杭州和利时自动化有限公司

1　项目背景

某医药公司是国际首屈一指的研发服务公司，拥有国际顶尖的科研管理团队和科研水平，一直与北美、欧洲、日本的各医药公司保持长期、稳固的合作关系。其新建医药生产基地为多产品生产线，期望项目实现自动化生产，以提升产品品质及生产效率，降低干预生产的人为因素，收集重要数据，不断积累经验，在激烈竞争的市场上获得竞争优势。

和利时为本项目提供的新一代DCS产品HOLLiAS MACS-K系列分布式控制系统，是和利时在总结二十余年用户需求和行业应用特点、积累前代DCS系统开发应用的基础上，全面继承以往系统的高可靠性、安全性和易用性，综合自身核心技术与国际控制系统技术而推出的DCS产品。

MACS-K系统主要有以下几点优势：

（1）高可靠性：网络、控制器、电源、I/O模块均可全冗余配置，无单点故障。系统总线与模块光电隔离，系统电源与现场电源双隔离供电，网络具有物理层和协议层双重隔离，模块通道之间完全故障隔离。

（2）高安全性：系统网络采用确定实时以太网通讯协议，标配带防火墙的交换机，控制器CPU采用PowerPC架构工业级芯片，基于实时操作系统，内置防网络风暴组件，采用多比特位开关量和信号质量判断，故障导向安全。

（3）高度环境适应性：基于恶劣工业环境设计，符合EMC的设计规范，抗干扰性符合国际标准IEC61000对工业环境下系统稳定性的要求，系统防腐蚀能力满足ISA S71.04标准G3等级要求。

2　项目实施与应用情况

在项目实施前，业主与和利时在深度沟通的前提下共同完成了对现场检测仪表及执行机构的设计、所有第三方集成设备的选用都经过和利时专业的筛选，和利时的专业能力和丰富经验，保证了所有设备的选型最优化，在实际生产中取得了良好的使用效果。例如针对业主物料的物化性质，检测仪表过程连接部分选用相应的材质，在腐蚀性料液控制上选用耐腐蚀自控阀门，配合高性能电气转换装置保证阀门使用维护量低、寿命长。充分考虑操作人员安全性，在所有存在使用氮气情况的无菌室都安装氧含量报警仪，人员进入之前都可以方便快捷地知晓室内环境的安全性。

项目集成了HOLLiAS-Batch批量控制系统与DCS平台，实现了配方管理、生产计划和调度、生产信息管理、过程管理、单元监管、过程控制等功能，针对不同生产场景，同一配方可有多个原料配比方案，同时提供完善的操作和运行日志，可查询并提供过程分析，可对比多个批次间的差异，还可以自动生成批次报表，在满足生产需要的功能基础上，全面把控生产信息。HOLLiAS-Batch软件架构如图1所示。

图1 HOLLiAS-Batch软件架构

项目设计实施遵循良好自动化生产实践指南（GAMP5）要求，为用户实现了多种温度控制模式和压力控制模式，方便用户针对不同产品进行精确控制。

采用DP通讯、MODUBUS、OPC软件把全厂干燥设备、离心设备、TCU温控单元等成套设备接入DCS系统，由DCS系统进行协调控制，在生产过程的不同阶段，成套设备执行DCS指令进行不同的动作，DCS系统根据物料处理状态、设备联锁保护信号、相关协助设备的运行状态等信息，综合分析计算后给出控制指令，实现了整个车间的协调、有序、节能生产。

通过设置用户级别和用户权限，实现仅有授权人员才能访问相应权限的功能，确保了数据的生成（或创建）、采集、记录、处理、审核、报告、存储、备份、销毁等过程合规受控。数据备份，数据更改，信息追溯根据人机界面（HMI）的分区及操作员分工进行双权限管理，只有权限相符的操作员在分区相符的人机界面上登录后才能进行操作，两者缺一不可，最大程度地杜绝操作权限失误的问题。

3　项目创新性、重点与难点问题及解决思路等分析

3.1　批量控制应用

在多产品共线生产时，会采用不同的原料、不同的剂量、不同的操作过程、不同的控制参数来进行生产，使得原料配方和生产过程复杂多变、难于控制，同时对生产过程的追踪和分析也成为重点问题，DCS系统结合Batch批量控制系统，把配方、设备、操作员三者进行绑定，预防误操作引发事故，帮助用户进行良好的生产管理。

3.2　多产品控制模式

多产品生产线的一个难点就是在产品转换时，对某些过程变量的控制方式和控制点都会改变，导致在产品切换时，DCS系统的部分自控功能会受到影响。MACS-K多模式控制就是用来解决多产品生产线的这个难点问题，采用多模式控制后，同一个过程变量，在不同产品的生产过程中，可以选用对应的控制模式，达到最贴合本产品的控制效果。

3.3　模块化操作方式

整体操作过程按功能划分进行模块化编程，每个功能模块都对应一个完整的工艺操作过程，在人员选择相应的功能模块后，DCS系统按编制好的程序进行控制，模块内部操作全部自动完成，操作员可实时监视程序执行的状态，并参与其执行。

3.4　设备管控一体化

成套设备一般自带控制系统独立运行，能很好地完成某个工艺功能，但是无法和其它成套设备的运行情况进行交互，经常造成车间的生产流程波动，导致设备处理能力及公用能源浪费，现在由DCS系统对整个车间所有设备进行统一协调管理，使车间生产得到最优化管理。

3.5　数据完整性保障

按医药行业验证法规对于计算机系统及数据完整性的要求，DCS系统记录输入或确认关键数据人员的身份，只有被授权人员，方可修改已输入的数据，根据法规对操作员管理的要求为用户设计丰富灵活的用户管理功能：系统自动登出功能、系统强制密码更换功能、用户更换密码功能、自动检测用户状态等功能。

4　效益分析

和利时致力于为国内医药生产企业提供一体化、定制化、智能化的整体解决方案，引领国内医药工业的生产从制造升级为智造。借助和利时在医药行业的深厚技术背景和多元化产品，为用户提供全方位的技术服务。通过此项目，和利时展示了自己在医药制造行业的布局和定位。具体如下：

4.1　减少操作人员

业主原有相同规模的老生产车间为手动生产模式，操作人员为150人左右，新车间采用DCS系统后大幅度降低人员数量，现车间操作人员约50人左右。

4.2　生产效率提高

老车间每次生产一种新产品，操作工需熟悉操作流程和方法，生产效率低下，每次从开始生产到出成品平均需要24小时以上，而DCS系统无需每次都熟悉生产流程，直接转换为多产品生产模式控制和模块化的操作方式即可，生产用时可节省50%以上，降低至12小时左右。

4.3　成品率提升

人员手动生产时，每次生产新产品的初期，平均成品合格率不足40%，而DCS系统多模式温度控制和压力控制功能，使生产过程更符合工艺要求，一次成品率提升至70%左右。

4.4　人员安全性提高

原手动生产时，现场操作人员始终处于危险的化学反应环境中，几乎不能避免接触危化品，由DCS系统控制生产后，现场操作人员只需确认设备正常运行即可，无需接触危化品物料，大大提高人员安全性。

摘自《自动化博览》2017年11月刊