1、系統(tǒng)綜述

本項目自動化網(wǎng)絡主張采用西門子SIMATICNET系列產(chǎn)品。整個網(wǎng)絡以工業(yè)以太網(wǎng)(用于區(qū)域和單元聯(lián)網(wǎng)的國際標準)和PROFIBUS現(xiàn)場總線(用于現(xiàn)場區(qū)域和單元網(wǎng)絡的國際標準)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，不同性能的復雜聯(lián)網(wǎng)任務。

網(wǎng)絡系統(tǒng)共分為3層結構，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，其靈活的網(wǎng)絡配置和對分布式I/O設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)范化和標準化的要求，它的開放性允許來自不同制造商的標準化部件實現(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號建筑新風機組和空調(diào)機組的控制單元。PLC-4擔負著52號建筑空調(diào)冷站工藝冷站和動力站的監(jiān)控任務。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號建筑的工藝設備控制單元，主要控制設備有：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總線上設置了4個獨立操作站和1個WINCC服務器。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服務器傳輸至工業(yè)以太網(wǎng)的相關數(shù)據(jù)服務器中，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總線層上預留了以下系統(tǒng)的網(wǎng)絡接口：

新建變配電站網(wǎng)絡接口

生物安全四級(BL4)實驗室網(wǎng)絡接口

鍋爐房監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡接口

現(xiàn)有GMP車間改造網(wǎng)絡接口

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、銷售以及市場決策等構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。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，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)服務器一起進行系統(tǒng)全集成。為此，在工業(yè)以太網(wǎng)上將設置數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡管理服務器。

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用在辦公環(huán)境中。按照本設計的網(wǎng)絡結構，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確的全球性信息服務。

2、網(wǎng)絡系統(tǒng)設置及設備選型

1)主控室工作站

主控室網(wǎng)絡設備包括消防系統(tǒng)工作站，門禁系統(tǒng)工作站，設備現(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。該工作站設置在52#建筑的軸向(B-C)-橫向(2，3)上技術夾層辦公室內(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)上各設網(wǎng)絡打印機一臺。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)絡打印機完成各網(wǎng)絡設備所輸出的工藝信息、監(jiān)控信息、管理圖表等。

設置UPS電源1臺，容量6KVA，停電應急時間不少于180分鐘。

2)大屏監(jiān)視室

網(wǎng)絡工作站所監(jiān)控的內(nèi)容，如消防系統(tǒng)的運行狀態(tài)，門禁系統(tǒng)的設置狀況，現(xiàn)場工藝設備和HVAC系統(tǒng)設備的運行狀況，照明設備的開啟與否以及重要的現(xiàn)場信息等。

3)分控室

分控室設于52#建筑的J05房間。分控室設置工藝設備監(jiān)控站和現(xiàn)場設備運轉(zhuǎn)狀況監(jiān)視器。工藝設備監(jiān)控站監(jiān)控PLC-7的控制內(nèi)容，現(xiàn)場設備運轉(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)視器的設置

為使我所的領導們能夠及時觀察工藝流程的視頻畫面或調(diào)看相關生產(chǎn)數(shù)據(jù)和管理信息，將通過網(wǎng)絡在所長辦公室設置監(jiān)視器一臺，并配有相應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)絡上各工作站發(fā)出相應的管理指令。

5)系統(tǒng)的維護與管理——系統(tǒng)管理工程師監(jiān)視器的設置

系統(tǒng)管理工程師必須時刻掌握各網(wǎng)絡設備的運轉(zhuǎn)狀況并根據(jù)網(wǎng)絡設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)絡在辦公室設置監(jiān)視器一臺，以供系統(tǒng)管理工程師隨時查詢各網(wǎng)絡設備的運轉(zhuǎn)狀況，同時通過監(jiān)視器計算機可及時對各網(wǎng)絡工作站發(fā)布系統(tǒng)維護的相關通知或管理信息。

3、網(wǎng)絡結構與通訊

網(wǎng)絡系統(tǒng)采用開放式總線拓撲結構。三層總線構成了獸醫(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準DIN19245和歐洲標準EN50170的現(xiàn)場總線標準。

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)絡通訊設備的訂購和線路敷設由自控承包商和我所共同完成。所選設備與線路材料應滿足系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)交換所必須的速率及可靠性，符合國家標準規(guī)定，并為將來系統(tǒng)的擴展留有余量。

4、結束語

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、分布式結構，這種結構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)場總線技術在生物制藥行業(yè)中有非常廣闊的應用前景,特別是在當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)自動化的主導設備。上述系統(tǒng)設計的站點多，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基于PROFIBUS總線的控制網(wǎng)絡，并與IT網(wǎng)絡實現(xiàn)資源共享，無縫鏈接。經(jīng)過近兩年的使用，效果良好，達到了設計要求，大大提高了該企業(yè)的信息化水平和管理水平。