在本項目中此藥廠的每個生產(chǎn)模塊過去和現(xiàn)在都按照GMP標準進行生產(chǎn)，但控制技術(shù)并沒有完善，所設計的生產(chǎn)模塊均伴有手動配方輸入和儀表測量操作環(huán)節(jié)。因此，該生產(chǎn)模塊成為了第一個需要升級改造的對象。

此外，由于每個環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)相對獨立，生產(chǎn)部門要求提高整個工廠的操作自動化和可視化程度。因此，在2009年第3季度引入了以貝加萊PP420觸控屏為核心的自動化系統(tǒng)。新系統(tǒng)將基于S88標準的模塊化控制系統(tǒng)與全廠范圍內(nèi)的控制網(wǎng)絡以及公司的企業(yè)網(wǎng)集成在一起。

  

      以秤重和配料為例，共有6個罐并行生產(chǎn)多種批號的產(chǎn)品。由于該產(chǎn)品批號具有很強的可變性，往往在連續(xù)生產(chǎn)一段時間后需要清洗設備，重新更換配料量，以生產(chǎn)其它批號的產(chǎn)品。因為它們的基本工藝過程是一致的。

從投入的生產(chǎn)線來看，在配料進入到該線A罐初始階段前，就必須檢查B/C/D這幾個罐是否已經(jīng)正常完成了上一配方的進料，并且罐內(nèi)的壓力、溫度是否已達到了工藝預設值。每種產(chǎn)品在其每一生產(chǎn)步驟中都有很嚴格的反應條件檢測，一旦有連鎖發(fā)生，工藝會要求控制程序根據(jù)不同的連鎖原因轉(zhuǎn)入到相應的子步驟中去，直到連鎖條件完全解除，才能繼續(xù)該生產(chǎn)線的運行。

  

      傳統(tǒng)的Batch應用最初來自DCS的高級應用， 如應用Emerson的DeltaV， Honeywell的PKS， Siemens的PCS7等系統(tǒng)。由于batch自身結(jié)構(gòu)的要求，為它提供的計算機控制系統(tǒng)和控制器必須具有界面顯示、數(shù)據(jù)庫平臺上的信息集成和組態(tài)式軟件模塊化編程等功能。傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)基本上都能夠滿足上述要求，但是一般中、低檔的PLC系統(tǒng)卻很難滿足這樣的結(jié)構(gòu)要求，因為PLC無論結(jié)合組態(tài)軟件還是觸摸屏都要求在雙方的接口上定義通訊和數(shù)據(jù)庫地址等。這就使得PLC在batch的應用領(lǐng)域中寥寥無幾。而PP420觸控一體機則很好地滿足上述的幾點基本要求，因為PP420本身就是一臺可編程計算機控制器，同時也具備HMI的人機交互功能。

      根據(jù)批量控制的工藝需求和所需要控制的I/O點數(shù)以及現(xiàn)場操作特點，構(gòu)成了以下中藥生產(chǎn)批處理系統(tǒng)，其硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

 

圖1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

      該系統(tǒng)主要由一臺PP420一體式觸控站及打印機、一臺BR9300總線連接器、一臺西門子的S7-300 PLC（含若干I/O模塊）、一臺OMRON PLC（含若干I/O模塊）、一臺稱重儀表和數(shù)臺條碼掃描儀組成。它們通過內(nèi)置的各種通訊接口卡（RS232/RS485/TCP-IP/CAN）與總線連接器組成工業(yè)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。其中，PP420一體式觸控站作為該系統(tǒng)的核心，批量軟件的服務器端和客戶端，承擔工藝過程建模、批量的運行、配方管理、批量歷史數(shù)據(jù)庫、報表及安全性、查詢批量運行狀態(tài)、設定批量運行過程中的有關(guān)參數(shù)等任務。此外，通常當系統(tǒng)正常運行時，它作為工藝操作員的一個獨立的人機界面，也擔任直接操作現(xiàn)場作業(yè)的任務。

      與底層PLC的模擬量和數(shù)字量I/O模塊結(jié)合，該觸控站還是完成現(xiàn)場測控的主要環(huán)節(jié)，執(zhí)行所有的連續(xù)量控制、邏輯控制以及批量功能塊的參數(shù)設置和采集，通過下掛PLC的I/O模塊實現(xiàn)對工藝過程的數(shù)據(jù)采集和批量控制。

      根據(jù)批量生產(chǎn)的工藝要求，建立適當?shù)哪Ｐ停撬械呐寇浖こ處熜枰媾R的一個至關(guān)重要的問題。模型的好壞會直接影響到今后日常應用中工藝工程師對批量牌號庫、參數(shù)修改的便捷性，并涉及到新產(chǎn)品、新配方的創(chuàng)建。

      在運用Automation studio建模的過程中，使用的是C語言獨特的模塊結(jié)構(gòu)編程方式，對各個裝置通過定義模塊à函數(shù)à結(jié)構(gòu)體à成員形式，定義好裝置的名稱（UNIT）、裝置之間的聯(lián)系（Connections），還需要將裝置按照相似的性質(zhì)及生產(chǎn)能力進行過程級別分類（Process Class）。在相應的過程級別下定義若干個PHASE，PHASE將直接作用于過程控制，根據(jù)測量條件控制閥門的開閉和閥位的變化。但是，這里最為重要的還是必須確保用戶建模的基本準確性。Automation studio軟件為用戶提供了有效的Batch組態(tài)控制環(huán)境SFC編程語言（如圖2所示）并要求Batch軟件編程工程師在不同的組態(tài)階段，使用該軟件提供的途徑做好有效性的驗證工作。

 

圖2

      Automation studio軟件本身包含了一種數(shù)據(jù)管理軟件，批量管理控制則是通過工程師編寫C語言程序來建立UNITàPROCESS CLASSàPHASE這些功能的。其中最重要的就是PHASE，設備的PAHSE來用來控制和監(jiān)視批量的執(zhí)行的。

      PHASE是獨立的一段過程控制程序，它直接作用于生產(chǎn)設備的行為。盡管PHASE存在于不同的地方，但批量管理系統(tǒng)和PHASE之間的接口是一定的，該項目在使用Automation studio所帶有的自定義庫管理的基礎上，通過建立功能塊的形式，在接口輸入和輸出參數(shù)上定義通用的接口，而對不同的參數(shù)類型，通過不同結(jié)構(gòu)體的指針來實現(xiàn)多態(tài)編程，如圖3所示。

 

圖3

 

      通過AutomationStudio軟件中創(chuàng)建結(jié)構(gòu)數(shù)組的方式來搭建配方編輯結(jié)構(gòu)。配方結(jié)構(gòu)完全符合ISA S88.01標準（美國儀表協(xié)會標準）。每個配方由四部分構(gòu)成：配方頭、設備要求、公式、過程。其代碼舉例如下：

struct recipe

{

   unsigned long elem1;  /* 元素1 */

   unsigned long elem2;  /* 元素2 */

   unsigned long elem3;  /* 元素3 */

   unsigned long elem4;  /* 元素4 */

   unsigned long elem5;  /* 元素5 */

};

      struct recipe rec_arr[20];  /* 聲明配方結(jié)構(gòu)定義配方數(shù)組*/

配方編輯器采用PP420觸控一體機的人機界面圖形化方式，為用戶創(chuàng)建了一個極其直觀、人機友好交互的組態(tài)環(huán)境。在這個環(huán)境中，工藝人員可以根據(jù)當前的產(chǎn)品生產(chǎn)的需求，在第一時間內(nèi)快速改變相關(guān)配方的參數(shù)及流程，達到預設的目標。其編輯圖形界面如圖4所示。

圖4

      為了實現(xiàn)采用電子記錄的工藝要求，也為了替換一個所有記錄都采用人工錄入的手動系統(tǒng)，編制了一套通過Batch系統(tǒng)記錄電子信息確認和批次記錄的方法，采用了輸入用戶名和密碼的方式來記錄當前用戶的行為。在PP420中，所有具有可操控功能的控件，都編寫了其記錄腳本，一旦某個當前用戶進行了任何操作，系統(tǒng)將記錄當前時間、操作行為和該用戶名。另外，原料的秤重也必須經(jīng)過兩個人確認（一個確認，一個審核），系統(tǒng)能夠使用多個電子簽名。因此，在一個過程的各個階段它都會在執(zhí)行任何操作之前要求操作者進行電子簽名，還能通過PP420的圖形界面查看所有的電子記錄，

當配料通過條形碼識別器被添加進去時，系統(tǒng)會自動查找產(chǎn)品資源和可用原材料之間的關(guān)系。它也會為每一個批處理過程產(chǎn)生唯一的識別數(shù)量，并投放相應數(shù)量的帶條形碼的配料。當配料添加進來時，它們會被通過條形碼掃描器掃描和確認。電子記錄的最大優(yōu)點就是它不允許無序操作，減少了人為錯誤發(fā)生的機率。

  

      該批量軟件不僅能幫助操作員更方便地查詢現(xiàn)場的數(shù)據(jù)，應對生產(chǎn)過程中的突發(fā)事件，而且也減輕了儀表工程師對系統(tǒng)的維護工作量。對于工藝工程師來說，PP420可以使他們獨立于自控維護人員，自行根據(jù)工藝需求修改配方。自從該中藥工廠使用批量控制系統(tǒng)以來，所表現(xiàn)出來的高的產(chǎn)品生產(chǎn)效率、穩(wěn)定的設備運行狀態(tài)、簡捷的操作和完整的歷史數(shù)據(jù)記錄等優(yōu)勢使其產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量都得到了很大的提高，工廠效益也得到了改善。表明PP420觸控一體機對于中小型Batch控制系統(tǒng)具有先進、可靠、經(jīng)濟、靈活等顯著優(yōu)點。