背景和多元化產(chǎn)品，為用戶提供全方位的技術(shù)服務(wù)。通過此項(xiàng)目，和利時(shí)展示了自己在醫(yī)藥制造行業(yè)的布局和定位。具體如下：

4.1　減少操作人員

業(yè)主原有相同規(guī)模的老生產(chǎn)車間為手動(dòng)生產(chǎn)模式，操作人員為150人左右，新車間采用DCS系統(tǒng)后大幅度降低人員數(shù)量，現(xiàn)車間操作人員約50人左右。

4.2　生產(chǎn)效率提高

老車間每次生產(chǎn)一種新產(chǎn)品，操作工需熟悉操作流程和方法，生產(chǎn)效率低下，每次從開始生產(chǎn)到出成品平均需要24小時(shí)以上，而DCS系統(tǒng)無需每次都熟悉生產(chǎn)流程，直接轉(zhuǎn)換為多產(chǎn)品生產(chǎn)模式控制和模塊化的操作方式即可，生產(chǎn)用時(shí)可節(jié)省50%以上，降低至12小時(shí)左右。

4.3　成品率提升

人員手動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，每次生產(chǎn)新產(chǎn)品的初期，平均成品合格率不足40%，而DCS系統(tǒng)多模式溫度控制和壓力控制功能，使生產(chǎn)過程更符合工藝要求，一次成品率提升至70%左右。

4.4　人員安全性提高

原手動(dòng)生產(chǎn)時(shí)，現(xiàn)場操作人員始終處于危險(xiǎn)的化學(xué)反應(yīng)環(huán)境中，幾乎不能避免接觸危化品，由DCS系統(tǒng)控制生產(chǎn)后，現(xiàn)場操作人員只需確認(rèn)設(shè)備正常運(yùn)行即可，無需接觸危化品物料，大大提高人員安全性。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年11月刊