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7. 應用體會和結論
1) 西門子本安防爆分布式I/O方案的技術優勢
傳統的現場設備和HART現場設備或智能化現場過程設備更適宜通過使用ET200係列分布式I/O 連接到PROFIBUS。這些本安傳感器/ 執行器還可用於Ex.Zone 2、1或0區。這使得分布式過程I/O成為現在的主流產品。
本文認為：由於本安防爆分布式I/O方案能夠兼顧兼顧FISCO現場總線方式和點對點方式兩類應用方案的優點，能照顧和符合目前大部分用戶的使用、維護水平和要求，工程投資節約也非常明顯，因此將得到廣泛應用。采用本安防爆分布式I/O方案的優勢主要體現在以下方麵：
l 與傳統安全柵方案相比
由於減少了電纜和控製係統I/O卡的使用量，從而可節省係統的硬件成本；
本安分布式I/O集成本安電路比原來I/O卡+安全柵的成本低，而且結構簡單緊湊，占用控製櫃空間小，能使用相應的體積更小的控製櫃，緊湊的結構導致成本大幅度地降低。
由於本安分布式I/O可以直接安裝應用在危險Ex.Zone 2、1區，減少了電纜鋪設和接線的工作量，從而可降低工程的施工費用。
集成的總線鏈接器代替過去密集、冗長的電纜，能夠明顯加快安裝調試過程。
由於分布式I/O模塊智能化程度大大提高，更方便用戶的使用和維護。
從控製室到現場本安分布式I/O之間隻有一條總線，一目了然且不容易發生故障並簡化維護。
本安分布式I/O簡單的結構意味著快速的安裝，少量的接線，更少的故障點。
不依賴於有源的背板總線“熱插技”技術使得ET200iSPdeweihugongzuodadajiangdi。buxuyaojiangzhenggexitongtingjihuoduandianjiukeyizaijimiaozhongneigenghuanyigemokuai。xianghudulidejiexianduanzidibanhedianzimobanjiegoubimianlezhongfujiexiandegongzuo。
l 與現場總線方案相比
可將傳統模擬量信號掛接到現場總線上，這些模擬量信號如4~20mA信號(AI/AO)、熱電偶和熱電阻信號、NAMUR開關和幹接點信號(DI)、NAMUR或幹接點頻率量信號(PI)、電磁閥驅動, 信號及報警輸出信號(DO)等，並不會很快被現場總線完全取代；
與現場總線方案相同也可在一根總線上傳遞多點位的測量和控製信息；
更適應員工素質的逐步提高，既可使用傳統的儀表檢測工具對現場儀表進行維護和檢修，又可使用PC機等智能工具學習現場總線儀表的維護和檢修方法，為今後使用現場總線儀表做準備。
可見，利用西門子本安防爆分布式I/O方fang案an是shi比bi較jiao適shi合he我wo國guo目mu前qian儀yi表biao控kong製zhi係xi統tong發fa展zhan水shui平ping的de一yi種zhong本ben安an防fang爆bao係xi統tong解jie決jue方fang案an，其qi綜zong合he了le傳chuan統tong點dian對dui點dian本ben安an防fang爆bao和he本ben安an現xian場chang總zong線xian這zhe兩liang種zhong方fang式shi的de優you點dian，既ji有you技ji術shu先xian進jin性xing，又you照zhao顧gu了le傳chuan統tong儀yi表biao的de使shi用yong方fang式shi，因yin此ci本ben安an防fang爆bao分fen布bu式shiI/O方案具有非常強的技術、經濟優越性，具有非常最大的應用發展空間。
2）西門子本安防爆分布式I/O的適用場合
雖然具有本安防爆功能的分布式I/O技術發展很快，但是什麼樣的防爆場合適用分布式I/O方案仍然是人們經常關心的話題。實踐表明，在以下幾種防爆場合，用戶應考慮采用分布式I/O方案。
當dang同tong時shi建jian設she幾ji個ge比bi較jiao分fen散san的de生sheng產chan裝zhuang置zhi時shi，用yong戶hu既ji不bu願yuan為wei每mei個ge裝zhuang置zhi都dou建jian設she獨du立li的de主zhu控kong室shi，又you不bu願yuan將jiang太tai多duo的de錢qian花hua在zai電dian纜lan和he橋qiao架jia上shang。如ru果guo這zhe些xie裝zhuang置zhi本ben來lai就jiu準zhun備bei采cai用yong本ben安an防fang爆bao，選xuan用yong帶dai有you本ben安an防fang爆bao功gong能neng的de西xi門men子ziSIMATIC ET200iSP、ET200M係列遠程 I/O便可一舉兩得。
dangzhuyaozhuangzhijinxingjiansheshi，changyoumouxiefuzhuzhuangzhibunengtongbujianshe，huozhezhuzhuangzhidemouyibufenbunengtongbujinxing，shenzhibunengquedingzhexiebufenheshicainengjianshe，ruguoyuliuzhebufendezhukongshikongjianhuoDCS容量，單次投資又太大。此時，若這些輔助裝置和不確定的部分需要本安防爆，則可設計采用分布式I/O方案，待進行後期建設時加入主係統即可。
防爆生產裝置在原有控製係統基礎上改擴建，尤其工期較緊時。推薦采用防爆分布式I/O方案，這樣可以減少新增點調試時對原係統控製程序的幹擾和誤修改，便於獨立調試。
或是當生產裝置改擴建時，用戶希望避免在已經擁擠的主控室擴充新的 DCS 機櫃和安全柵機櫃。此時，隻要原有的DCS係統具有總線通信能力，便可采用分布式I/O方案。
當一個裝置的檢測點較多，同時購置大量I/O卡和安全柵成本很高。此時，較合理的方案就是采用結合I/O卡和安全柵功能為一體的防爆分布式I/O方案。
當(dang)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)采(cai)用(yong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)方(fang)案(an)，某(mou)一(yi)個(ge)防(fang)爆(bao)生(sheng)產(chan)裝(zhuang)置(zhi)的(de)有(you)些(xie)現(xian)場(chang)儀(yi)表(biao)沒(mei)有(you)本(ben)安(an)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)型(xing)品(pin)種(zhong)，或(huo)者(zhe)不(bu)值(zhi)得(de)采(cai)用(yong)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)型(xing)儀(yi)表(biao)。這(zhe)時(shi)可(ke)采(cai)用(yong)能(neng)掛(gua)接(jie)到(dao)現(xian)場(chang)總(zong)線(xian)上(shang)去(qu)的(de)防(fang)爆(bao)分(fen)布(bu)式(shi)I/O。
西門子SIMATIC PCS7係統中應用於本安防爆場合的分布式I/O品種已經非常豐富，應用實例也非常多。用戶應結合自己的現場情況和控製應用需要，合理選用分布式I/O，設計出既安全可靠，又節省投資的應用方案。
附：西門子本安防爆分布式I/O ET200iSP在無菌製藥生產中的應用
華北製藥股份有限gongsishimuqianshijieshangzuidadekangshengsushengchanzhizaojidi。qimouyiwujunkangshengsutilianjingzhibaozhuangchejian，shengchanxianchangjishifangbaoquyoushiyiyaoshengchanjiejingqu，yincigenjushengchangongyiheshengchanxianshebeifenbutedian，shejishiyongleyifangbaoshiyuanchengI/O ET200iSP構成控製係統，完成了無菌抗生素晶體的從過濾、洗滌、幹燥到分裝包裝全流程的自動化控製。完全符合製藥生產GMP要(yao)求(qiu)，具(ju)有(you)現(xian)場(chang)布(bu)線(xian)簡(jian)潔(jie)，方(fang)便(bian)清(qing)潔(jie)無(wu)死(si)角(jiao)，防(fang)爆(bao)等(deng)級(ji)高(gao)，控(kong)製(zhi)元(yuan)件(jian)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)本(ben)安(an)帶(dai)電(dian)檢(jian)修(xiu)等(deng)特(te)點(dian)，非(fei)常(chang)適(shi)合(he)在(zai)無(wu)菌(jun)製(zhi)藥(yao)生(sheng)產(chan)過(guo)程(cheng)推(tui)廣(guang)。
項目介紹
本項目包括有四台過濾、洗滌、幹燥三合一大型機組，由每兩台機組組成一條生產線。生產線具體組成見圖1所示。生產線的設備組成按生產流程順序依次是：罐式三合一幹燥器，全排料管道，排料料倉，振蕩篩，稱量分裝裝置等組成。
生產線的生產工藝簡介如下：
1) 先密閉整個機組係統，充入惰性氣體保護，通過進料自動閥門加入抗生素待處理結晶液，達到一定體積量後關閉進料閥。
2) 通入惰性氣體加壓，通過底部的大型金屬過濾板實現抗生素結晶液的固液分離。
3) 抗生素結晶液固液分離後進行噴淋洗滌。
4) 洗(xi)滌(di)結(jie)束(shu)後(hou)通(tong)過(guo)液(ye)壓(ya)裝(zhuang)置(zhi)下(xia)降(jiang)攪(jiao)拌(ban)裝(zhuang)置(zhi)進(jin)行(xing)攪(jiao)拌(ban)，並(bing)同(tong)時(shi)利(li)用(yong)攪(jiao)拌(ban)內(nei)部(bu)的(de)加(jia)熱(re)管(guan)路(lu)係(xi)統(tong)加(jia)熱(re)物(wu)料(liao)層(ceng)，並(bing)嚴(yan)格(ge)控(kong)製(zhi)幹(gan)燥(zao)過(guo)程(cheng)溫(wen)度(du)，否(fou)則(ze)會(hui)使(shi)抗(kang)生(sheng)素(su)的(de)降(jiang)解(jie)失(shi)效(xiao)。在(zai)加(jia)熱(re)幹(gan)燥(zao)的(de)同(tong)時(shi)進(jin)行(xing)係(xi)統(tong)抽(chou)真(zhen)空(kong)操(cao)作(zuo)，使(shi)溶(rong)媒(mei)快(kuai)速(su)蒸(zheng)發(fa)。
5) 物料層幹燥合格後（可以取樣檢測），停止真空，進入自動排料程序。
6) 自動排料程序：在排料口通入惰性氣體，同時在料倉側抽真空，然後控製攪拌轉速和攪拌葉下降速度進行刮料、songliaodongzuo，shifenzhuangwuliaokuaisutongguopailiaofajinruliaocang，dangjiaobanguazhijiejinjinshuguolvbancengshitingzhijiaobanxiajiang，ranhoupenchuiduoxingqiti，jiangdicengwuliaoquanbuchuizhiliaocang。
7) 物wu料liao進jin入ru料liao倉cang後hou進jin行xing料liao位wei檢jian測ce，並bing分fen批pi下xia裝zhuang至zhi計ji量liang倉cang，通tong過guo稱cheng量liang控kong製zhi閥fa門men進jin行xing分fen裝zhuang。至zhi此ci完wan成cheng抗kang生sheng素su的de無wu菌jun過guo濾lv，洗xi滌di，幹gan燥zao，分fen裝zhuang過guo程cheng。
生產係統控製特點分析
三合一生產係統工序流程長，監控點數多，動作複雜，既有大量開關量聯鎖、順序控製，又有大量模擬量回路調節；同tong時shi生sheng產chan全quan過guo程cheng既ji是shi潔jie淨jing生sheng產chan環huan境jing，又you是shi易yi燃ran易yi爆bao危wei險xian環huan境jing，既ji有you很hen高gao的de安an全quan性xing要yao求qiu，又you有you非fei常chang高gao的de控kong製zhi精jing度du要yao求qiu。控kong製zhi係xi統tong可ke以yi實shi現xian完wan全quan的de自zi動dong化hua操cao作zuo控kong製zhi，係xi統tong組zu成cheng複fu雜za，控kong製zhi係xi統tong涉she及ji的de功gong能neng多duo樣yang，可ke以yi完wan成cheng的de功gong能neng有you：運yun動dong控kong製zhi，液ye壓ya係xi統tong，惰duo性xing氣qi體ti保bao護hu，機ji械xie傳chuan動dong，變bian頻pin調tiao速su，自zi動dong閥fa門men控kong製zhi，正zheng負fu壓ya控kong製zhi，還hai有you易yi燃ran易yi爆bao危wei險xian區qu內nei的de信xin息xi顯xian示shi與yu操cao作zuo，信xin號hao包bao括kuo流liu量liang、溫度、壓力、轉速、扭矩、料位、動態重量等模擬量的實時狀態監測控製，以及機械位置、壓力開關、流量開關、料位、安全保護等開關量。
此生產線的生產現場特殊，要求很高：
1) 醫藥潔淨區，（萬級區~百級區），製藥管理規範GMP要求現場越簡潔越好，便於清潔，免除清潔死角
2) 是防爆區，為Zone1區，含有多種有機溶媒。
3) 全自動化生產線分布很長，很散，跨越幾個隔離間， GMP要求現場管線越少越好
4) 機組本身控製點分布特點是：分布區域大，但每個區域內信號點集中，適合I/O分布式信號處理。
5) 生sheng產chan操cao作zuo複fu雜za，需xu要yao人ren工gong幹gan預yu生sheng產chan階jie段duan的de結jie束shu和he開kai始shi，操cao作zuo信xin息xi非fei常chang多duo，同tong時shi機ji械xie安an全quan操cao作zuo要yao求qiu必bi須xu在zai現xian場chang操cao作zuo設she備bei，不bu得de遠yuan程cheng控kong製zhi，因yin此ci現xian場chang必bi須xu設she置zhi大da信xin息xi量liang的de防fang爆bao、潔淨操作界麵。
這些控製特點和要求，因此非常適合采用西門子防爆遠程I/O方案解決以上問題。因此，按照生產線功能流程和儀表信號的位置分布可以將係統劃分為6個功能部分，分別見圖1中所示各位置功能單元：
1) 三合一罐體上部
2) 三合一罐體下部底盤開合操作區
3) 信息顯示與操作單元
4) 料倉區
5) 振蕩篩部分
6) 自動稱量、分裝單元
7) 控製室控製櫃
控製係統構成：
控製係統采用西門子SIMATIC S7300 PLC作為主控器，采用PROFIBUS-DP作為控製、通訊網絡，現場按照控製點的區域位置分布設置西門子防爆式遠程I/O模塊 ET200iSP，現場采用防爆操作屏BARTEC VGA作為人機操作界麵，並在控製室開發具有集中管理功能的WINCC工作站作為遠端管理站。
控製係統的特點：
1) 安全保護功能。惰性氣體保護裝置，各種安全聯鎖，狀態位置監測聯鎖，流程條件的連鎖，順序控製等。
2) 係統測控部分為本安係統。分布在.現場的機械開關，接近開關，溫度、壓力變送器，這些自控設備全部為本安防爆型，信號通過現場本安防爆遠程I/O模塊 ET200iSP進行彙總處理，弱電控製部分均為本質安全回路，安全等級達到Ex ia IIC T6。所以可以在生產現場進行帶電信號檢修，大大方便了設備的維護，減少設備故障檢修時間。
3) 現場I/O模塊設置在RITTAL增zeng安an型xing儀yi表biao箱xiang中zhong，布bu線xian簡jian潔jie，與yu傳chuan統tong點dian對dui點dian防fang爆bao控kong製zhi係xi統tong現xian場chang布bu線xian方fang式shi相xiang比bi，省sheng卻que了le大da量liang電dian纜lan保bao護hu管guan，有you效xiao保bao證zheng了le現xian場chang環huan境jing的de簡jian潔jie易yi於yu清qing潔jie，減jian少shao死si角jiao，充chong分fen符fu合he製zhi藥yaoGMP規範。
4) 信號采集采用1.5M的通訊速率，速度極快。控製係統包括大量開關量、模擬量的邏輯聯鎖、順序控製、混合控製，實時安全。
5) 實現在防爆現場的複雜操作控製。利用全集成自動化的優勢，采用智能防爆型BARTEC操cao作zuo顯xian示shi屏ping，實shi現xian了le機ji組zu的de複fu雜za操cao作zuo和he各ge種zhong狀zhuang態tai信xin息xi顯xian示shi，而er且qie隻zhi需xu一yi根gen電dian源yuan線xian和he兩liang芯xin屏ping蔽bi雙shuang絞jiao通tong訊xun總zong線xian即ji可ke完wan成cheng連lian接jie，省sheng卻que複fu雜za的de現xian場chang布bu線xian和he龐pang大da的de隔ge爆bao操cao作zuo盤pan。
6) 模擬量的回路自控。可以進行溫度的調節、物位的調節、倉體壓力的調節、攪拌轉速的調節、扭矩的調節、精確分裝重量的調節、攪拌升降位置設定，SIMATIC控製係統可以達到很高的控製精度。
7) 係統采用防爆遠程I/O單元式結構，因此實現了單元分步驟調試，調試任務清晰，加快了係統投運速度。
在無菌抗生素生產線控製係統中，本安防爆遠程I/O模塊 ET200iSP的使用，完全適合了無菌製藥環境要求，安全防爆，布線簡潔，易於清潔，完美實現了各項功能。控製係統通過PROFIBUS-DP現場總線將模擬、數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)，傳(chuan)動(dong)控(kong)製(zhi)，安(an)全(quan)防(fang)爆(bao)操(cao)作(zuo)顯(xian)示(shi)，過(guo)程(cheng)信(xin)息(xi)管(guan)理(li)等(deng)諸(zhu)多(duo)功(gong)能(neng)很(hen)方(fang)便(bian)的(de)統(tong)一(yi)在(zai)一(yi)起(qi)，減(jian)少(shao)了(le)故(gu)障(zhang)點(dian)，提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)整(zheng)體(ti)性(xing)能(neng)，為(wei)用(yong)戶(hu)創(chuang)造(zao)了(le)價(jia)值(zhi)。
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