華北制藥股份有限公司是目前世界上最大的抗生素生產(chǎn)制造基地。其某一無菌抗生素提煉精制包裝車間，生產(chǎn)現(xiàn)場既是防爆區(qū)又是醫(yī)藥生產(chǎn)潔凈區(qū)，因此根據(jù)生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)線設(shè)備分布特點，設(shè)計使用了以防爆式遠程I/O ET200iSP構(gòu)成控制系統(tǒng)，完成了無菌抗生素晶體的從過濾、洗滌、干燥到分裝包裝全流程的自動化控制。完全符合制藥生產(chǎn)GMP要求，具有現(xiàn)場布線簡潔，方便清潔無死角，防爆等級高，控制元件可以實現(xiàn)本安帶電檢修等特點，非常適合在無菌制藥生產(chǎn)過程推廣。

項目介紹

    本項目包括有四臺過濾、洗滌、干燥三合一大型機組，由每兩臺機組組成一條生產(chǎn)線。生產(chǎn)線具體組成見圖1所示。生產(chǎn)線的設(shè)備組成按生產(chǎn)流程順序依次是：罐式三合一干燥器，全排料管道，排料料倉，振蕩篩，稱量分裝裝置等組成。

    生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝簡介如下：

    1）先密閉整個機組系統(tǒng)，充入惰性氣體保護，通過進料自動閥門加入抗生素待處理結(jié)晶液，達到一定體積量后關(guān)閉進料閥。

    2）通入惰性氣體加壓，通過底部的大型金屬過濾板實現(xiàn)抗生素結(jié)晶液的固液分離。

    3） 抗生素結(jié)晶液固液分離后進行噴淋洗滌。

    4） 洗滌結(jié)束后通過液壓裝置下降攪拌裝置進行攪拌，并同時利用攪拌內(nèi)部的加熱管路系統(tǒng)加熱物料層，并嚴格控制干燥過程溫度，否則會使抗生素的降解失效。在加熱干燥的同時進行系統(tǒng)抽真空操作，使溶媒快速蒸發(fā)。

    5） 物料層干燥合格后（可以取樣檢測），停止真空，進入自動排料程序。

    6） 自動排料程序：在排料口通入惰性氣體，同時在料倉側(cè)抽真空，然后控制攪拌轉(zhuǎn)速和攪拌葉下降速度進行刮料、送料動作，使粉狀物料快速通過排料閥進入料倉，當攪拌刮至接近金屬過濾板層時停止攪拌下降，然后噴吹惰性氣體，將底層物料全部吹至料倉。

    7）物料進入料倉后進行料位檢測，并分批下裝至計量倉，通過稱量控制閥門進行分裝。至此完成抗生素的無菌過濾，洗滌，干燥，分裝過程。

生產(chǎn)系統(tǒng)控制特點分析

    三合一生產(chǎn)系統(tǒng)工序流程長，監(jiān)控點數(shù)多，動作復(fù)雜，既有大量開關(guān)量聯(lián)鎖、順序控制，又有大量模擬量回路調(diào)節(jié)；同時生產(chǎn)全過程既是潔凈生產(chǎn)環(huán)境，又是易燃易爆危險環(huán)境，既有很高的安全性要求，又有非常高的控制精度要求。控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)完全的自動化操作控制，系統(tǒng)組成復(fù)雜，控制系統(tǒng)涉及的功能多樣，可以完成的功能有：運動控制，液壓系統(tǒng)，惰性氣體保護，機械傳動，變頻調(diào)速，自動閥門控制，正負壓控制，還有易燃易爆危險區(qū)內(nèi)的信息顯示與操作，信號包括流量、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、扭矩、料位、動態(tài)重量等模擬量的實時狀態(tài)監(jiān)測控制，以及機械位置、壓力開關(guān)、流量開關(guān)、料位、安全保護等開關(guān)量。

    此生產(chǎn)線的生產(chǎn)現(xiàn)場特殊，要求很高：

    1） 醫(yī)藥潔凈區(qū)，（萬級區(qū)～百級區(qū)），制藥管理規(guī)范GMP要求現(xiàn)場越簡潔越好，便于清潔，免除清潔死角

    2） 是防爆區(qū)，為Zone1區(qū)，含有多種有機溶媒。

    3） 全自動化生產(chǎn)線分布很長，很散，跨越幾個隔離間， GMP要求現(xiàn)場管線越少越好

    4） 機組本身控制點分布特點是：分布區(qū)域大，但每個區(qū)域內(nèi)信號點集中，適合I/O分布式信號處理。

    5） 生產(chǎn)操作復(fù)雜，需要人工干預(yù)生產(chǎn)階段的結(jié)束和開始，操作信息非常多，同時機械安全操作要求必須在現(xiàn)場操作設(shè)備，不得遠程控制，因此現(xiàn)場必須設(shè)置大信息量的防爆、潔凈操作界面。

    這些控制特點和要求，因此非常適合采用西門子防爆遠程I/O方案解決以上問題。因此，按照生產(chǎn)線功能流程和儀表信號的位置分布可以將系統(tǒng)劃分為6個功能部分，分別見圖1中所示各位置功能單元：

    1） 三合一罐體上部

    2） 三合一罐體下部底盤開合操作區(qū)

    3） 信息顯示與操作單元

    4） 料倉區(qū)

    5） 振蕩篩部分

    6） 自動稱量、分裝單元

    7） 控制室控制柜

控制系統(tǒng)構(gòu)成：

    控制系統(tǒng)采用西門子SIMATIC S7300 PLC作為主控器，采用PROFIBUS-DP作為控制、通訊網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)場按照控制點的區(qū)域位置分布設(shè)置西門子防爆式遠程I/O模塊 ET200iSP，現(xiàn)場采用防爆操作屏BARTEC VGA作為人機操作界面，并在控制室開發(fā)具有集中管理功能的WINCC工作站作為遠端管理站。

    本項目中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：

控制系統(tǒng)的特點：
    1） 安全保護功能。惰性氣體保護裝置，各種安全聯(lián)鎖，狀態(tài)位置監(jiān)測聯(lián)鎖，流程條件的連鎖，順序控制等。

    2） 系統(tǒng)測控部分為本安系統(tǒng)。分布在.現(xiàn)場的機械開關(guān)，接近開關(guān)，溫度、壓力變送器，這些自控設(shè)備全部為本安防爆型，信號通過現(xiàn)場本安防爆遠程I/O模塊 ET200iSP進行匯總處理，弱電控制部分均為本質(zhì)安全回路，安全等級達到Ex ia IIC T6。所以可以在生產(chǎn)現(xiàn)場進行帶電信號檢修，大大方便了設(shè)備的維護，減少設(shè)備故障檢修時間。

    3） 現(xiàn)場I/O模塊設(shè)置在RITTAL增安型儀表箱中，布線簡潔，與傳統(tǒng)點對點防爆控制系統(tǒng)現(xiàn)場布線方式相比，省卻了大量電纜保護管，有效保證了現(xiàn)場環(huán)境的簡潔易于清潔，減少死角，充分符合制藥GMP規(guī)范。

    4） 信號采集采用1.5M的通訊速率，速度極快?？刂葡到y(tǒng)包括大量開關(guān)量、模擬量的邏輯聯(lián)鎖、順序控制、混合控制，實時安全。

    5） 實現(xiàn)在防爆現(xiàn)場的復(fù)雜操作控制。利用全集成自動化的優(yōu)勢，采用智能防爆型BARTEC操作顯示屏，實現(xiàn)了機組的復(fù)雜操作和各種狀態(tài)信息顯示，而且只需一根電源線和兩芯屏蔽雙絞通訊總線即可完成連接，省卻復(fù)雜的現(xiàn)場布線和龐大的隔爆操作盤。

    6） 模擬量的回路自控?？梢赃M行溫度的調(diào)節(jié)、物位的調(diào)節(jié)、倉體壓力的調(diào)節(jié)、攪拌轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)、扭矩的調(diào)節(jié)、精確分裝重量的調(diào)節(jié)、攪拌升降位置設(shè)定，SIMATIC控制系統(tǒng)可以達到很高的控制精度。

    7） 系統(tǒng)采用防爆遠程I/O單元式結(jié)構(gòu)，因此實現(xiàn)了單元分步驟調(diào)試，調(diào)試任務(wù)清晰，加快了系統(tǒng)投運速度。

    在無菌抗生素生產(chǎn)線控制系統(tǒng)中，本安防爆遠程I/O模塊 ET200iSP的使用，完全適合了無菌制藥環(huán)境要求，安全防爆，布線簡潔，易于清潔，完美實現(xiàn)了各項功能?？刂葡到y(tǒng)通過PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線將模擬、數(shù)字控制，傳動控制，安全防爆操作顯示，過程信息管理等諸多功能很方便的統(tǒng)一在一起，減少了故障點，提高了系統(tǒng)整體性能，為用戶創(chuàng)造了價值。


    【作者】卞家宏，男，碩士學位，高級工程師，國家注冊自動化系統(tǒng)工程師；主要研究方向為過程控制系統(tǒng)設(shè)計及自動化儀表的工程技術(shù)應(yīng)用。
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