固体制剂车间智能楼宇自控系统

楼宇自动化是采用通信技术、传感技术和计算机技术来实现楼宇设备和厂区设备远程操作或无人操作的一种控制技术。楼宇自控系统(BAS)在制药企业洁净厂房中正发挥着越来越重要的作用，可以为洁净厂房从能源节约、生产管理、设备管理和人员管理方面节省大量的人力与物力，使洁净厂房符合美国FDA、欧洲EUGMP要求。某制药企业为了进入规范的欧美医药市场，需对固体制剂车间内部进行楼宇自控系统改造，该自控系统包括空调自控系统、火灾自动报警系统、可燃气体检测报警系统、电视监控系统、计算机网络系统、电话通信系统、小区广播系统和门禁系统。笔者对这一系统的工程设计与实施过程作详细介绍。

1 空调自控系统

本项目的空调自控设计主要包括：固体制剂车间的空调通风系统和能源计量参数的自动检测控制。设计中采用了集中控制方式，对车间内的能源计量中的温度、压力及流量等主要参数进行自动检测控制，对车间内空调通风系统进行自动检测控制。以使生产过程安全稳定运行，确保产品质量，节能降耗，改善操作条件，提高劳动生产率。

能源计量系统主要检测控制的参数有：进车间蒸汽流量指示、累积；进车间蒸汽温度指示；进车间蒸汽压力指示；进车间压空流量指示和累积；进车间压空压力指示；进车间纯化水流量指示和累积；进车间冷冻水流量指示和累积；进车间冷冻水温度指示。

空调通风控制系统(图1)部分主要参数检测控制参数有：定风量控制，送风机采用变频控制，风机转速随出口风速变化，以维持流量稳定；空调机组初效和中效过滤器压差检测与报警；温湿度控制。根据回风温湿度，自动调节热水(蒸汽)阀门或冷水阀门开度，保证送风温湿度要求；空调机组送风温湿度指示；空调机组新风温湿度指示；洁净空调系统典型房间空调回风和排风管道设置电动风量调节阀，自动调节阀门开度，控制送回风比，使房间维持设计正压值。洁净区典型房间温湿度指示；洁净区与非洁净区之间压差监测控制。具体如图1所示。

空调机组设有机组正常运行、机组全部保压和机组停机3个运行状态，输入计算机控制切换。正常运行状态即车间正常生产，空调系统处于正常运行状态；保压运行状态即各空调机组送风机低速运行，维持洁净区房间5Pa的正压值，空调系统送风量变频调节至正常送风量的25%(JK1-1系统处理于保压状态时，只针对一层洁净区，一层一般区的送、回风关闭)；停机状态即空调系统各运行设备关闭，全部停止运行。

空调系统的区域送风控制：本车间二、三层按生产使用情况，划分10个控制区域，对送风进行控制，即二层关键区域、二层一般区域、三层关键区域、三层一般区域、中试区域、小试区域、一层低湿区域、二层低湿区域(不含干混一室)、三层低湿粉碎区域、三层低湿制粒区域(含二层干混一室)。正常运行时，每个区域送回(排)风均可独立控制，局部保压时，该区域风量通过区域送、回风电动调节阀和排风除尘设备自动调节至该区域正常风量的25%，以适应区域局部保压后的风量变化。

图1 空调通风控制系统

仪表选型以先进、可靠和经济实用为原则。流量仪表采用一体化内锥流量计。V锥流量计属差压测量仪表，其取压点在管道中心，内锥V型的表面将流体进行整流。因此它几乎不需要直管段，在使用过程中不需要定期校验。温度仪表采用热电阻Pt100。压力、差压变送器采用电容式变送器。压力指示选用不锈钢压力表YN-150；空调机组自动控制采用空调专用控制仪表DDC控制器，控制系统采用计算机控制系统。仪表盘、仪表和其他非带电体均设计为一点接地，防止静电对系统和仪表的干扰以及漏电对操作工的危害。

计算机控制系统从功能上主要分成操作站、数字式DDC控制器和网络部分，其主要组成如图2所示。

操作站主要实现控制调节、趋势显示、报警管理、报表打印及系统运行状态监视等功能，是重要的人机交换界面，包括操作员站、工程师站、报表打印机、系统软件和控制组态软件。数字式DDC控制器完成信号的采集、转换、回路控制及逻辑控制等功能。网络系统将DDC控制器与操作员站连接在一起，实现各设备之间的数据和信息传递，并通过与其他管理网络的连接，实现车间分散性综合信息的自动控制和管理。

图2 计算控制系统结构简图

计算机控制系统的功能是采集各系统的参数及设备运行状态等信息。通过操作员站的CRT，显示各系统工艺动态流程图、局部工艺动态流程图，以及工艺参数和设备运行状态的各种图表。在操作站上，以不同的权限，通过人机对话方式设定各个工艺参数和控制参数，并进行在线控制组态。建立各种数据库，保存工艺参数、设备运行数据、控制数据、趋势数据、报警数据和故障数据，自动生成历史数据库，为生产管理、事故分析及工艺控制寻优等提供可靠依据。打印各式运行报表、报警数据报表、事故报表和各种图形曲线。在线自诊断、自分析和自恢复功能。运行画面直观明了，操作简单可靠，并且无操作经验的人员也能很快学会操作，甚至可以实现无人值守。

2 火灾自动报警系统

该生产车间为丙类，属二级保护对象，设有区域火灾自动报警系统，通过ZR-RVSP 2×1.5通信电缆引入厂区消防控制中心。火灾自动报警系统包括火灾报警、火灾应急广播及火警电话等，其主要组成如图3所示。

图3 火灾自动报警系统

火灾报警。在门厅值班室设区域火灾控制器，本车间所有报警信号、反馈信号均集中传送到消防控制中心，由消防值班人员进行判断确认，然后采取消防联动措施进行灭火与人员疏散，并将火灾信号和消防设备的反馈信号通过总线传送至消防控制中心。各楼层火警状态，各层的感烟感温探测器将预警、火警和故障信号送至消防控制中心，经软件编程联动控制相应的灭火设备和警报装置。

消火栓灭火。消火栓泵的启停控制设有就地控制和消防控制中心远程控制两种方式。在消火栓箱内设有消火栓按钮，按钮按下后启动消火栓泵，报警控制器显示按钮所处位置，并接收消火栓泵工作状态反馈信号。同时在消防控制中心设有手操盘，一旦自动失灵，可以手动远程启停消火栓泵。

排烟系统。火灾发生初期，感烟探测器动作，自动或手动打开着火层处的排烟口，并联锁启动排烟风机，280℃时排烟防火阀关闭，联动排烟风机停止。

消防对讲电话。在消防控制中心设有消防对讲电话总机，门厅值班室设有消防电话分机，手动报警按钮设有电话塞孔，保证火灾发生时消防通信指挥的畅通。

非消防电源切除。火灾时火警信号联动控制模块断开配电箱内相关系统的开关，并将反馈信号送至消防控制中心。主要控制系统有：空调系统，发生火灾时切断各系统；照明系统，发生火灾时切断所有照明电源；气闸系统，火灾时切除电源，被控制的相关的门解除联锁关系，以便人员及时疏散；工艺设备，发生火灾时切断工艺设备用电。

通过中继器扩展输入输出模块的触点容量，输入输出模块与中继器安装在被控设备配电箱附近，数量超过两个时需设模块箱。

防火卷帘。第一个功能是防火隔离，在确认火灾后，防火卷帘一降到底；第二个功能是疏散通道，在确认火灾后，防火卷帘处感烟探测器动作后卷帘下降至距地(楼)面1.8m，感温探测器动作后，卷帘下降到底。

电梯迫首。在确认火灾后，控制电梯全部停于首位，并接收其反馈信号。

火灾应急广播。在消防控制中心设置有广播系统，而且消防广播和正常广播共用一个系统，布线采用多线制，本车间由消防控制中心引来，按防火分区分别布置在生产区域，便于发生火灾时组织灭火和人员疏散。在消防控制中心设有应急广播的控制装置，其控制程序应符合：首层发生火灾，应先接通本层和二层；二层或二层以上楼层发生火灾，先接通着火层及其相邻的上下层；同一层发生火灾时，先接通着火的防火分区及其相邻的防火分区。

3 可燃气体检测报警系统

固体制剂车间局部岗位(包衣)使用溶媒(乙醇)，需设置可燃气体检测报警系统，系统由可燃气体报警控制器和可燃气体检测传感器组成，能连续检测并显示可燃气体最低爆炸下限以下的浓度，达到报警设定值时发出相应的声光和触点报警信号，具有预警、报警和故障报警功能。

自动报警控制器设在各车间的值班室内，通过监视模块将报警信号传入火灾报警控制器。

线路采用ZR-RVVP 3×1.5型电线，穿钢管暗设。

4 电视监控系统

根据工艺生产过程的要求，在车间、成品库出入口和重要岗位设置电视监控点。信号传至车间值班室，通过硬盘录像机接入监控计算机，来监视车间内人员出入及重要岗位的内部情况。电视监控信号远传至厂区生产办公楼生产调度中心。

电视监控线路沿线槽或穿钢管暗敷。

5 计算机网络系统

为实现办公自动化，在各车间内设置了计算机网络系统，室外主干网采用千兆光纤以太网，室内计算机网络采用10/100M自适应交换式以太网，并具有广域网络的互连功能。终端设备(计算机和一些智能终端，如测量仪及分析仪等)和服务器都通过六类非屏蔽双绞线接在工作组交换机上，所有端口都具有全双工功能，独享宽带。

计算机网络系统室外线路选用铠装六芯光缆直接埋地敷设，室内线路选用六类非屏蔽双绞线穿钢管和金属线槽在吊顶或墙内暗敷。

6 电话通信系统

在各车间的办公室和主要生产岗位按照工艺生产要求，设有内线电话用户分机，可通过程控交换机对每部电话进行用户权限设置，重要岗位电话可直接拨打外线。

电话线路在室内是采用HYA型芯线直径为0.5mm的全塑电缆和RVVB型截面为0.3mm2的用户线穿管暗敷，室外采用HYA型芯线直径为0.5mm的全塑电缆穿管暗敷。

7 小区广播系统

小区广播系统在车间内的公共活动场所、出入口、走道及办公室等处进行全区或分区播放背景音乐或广播通知，在火警情况下，本系统作为应急广播系统与火灾报警系统联动，对所需广播区域进行火警广播，指挥人员疏散与撤离。

广播线路室内采用阻燃铜芯双色双绞线ZR-RVS型截面为1.5mm2，穿管暗敷。

8 门禁系统

根据车间的功能要求，在车间主要出入口等处设门禁系统，把所有持卡人员的姓名、卡号、部门及职务等个人资料输入计算机(或门控器)，同时设置每张卡的级别，便完成了感应卡的输入程序。登记完成以后的感应卡，便有了合法进出的权力；注销的感应卡，便无法进出，读卡时系统报警。系统根据卡的级别、时区、时段和节假日设置，可判断持卡者在某一天的某一时间是否可以进出某一个门。

为实现对员工上下班和加班的管理，在各功能区域的出入位置设置考勤读卡机，对员工进行考勤管理。可以采用一卡通形式，实现员工身份识别、员工考勤记录、门禁出入管理及员工食堂消费管理等多项功能。

9 结束语

随着科学技术的不断发展，制药厂医药生产洁净厂房内各种监测与控制设备越来越多，也越来越复杂，对监测与控制设备的管理要求也越来越高。智能楼宇自控系统在医药洁净厂房内的应用也越来越多，笔者通过对某制药企业固体制剂车间智能楼宇自控系统的设计，详细介绍了空调自动控制系统、火灾自动报警系统、可燃气体检测报警系统、电视监控系统、计算机网络系统、电话通信系统、小区广播系统和门禁系统的功能特性和设计方式。