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食品医药楼宇自控的应用

发布时间:2022-01-11 15:20

1 引言

GMP(英文Good Manufacturing Practice的缩写,中文的意思是“良好作业规范”,或是“优良制造标准”,)是一套适用于制药、食品等行业的强制性标准,要求企业从原料、人员、设施设备、生产过程、包装运输、质量控制等方面按国家有关法规达到卫生质量要求。根据新修订的《药品生产质量管理规范(2010年)》(简称“新版GMP”),截至2016年3月1日,未通过新版GMP认证的企业将不得不停业。食品和制药企业需配置空调系统以满足洁净度和温、湿度要求,空调系统作为必要的生产组成部分,也须服从GMP规范要求。

为了对建筑物内外机电设备进行监测和控制,使设备安全、可靠运行,节约能源、节省人力及确保建筑物内环境舒适,食品和制药企业需配置设备集成监控系统—BMS或FMCS。主要监控空调系统及其他需要集成的系统(火灾报警、安防、电梯、闭路监控等)。设备集成监控系统通过计算机网络和数据库,并运用信息论、控制论、系统工程优化论等,使计算机应用在楼宇自动化领域从单一管理系统发展成全面的信息管理系统。BMS/FMCS系统集成能力的高低和决策分析功能已成为衡量楼宇自动化管理水平的依据。

2 设备集成监控系统简介

2.1 设备集成监控系统的目的

设备集成监控系统的目的是集成楼宇或工厂中各种子系统,把它们统一在单一的操作平台上进行管理。系统的设计目的旨在让楼宇和工厂中各种弱电系统的操作更为简易,更有效率。它提供了一个中央管理系统以及数据库,同时它会协调各子系统间的相互连锁动作及相互合作关系,可能要求BMS/FMCS进行协调的子系统有:

楼宇自动控制系统(BAS),包括能源管理系统EMS;

一卡通系统(ACS);

闭路电视监控系统(CCTV);

保安报警监测系统(SAC);

火灾报警监控系统(AFA);

电梯控制系统。

2.2 设备集成监控系统BMS或FMCS名称的由来

楼宇自动控制系统,简称BAS,英文全名为:B u ild in g Au t om a t ion System,最初用于楼宇(酒店、商业办公楼等)的中央空调系统的控制,主要是满足房间的温、湿度要求。楼宇自动控制系统集合其他系统(闭路电视监控、电梯控制、安全监控、火灾报警监控、门禁等)就是楼宇集成监控系统,简称BMS ,英文全名为:Building Management System。后来为节省能源(水、电等)设置了能源管理系统,简称EMS,英文全名为:Energy Management System ,能源管理系统楼宇集成到楼宇监控系统中去。

工业发展要求食品和制药企业满足洁净度和温、湿度要求,就应用了楼宇自动控制系统BAS,范围扩大到楼宇外,如公用工程,宿舍,露天的生产区,罐区,原料和成品库房等。

食品和制药企业的楼宇自动控制系统BAS集合其他系统(闭路电视监控、电梯控制、火灾报警监控、安全监控、门禁等)就是设备集成监控系统,简称BMS或FMCS ,FMCS英文全名为:Facility Management and Control System,又名工厂监控系统。

2.3 设备集成监控系统监控内容

监测和控制空调系统环境条件 -房间温度、房间湿度、房间压力、房间洁净度;

监测和控制空气处理单元数据(同时模拟输入、干接点报警);

监测和控制公用工程(冷冻水系统、热水系统、蒸汽系统、工艺和仪表空气系统等)设备数据(同时模拟输入、干接点报警);

通过通信接口监测供配电采用电力监视系统:电能参数测量;

通过通信接口监测其他需要监测的系统。

2.4 设备集成监控系统的总体要求

功能全面、界面友好、实用性强、开放性好。

在选择系统时,既要满足系统的开放性、通信协议的标准化、与其他系统之间的互操作性、满足将来发展需要的可扩性、技术的先进性,又要考虑系统的实用性,选择合适的系统。

系统软件采用开放性、标准化合模块化设计,界面软件采用图形用户界面设计,具有方便的人机会话系统。系统的上级网络控制器发生故障时,现场的控制器能独立工作。系统有密码保护功能和系统断电保护功能。

设备集成监控系统必须具有下述功能:控制系统在线诊断,时间捕捉和数据存入。历史趋势数据分析处理必须独立设置服务器。

系统网络采用以太网,TCP/IP通信协议,传输速率为10Mbps。系统应具有两层网络结构,并且这两层网络结构作为一个整体运行:第一层为局域网,第二层为现场总线层。

系统应设计成具有足够适应需求的容量。另外应考虑为I/O 组件、存储器和数据保存预留20%余量。系统在未来增加设施时应不更换现有设备就可以进行扩展。

2.5 能源管理系统

能源管理系统负责从现场设备(计量表,流量计,温度计等)和外部资料(天气预报,公用设施价格信息)收集数据,并利用它提供全厂最优化的能源操作。能源管理系统应灵活提供报告和有价值的分析,规定准确操作。能源管理系统应在能源利用和供应的节能上最优化。

3 设备集成监控系统构成

(1)成柜安装完整的DDC/PLC控制器及输入/输出模件;

(2)操作员站硬件和软件;

(3)服务器硬件和软件;

(4)报警/事件打印机;

(5)完整的BMS或FMCS/EMS系统软件包;

(6)通讯网络设备;

(7)现场仪表(仪表,风阀,阀门与执行器,电缆,气动管线)。

4 设备集成监控系统配置和仪表应用注意事项

4.1 GMP和非GMP区域分界

制药企业的系统为同时控制和监测GMP和非GMP区域的混合型结构。GMP和非GMP区域必须从物理和逻辑上分离。GM P 区域要进行验证,而非GMP区域遵循良好工程惯例强化试车。所有非GMP区域的数据库或软件变更不影响验证区域,即GMP区域。

传感器、风阀、调节阀和开关阀等提供控制和/或监测GMP区域或GMP设备的现场仪表将归为GMP点,如果现场仪表同时服务于GMP和非GMP用途将默认为GMP点。GMP和非GMP区域分界处要求试验以确保没有相互作用。

系统结构设计要求GMP和非GMP区域的DDC/PLC无数据交换。如GMP和非GMP区域的DDC/PLC分别配备独立的室外温/湿度传感器。

非GMP操作站的区域用户不可能监测或控制GMP区域,GMP操作站的区域用户可以监测非GMP区域。

4.2 仪表应用注意事项

所有仪表的设计应具有高可靠性和长期稳定性。

通常,仪表信号应选用24Vdc供电, 2 -线制。仪表电源应优先选用24Vdc供电,风阀和电动执行器驱动的阀门电源选用24Vac或230Vac供电。

所有模拟信号的电缆带屏蔽保护。数字输出电缆无需屏蔽且不可与模拟信号电缆共用。

室内安装的仪表防护等级为IP54,室外安装和特殊区域的仪表防护等级为IP65。

所有风阀和控制阀为电动或气动执行器驱动,防爆区域必须选择气动执行器。

流体系统的在线温度变送器须配备温度计套管并安装完整。温度传感器选择4线制RTD。

爆炸危险区域要使用经过防爆区分类认证的仪表设备。

仪表焊接部分要能防止所测工艺介质的腐蚀。

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