固體制劑車間智能樓宇自控系統的工程設計

仉冠生

(中核第四研究設計工程有限公司，石家莊 050031)

樓宇自動化是采用通信技術、傳感技術和計算機技術來實現樓宇設備和廠區設備遠程操作或無人操作的一種控制技術。樓宇自控系統(BAS)在制藥企業潔凈廠房中正發揮著越來越重要的作用，可以為潔凈廠房從能源節約、生產管理、設備管理和人員管理方面節省大量的人力與物力，使潔凈廠房符合美國FDA、歐洲EUGMP要求。某制藥企業為了進入規范的歐美醫藥市場，需對固體制劑車間內部進行樓宇自控系統改造，該自控系統包括空調自控系統、火災自動報警系統、可燃氣體檢測報警系統、電視監控系統、計算機網絡系統、電話通信系統、小區廣播系統和門禁系統。筆者對這一系統的工程設計與實施過程作詳細介紹。

1 空調自控系統①

本項目的空調自控設計主要包括：固體制劑車間的空調通風系統和能源計量參數的自動檢測控制。設計中采用了集中控制方式，對車間內的能源計量中的溫度、壓力及流量等主要參數進行自動檢測控制，對車間內空調通風系統進行自動檢測控制。以使生產過程安全穩定運行，確保產品質量，節能降耗，改善操作條件，提高勞動生產率。

能源計量系統主要檢測控制的參數有：進車間蒸汽流量指示、累積；進車間蒸汽溫度指示；進車間蒸汽壓力指示；進車間壓空流量指示和累積；進車間壓空壓力指示；進車間純化水流量指示和累積；進車間冷凍水流量指示和累積；進車間冷凍水溫度指示。

空調通風控制系統(圖1)部分主要參數檢測控制參數有：定風量控制，送風機采用變頻控制，風機轉速隨出口風速變化，以維持流量穩定；空調機組初效和中效過濾器壓差檢測與報警；溫濕度控制。根據回風溫濕度，自動調節熱水(蒸汽)閥門或冷水閥門開度，保證送風溫濕度要求；空調機組送風溫濕度指示；空調機組新風溫濕度指示；潔凈空調系統典型房間空調回風和排風管道設置電動風量調節閥，自動調節閥門開度，控制送回風比，使房間維持設計正壓值。潔凈區典型房間溫濕度指示；潔凈區與非潔凈區之間壓差監測控制。具體如圖1所示。

空調機組設有機組正常運行、機組全部保壓和機組停機3個運行狀態，輸入計算機控制切換。正常運行狀態即車間正常生產，空調系統處于正常運行狀態；保壓運行狀態即各空調機組送風機低速運行，維持潔凈區房間5Pa的正壓值，空調系統送風量變頻調節至正常送風量的25%(JK1-1系統處理于保壓狀態時，只針對一層潔凈區，一層一般區的送、回風關閉)；停機狀態即空調系統各運行設備關閉，全部停止運行。

空調系統的區域送風控制：本車間二、三層按生產使用情況，劃分10個控制區域，對送風進行控制，即二層關鍵區域、二層一般區域、三層關鍵區域、三層一般區域、中試區域、小試區域、一層低濕區域、二層低濕區域(不含干混一室)、三層低濕粉碎區域、三層低濕制粒區域(含二層干混一室)。正常運行時，每個區域送回(排)風均可獨立控制，局部保壓時，該區域風量通過區域送、回風電動調節閥和排風除塵設備自動調節至該區域正常風量的25%，以適應區域局部保壓后的風量變化。

圖1 空調通風控制系統

儀表選型以先進、可靠和經濟實用為原則。流量儀表采用一體化內錐流量計。V錐流量計屬差壓測量儀表，其取壓點在管道中心，內錐V型的表面將流體進行整流。因此它幾乎不需要直管段，在使用過程中不需要定期校驗。溫度儀表采用熱電阻Pt100。壓力、差壓變送器采用電容式變送器。壓力指示選用不銹鋼壓力表YN-150；空調機組自動控制采用空調專用控制儀表DDC控制器，控制系統采用計算機控制系統。儀表盤、儀表和其他非帶電體均設計為一點接地，防止靜電對系統和儀表的干擾以及漏電對操作工的危害。

計算機控制系統從功能上主要分成操作站、數字式DDC控制器和網絡部分，其主要組成如圖2所示。

操作站主要實現控制調節、趨勢顯示、報警管理、報表打印及系統運行狀態監視等功能，是重要的人機交換界面，包括操作員站、工程師站、報表打印機、系統軟件和控制組態軟件。數字式DDC控制器完成信號的采集、轉換、回路控制及邏輯控制等功能。網絡系統將DDC控制器與操作員站連接在一起，實現各設備之間的數據和信息傳遞，并通過與其他管理網絡的連接，實現車間分散性綜合信息的自動控制和管理。

圖2 計算控制系統結構簡圖

計算機控制系統的功能是采集各系統的參數及設備運行狀態等信息。通過操作員站的CRT，顯示各系統工藝動態流程圖、局部工藝動態流程圖，以及工藝參數和設備運行狀態的各種圖表。在操作站上，以不同的權限，通過人機對話方式設定各個工藝參數和控制參數，并進行在線控制組態。建立各種數據庫，保存工藝參數、設備運行數據、控制數據、趨勢數據、報警數據和故障數據，自動生成歷史數據庫，為生產管理、事故分析及工藝控制尋優等提供可靠依據。打印各式運行報表、報警數據報表、事故報表和各種圖形曲線。在線自診斷、自分析和自恢復功能。運行畫面直觀明了，操作簡單可靠，并且無操作經驗的人員也能很快學會操作，甚至可以實現無人值守。

2 火災自動報警系統

該生產車間為丙類，屬二級保護對象，設有區域火災自動報警系統，通過ZR-RVSP 2×1.5通信電纜引入廠區消防控制中心。火災自動報警系統包括火災報警、火災應急廣播及火警電話等，其主要組成如圖3所示。

圖3 火災自動報警系統

火災報警。在門廳值班室設區域火災控制器，本車間所有報警信號、反饋信號均集中傳送到消防控制中心，由消防值班人員進行判斷確認，然后采取消防聯動措施進行滅火與人員疏散，并將火災信號和消防設備的反饋信號通過總線傳送至消防控制中心。各樓層火警狀態，各層的感煙感溫探測器將預警、火警和故障信號送至消防控制中心，經軟件編程聯動控制相應的滅火設備和警報裝置。

消火栓滅火。消火栓泵的啟停控制設有就地控制和消防控制中心遠程控制兩種方式。在消火栓箱內設有消火栓按鈕，按鈕按下后啟動消火栓泵，報警控制器顯示按鈕所處位置，并接收消火栓泵工作狀態反饋信號。同時在消防控制中心設有手操盤，一旦自動失靈，可以手動遠程啟停消火栓泵。

排煙系統。火災發生初期，感煙探測器動作，自動或手動打開著火層處的排煙口，并聯鎖啟動排煙風機，280℃時排煙防火閥關閉，聯動排煙風機停止。

消防對講電話。在消防控制中心設有消防對講電話總機，門廳值班室設有消防電話分機，手動報警按鈕設有電話塞孔，保證火災發生時消防通信指揮的暢通。

非消防電源切除。火災時火警信號聯動控制模塊斷開配電箱內相關系統的開關，并將反饋信號送至消防控制中心。主要控制系統有：空調系統，發生火災時切斷各系統；照明系統，發生火災時切斷所有照明電源；氣閘系統，火災時切除電源，被控制的相關的門解除聯鎖關系，以便人員及時疏散；工藝設備，發生火災時切斷工藝設備用電。

通過中繼器擴展輸入輸出模塊的觸點容量，輸入輸出模塊與中繼器安裝在被控設備配電箱附近，數量超過兩個時需設模塊箱。

防火卷簾。第一個功能是防火隔離，在確認火災后，防火卷簾一降到底；第二個功能是疏散通道，在確認火災后，防火卷簾處感煙探測器動作后卷簾下降至距地(樓)面1.8m，感溫探測器動作后，卷簾下降到底。

電梯迫首。在確認火災后，控制電梯全部停于首位，并接收其反饋信號。

火災應急廣播。在消防控制中心設置有廣播系統，而且消防廣播和正常廣播共用一個系統，布線采用多線制，本車間由消防控制中心引來，按防火分區分別布置在生產區域，便于發生火災時組織滅火和人員疏散。在消防控制中心設有應急廣播的控制裝置，其控制程序應符合：首層發生火災，應先接通本層和二層；二層或二層以上樓層發生火災，先接通著火層及其相鄰的上下層；同一層發生火災時，先接通著火的防火分區及其相鄰的防火分區。

3 可燃氣體檢測報警系統

固體制劑車間局部崗位(包衣)使用溶媒(乙醇)，需設置可燃氣體檢測報警系統，系統由可燃氣體報警控制器和可燃氣體檢測傳感器組成，能連續檢測并顯示可燃氣體最低爆炸下限以下的濃度，達到報警設定值時發出相應的聲光和觸點報警信號，具有預警、報警和故障報警功能。

自動報警控制器設在各車間的值班室內，通過監視模塊將報警信號傳入火災報警控制器。

線路采用ZR-RVVP 3×1.5型電線，穿鋼管暗設。

4 電視監控系統

根據工藝生產過程的要求，在車間、成品庫出入口和重要崗位設置電視監控點。信號傳至車間值班室，通過硬盤錄像機接入監控計算機，來監視車間內人員出入及重要崗位的內部情況。電視監控信號遠傳至廠區生產辦公樓生產調度中心。

電視監控線路沿線槽或穿鋼管暗敷。

5 計算機網絡系統

為實現辦公自動化，在各車間內設置了計算機網絡系統，室外主干網采用千兆光纖以太網，室內計算機網絡采用10/100M自適應交換式以太網，并具有廣域網絡的互連功能。終端設備(計算機和一些智能終端，如測量儀及分析儀等)和服務器都通過六類非屏蔽雙絞線接在工作組交換機上，所有端口都具有全雙工功能，獨享寬帶。

計算機網絡系統室外線路選用鎧裝六芯光纜直接埋地敷設，室內線路選用六類非屏蔽雙絞線穿鋼管和金屬線槽在吊頂或墻內暗敷。

6 電話通信系統

在各車間的辦公室和主要生產崗位按照工藝生產要求，設有內線電話用戶分機，可通過程控交換機對每部電話進行用戶權限設置，重要崗位電話可直接撥打外線。

電話線路在室內是采用HYA型芯線直徑為0.5mm的全塑電纜和RVVB型截面為0.3mm2的用戶線穿管暗敷，室外采用HYA型芯線直徑為0.5mm的全塑電纜穿管暗敷。

7 小區廣播系統

小區廣播系統在車間內的公共活動場所、出入口、走道及辦公室等處進行全區或分區播放背景音樂或廣播通知，在火警情況下，本系統作為應急廣播系統與火災報警系統聯動，對所需廣播區域進行火警廣播，指揮人員疏散與撤離。

廣播線路室內采用阻燃銅芯雙色雙絞線ZR-RVS型截面為1.5mm2，穿管暗敷。

8 門禁系統

根據車間的功能要求，在車間主要出入口等處設門禁系統，把所有持卡人員的姓名、卡號、部門及職務等個人資料輸入計算機(或門控器)，同時設置每張卡的級別，便完成了感應卡的輸入程序。登記完成以后的感應卡，便有了合法進出的權力；注銷的感應卡，便無法進出，讀卡時系統報警。系統根據卡的級別、時區、時段和節假日設置，可判斷持卡者在某一天的某一時間是否可以進出某一個門。

為實現對員工上下班和加班的管理，在各功能區域的出入位置設置考勤讀卡機，對員工進行考勤管理。可以采用一卡通形式，實現員工身份識別、員工考勤記錄、門禁出入管理及員工食堂消費管理等多項功能。

9 結束語

隨著科學技術的不斷發展，制藥廠醫藥生產潔凈廠房內各種監測與控制設備越來越多，也越來越復雜，對監測與控制設備的管理要求也越來越高。智能樓宇自控系統在醫藥潔凈廠房內的應用也越來越多，筆者通過對某制藥企業固體制劑車間智能樓宇自控系統的設計，詳細介紹了空調自動控制系統、火災自動報警系統、可燃氣體檢測報警系統、電視監控系統、計算機網絡系統、電話通信系統、小區廣播系統和門禁系統的功能特性和設計方式。