杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司

1　項目背景

某醫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隊和科研水平，一直與北美、歐洲、日本的各醫藥公司保持長(cháng)期、穩固的合作關(guān)系。其新建醫藥生產(chǎn)基地為多產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)，期望項目實(shí)現自動(dòng)化生產(chǎn)，以提升產(chǎn)品品質(zhì)及生產(chǎn)效率，降低干預生產(chǎn)的人為因素，收集重要數據，不斷積累經(jīng)驗，在激烈競爭的市場(chǎng)上獲得競爭優(yōu)勢。

和利時(shí)為本項目提供的新一代DCS產(chǎn)品HOLLiAS MACS-K系列分布式控制系統，是和利時(shí)在總結二十余年用戶(hù)需求和行業(yè)應用特點(diǎn)、積累前代DCS系統開(kāi)發(fā)應用的基礎上，全面繼承以往系統的高可靠性、安全性和易用性，綜合自身核心技術(shù)與國際控制系統技術(shù)而推出的DCS產(chǎn)品。

MACS-K系統主要有以下幾點(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(wú)單點(diǎn)故障。系統總線(xiàn)與模塊光電隔離，系統電源與現場(chǎng)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：系統網(wǎng)絡(luò )采用確定實(shí)時(shí)以太網(wǎng)通訊協(xié)議，標配帶防火墻的交換機，控制器CPU采用PowerPC架構工業(yè)級芯片，基于實(shí)時(shí)操作系統，內置防網(wǎng)絡(luò )風(fēng)暴組件，采用多比特位開(kāi)關(guān)量和信號質(zhì)量判斷，故障導向安全。

（3）高度環(huán)境適應性：基于惡劣工業(yè)環(huán)境設計，符合EMC的設計規范，抗干擾性符合國際標準IEC61000對工業(yè)環(huán)境下系統穩定性的要求，系統防腐蝕能力滿(mǎn)足ISA S71.04標準G3等級要求。

2　項目實(shí)施與應用情況

在項目實(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現場(chǎng)檢測儀表及執行機構的設計、所有第三方集成設備的選用都經(jīng)過(guò)和利時(shí)專(zhuān)業(yè)的篩選，和利時(shí)的專(zhuān)業(yè)能力和豐富經(jīng)驗，保證了所有設備的選型最優(yōu)化，在實(shí)際生產(chǎn)中取得了良好的使用效果。例如針對業(yè)主物料的物化性質(zhì)，檢測儀表過(guò)程連接部分選用相應的材質(zhì)，在腐蝕性料液控制上選用耐腐蝕自控閥門(mén)，配合高性能電氣轉換裝置保證閥門(mén)使用維護量低、壽命長(cháng)。充分考慮操作人員安全性，在所有存在使用氮氣情況的無(wú)菌室都安裝氧含量報警儀，人員進(jìn)入之前都可以方便快捷地知曉室內環(huán)境的安全性。

項目集成了HOLLiAS-Batch批量控制系統與DCS平臺，實(shí)現了配方管理、生產(chǎn)計劃和調度、生產(chǎn)信息管理、過(guò)程管理、單元監管、過(guò)程控制等功能，針對不同生產(chǎn)場(chǎng)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行日志，可查詢(xún)并提供過(guò)程分析，可對比多個(gè)批次間的差異，還可以自動(dòng)生成批次報表，在滿(mǎn)足生產(chǎn)需要的功能基礎上，全面把控生產(chǎn)信息。HOLLiAS-Batch軟件架構如圖1所示。

圖1 HOLLiAS-Batch軟件架構

項目設計實(shí)施遵循良好自動(dòng)化生產(chǎn)實(shí)踐指南（GAMP5）要求，為用戶(hù)實(shí)現了多種溫度控制模式和壓力控制模式，方便用戶(hù)針對不同產(chǎn)品進(jìn)行精確控制。

采用DP通訊、MODUBUS、OPC軟件把全廠(chǎng)干燥設備、離心設備、TCU溫控單元等成套設備接入DCS系統，由DCS系統進(jìn)行協(xié)調控制，在生產(chǎn)過(guò)程的不同階段，成套設備執行DCS指令進(jìn)行不同的動(dòng)作，DCS系統根據物料處理狀態(tài)、設備聯(lián)鎖保護信號、相關(guān)協(xié)助設備的運行狀態(tài)等信息，綜合分析計算后給出控制指令，實(shí)現了整個(gè)車(chē)間的協(xié)調、有序、節能生產(chǎn)。

通過(guò)設置用戶(hù)級別和用戶(hù)權限，實(shí)現僅有授權人員才能訪(fǎng)問(wèn)相應權限的功能，確保了數據的生成（或創(chuàng )建）、采集、記錄、處理、審核、報告、存儲、備份、銷(xiāo)毀等過(guò)程合規受控。數據備份，數據更改，信息追溯根據人機界面（HMI）的分區及操作員分工進(jìn)行雙權限管理，只有權限相符的操作員在分區相符的人機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限失誤的問(wèn)題。

3　項目創(chuàng )新性、重點(diǎn)與難點(diǎn)問(wèn)題及解決思路等分析

3.1　批量控制應用

在多產(chǎn)品共線(xiàn)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(guò)程、不同的控制參數來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，使得原料配方和生產(chǎn)過(guò)程復雜多變、難于控制，同時(shí)對生產(chǎn)過(guò)程的追蹤和分析也成為重點(diǎn)問(wèn)題，DCS系統結合Batch批量控制系統，把配方、設備、操作員三者進(jìn)行綁定，預防誤操作引發(fā)事故，幫助用戶(hù)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(xiàn)的一個(gè)難點(diǎn)就是在產(chǎn)品轉換時(shí)，對某些過(guò)程變量的控制方式和控制點(diǎn)都會(huì )改變，導致在產(chǎn)品切換時(shí)，DCS系統的部分自控功能會(huì )受到影響。MACS-K多模式控制就是用來(lái)解決多產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)的這個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，采用多模式控制后，同一個(gè)過(guò)程變量，在不同產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，可以選用對應的控制模式，達到最貼合本產(chǎn)品的控制效果。

3.3　模塊化操作方式

整體操作過(guò)程按功能劃分進(jìn)行模塊化編程，每個(gè)功能模塊都對應一個(gè)完整的工藝操作過(guò)程，在人員選擇相應的功能模塊后，DCS系統按編制好的程序進(jìn)行控制，模塊內部操作全部自動(dòng)完成，操作員可實(shí)時(shí)監視程序執行的狀態(tài)，并參與其執行。

3.4　設備管控一體化

成套設備一般自帶控制系統獨立運行，能很好地完成某個(gè)工藝功能，但是無(wú)法和其它成套設備的運行情況進(jìn)行交互，經(jīng)常造成車(chē)間的生產(chǎn)流程波動(dòng)，導致設備處理能力及公用能源浪費，現在由DCS系統對整個(gè)車(chē)間所有設備進(jìn)行統一協(xié)調管理，使車(chē)間生產(chǎn)得到最優(yōu)化管理。

3.5　數據完整性保障

按醫藥行業(yè)驗證法規對于計算機系統及數據完整性的要求，DCS系統記錄輸入或確認關(guān)鍵數據人員的身份，只有被授權人員，方可修改已輸入的數據，根據法規對操作員管理的要求為用戶(hù)設計豐富靈活的用戶(hù)管理功能：系統自動(dòng)登出功能、系統強制密碼更換功能、用戶(hù)更換密碼功能、自動(dòng)檢測用戶(hù)狀態(tài)等功能。

4　效益分析

和利時(shí)致力于為國內醫藥生產(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)國內醫藥工業(yè)的生產(chǎn)從制造升級為智造。借助和利時(shí)在醫藥行業(yè)的深厚技術(shù)背景和多元化產(chǎn)品，為用戶(hù)提供全方位的技術(shù)服務(wù)。通過(guò)此項目，和利時(shí)展示了自己在醫藥制造行業(yè)的布局和定位。具體如下：

4.1　減少操作人員

業(yè)主原有相同規模的老生產(chǎn)車(chē)間為手動(dòng)生產(chǎn)模式，操作人員為150人左右，新車(chē)間采用DCS系統后大幅度降低人員數量，現車(chē)間操作人員約50人左右。

4.2　生產(chǎn)效率提高

老車(chē)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(kāi)始生產(chǎn)到出成品平均需要24小時(shí)以上，而DCS系統無(wú)需每次都熟悉生產(chǎn)流程，直接轉換為多產(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系統多模式溫度控制和壓力控制功能，使生產(chǎn)過(guò)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)，現場(chǎng)操作人員始終處于危險的化學(xué)反應環(huán)境中，幾乎不能避免接觸?；?，由DCS系統控制生產(chǎn)后，現場(chǎng)操作人員只需確認設備正常運行即可，無(wú)需接觸?；肺锪?，大大提高人員安全性。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年11月刊