一、行業(yè)背景與項目概況

1.1行業(yè)背景與核心需求

隨著人口老齡化加劇、慢性病發(fā)病率上升及健康意識提升，我國醫(yī)藥市場需求持續(xù)增長，2024年藥品全國終端銷售額達18638億元。制藥裝備作為醫(yī)藥行業(yè)上游核心產(chǎn)業(yè)，正受益于行業(yè)發(fā)展與政策推動，逐步走向高端化、智能化，進口替代進程加快，2018-2023年我國制藥裝備市場規(guī)模從337億元增長至691億元，復合年增長率達15.4%，預計2027年將突破950億元。

制藥行業(yè)核心需求聚焦于合規(guī)管控與高效生產(chǎn)，尤其是制劑生產(chǎn)環(huán)節(jié)，需實現(xiàn)配料、混合、灌裝、滅菌全流程的參數(shù)精準控制、數(shù)據(jù)實時采集與全流程追溯，契合《“十四五”醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中“提高產(chǎn)業(yè)化技術(shù)水平、強化核心裝備攻關(guān)”的要求。歐姆龍CP1H系列PLC憑借高可靠性、強穩(wěn)定性，廣泛應用于制藥制劑車間的邏輯控制，但老舊型號僅配備單一RS-232串口，無以太網(wǎng)接口，無法滿足Modbus TCP設備聯(lián)網(wǎng)、多設備協(xié)同及遠程運維需求，成為制約企業(yè)數(shù)字化升級與合規(guī)管控的關(guān)鍵瓶頸。

1.2項目概況

本項目為華東某中型制藥企業(yè)制劑車間升級工程，該車間主要負責口服制劑（片劑、膠囊）的自動化生產(chǎn)，核心配置如下：

核心控制單元：歐姆龍CP1H-XA40DT-D PLC，僅1路RS-232圓形DB9串口，負責制劑配料計量、混合攪拌、自動灌裝、滅菌冷卻等設備的邏輯控制，支持Hostlink、Modbus RTU協(xié)議，無法實現(xiàn)多設備并發(fā)通訊；

現(xiàn)場監(jiān)控終端：Modbus TCP工業(yè)觸摸屏，用于現(xiàn)場工藝參數(shù)（配料比例、攪拌轉(zhuǎn)速、滅菌溫度）調(diào)試、設備運行狀態(tài)監(jiān)控及異常報警，僅支持以太網(wǎng)通訊，需實時同步PLC數(shù)據(jù)；

上位管理系統(tǒng)：工控機+SCADA系統(tǒng)（組態(tài)王），基于Modbus TCP協(xié)議，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集、工藝參數(shù)追溯、生產(chǎn)報表自動生成，滿足制藥行業(yè)GMP合規(guī)要求，需遠程監(jiān)控PLC運行狀態(tài)；

工況特征：車間需24小時連續(xù)作業(yè)，實行無菌、無塵管控，存在設備運行產(chǎn)生的強電磁干擾，對通訊設備的穩(wěn)定性、防塵性、抗干擾能力要求嚴苛，且禁止大規(guī)模停產(chǎn)改造。

1.3項目核心目標

打通歐姆龍CP1H PLC與觸摸屏、上位機的通訊鏈路，實現(xiàn)三者雙向并發(fā)通訊，確保工藝數(shù)據(jù)實時同步；

實現(xiàn)PLC程序遠程下載、上載與在線調(diào)試，替代現(xiàn)場電纜接線操作，降低運維成本與停產(chǎn)風險；

不修改PLC原有控制程序，快速部署調(diào)試，最大限度減少停產(chǎn)影響，保障生產(chǎn)連續(xù)性；

實現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)自動采集與全流程追溯，滿足制藥行業(yè)GMP合規(guī)要求，提升生產(chǎn)管控精度。

二、項目痛點、選型與實施過程

2.1核心技術(shù)痛點

協(xié)議與接口雙重壁壘：PLC采用RS-232串口+Hostlink/Modbus RTU協(xié)議通訊，觸摸屏、上位機采用Modbus TCP以太網(wǎng)協(xié)議，兩者傳輸方式、幀格式差異顯著，無法直接互聯(lián)互通；同時，PLC唯一的圓形串口無法支撐本地操作、遠程管控與程序調(diào)試的并發(fā)訪問，形成數(shù)據(jù)孤島，工藝數(shù)據(jù)無法實時上傳，難以滿足合規(guī)追溯需求。

運維成本高、停產(chǎn)風險大：傳統(tǒng)PLC程序調(diào)試需技術(shù)人員到現(xiàn)場通過專用電纜連接，受無菌車間管控限制，單次運維耗時超2小時，月均運維成本達4200元；若更換帶網(wǎng)口的新型PLC，需投入7.5萬元設備成本，且停產(chǎn)5天以上，綜合損失超16萬元，與企業(yè)降本增效、連續(xù)生產(chǎn)的需求嚴重背離。

合規(guī)管控不足：工藝參數(shù)依賴人工手抄記錄，誤差率達3.6%，存在漏記、錯記風險，數(shù)據(jù)無法實時追溯，不符合制藥行業(yè)GMP合規(guī)要求，且參數(shù)同步滯后易導致產(chǎn)品質(zhì)量波動，影響用藥安全。

2.2方案選型

經(jīng)多輪技術(shù)論證、兼容性測試及行業(yè)案例參考，最終選用捷米特JM-ETH-CP以太網(wǎng)模塊作為核心通訊轉(zhuǎn)換設備，該模塊專為歐姆龍CP1H系列PLC量身設計，完美適配制藥行業(yè)工況與需求，核心優(yōu)勢如下：

接口與并發(fā)兼容：集成1路RS-232圓形DB9串口（精準匹配CP1H PLC編程口）與1路10/100M自適應RJ45以太網(wǎng)口，支持最大32個TCP連接，可同時連接觸摸屏、上位機、編程電腦，不占用PLC核心資源，徹底解決串口資源匱乏與多設備并發(fā)通訊問題。

協(xié)議轉(zhuǎn)換高效便捷：作為高性能以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)與以太網(wǎng)橋接器核心功能，實現(xiàn)Hostlink/Modbus RTU與Modbus TCP協(xié)議雙向透明傳輸，無需額外開發(fā)通訊程序，直接適配制藥行業(yè)主流SCADA軟件與觸摸屏，快速打通數(shù)據(jù)鏈路。

工業(yè)級高可靠性：采用35mm標準導軌安裝，可通過PLC直接供電（功耗＜100mA），無需外接電源；工作溫度范圍0-60℃，具備防塵、抗電磁干擾性能，平均無故障時間（MTBF）超10萬小時，適配制藥車間無菌、強干擾、24小時連續(xù)作業(yè)工況。

適配合規(guī)與便捷運維：支持WEB服務器（默認IP 192.168.1.188）與專用配置工具，可自動識別PLC參數(shù)，無需手動繁瑣配置；支持CX-Programmer軟件以太網(wǎng)通訊，可遠程下載程序，減少現(xiàn)場操作，契合無菌車間管控要求；數(shù)據(jù)傳輸精準可追溯，助力企業(yè)滿足GMP合規(guī)要求。

2.3實施過程

2.3.1硬件配置清單

2.3.2部署與調(diào)試步驟

硬件安裝：斷電狀態(tài)下，將JM-ETH-CP模塊安裝于35mm標準導軌，用RS-232專用線連接模塊串口與CP1H PLC的DB9圓形串口，確保接觸良好；將工業(yè)交換機安裝于無菌車間指定區(qū)域，做好防塵防護。

網(wǎng)絡組網(wǎng)：用屏蔽網(wǎng)線連接模塊RJ45口、觸摸屏、上位機至工業(yè)交換機，統(tǒng)一規(guī)劃IP地址至同一網(wǎng)段（192.168.1.x），構(gòu)建穩(wěn)定的車間局域網(wǎng)，避免電磁干擾影響數(shù)據(jù)傳輸。

參數(shù)配置：系統(tǒng)上電后，通過電腦瀏覽器訪問模塊默認IP（192.168.1.188），進入WEB配置界面；設置通訊協(xié)議為Hostlink協(xié)議，開啟PLC與HMI參數(shù)自適應功能，匹配串口波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位等參數(shù)，無需修改PLC原有控制程序。

聯(lián)調(diào)測試：通過CX-Programmer軟件遠程下載PLC程序，測試通訊穩(wěn)定性；操作觸摸屏驗證工藝參數(shù)讀寫、設備狀態(tài)監(jiān)控功能；在上位機SCADA系統(tǒng)中配置設備，測試生產(chǎn)數(shù)據(jù)實時采集、報表生成功能，全程耗時1.2小時，實現(xiàn)不停產(chǎn)升級，最大限度降低對生產(chǎn)的影響。

三、網(wǎng)關(guān)功能介紹

捷米特JM-ETH-CP以太網(wǎng)模塊是專為歐姆龍CP1H系列PLC設計的專用串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，核心功能深度適配制藥行業(yè)制劑生產(chǎn)場景，聚焦協(xié)議轉(zhuǎn)換、合規(guī)管控與便捷運維，具體如下：

核心協(xié)議轉(zhuǎn)換功能：內(nèi)置以太網(wǎng)橋接器功能，實現(xiàn)RS-232串口數(shù)據(jù)與以太網(wǎng)TCP/IP數(shù)據(jù)的雙向透明傳輸，高效完成Hostlink/Modbus RTU與Modbus TCP協(xié)議的轉(zhuǎn)換。作為核心以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，無需額外編程即可實現(xiàn)PLC與觸摸屏、上位機的無縫通訊，同時支持PLC程序遠程下載，打通制劑生產(chǎn)“設備-管控”數(shù)據(jù)鏈路，助力合規(guī)追溯。

多設備并發(fā)兼容：支持最大32個TCP連接，可同時滿足觸摸屏、上位機、編程電腦的并發(fā)訪問需求，完美兼容歐姆龍CP1H全系列PLC及制藥行業(yè)主流SCADA軟件、工業(yè)觸摸屏，無需額外適配驅(qū)動，系統(tǒng)擴展性強，可靈活對接新增的質(zhì)量檢測設備。

便捷運維與狀態(tài)監(jiān)控：支持WEB頁面與專用配置工具兩種配置方式，可自動識別PLC參數(shù)，簡化配置流程，無需專業(yè)編程基礎(chǔ)；配備電源、串口、以太網(wǎng)三路狀態(tài)指示燈，實時反饋設備運行狀態(tài)，便于技術(shù)人員快速定位與排查通訊故障，減少現(xiàn)場運維頻次，契合無菌車間管控要求。

工業(yè)級安全與合規(guī)適配：內(nèi)置數(shù)據(jù)校驗機制，可有效抵御車間強電磁干擾，確保工藝數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性與完整性；支持固件在線升級，終身免費迭代，適配制藥行業(yè)技術(shù)升級與合規(guī)要求；低功耗設計，PLC直接供電，簡化布線，降低故障點，適配24小時連續(xù)作業(yè)工況。

四、技術(shù)架構(gòu)設計

4.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓撲圖

五、應用效果前后對比

六、網(wǎng)關(guān)未來發(fā)展趨勢

隨著制藥行業(yè)智能化、合規(guī)化轉(zhuǎn)型持續(xù)深入，結(jié)合政策導向與行業(yè)需求，串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器類網(wǎng)關(guān)設備將朝著以下四大方向發(fā)展，更好地賦能制藥行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展：

智能化與邊緣計算融合：未來網(wǎng)關(guān)將深度集成輕量級邊緣計算引擎，實現(xiàn)制劑生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)的本地預處理、異常智能預警（如配料比例失衡、滅菌溫度異常），結(jié)合AI算法優(yōu)化生產(chǎn)參數(shù)，提升產(chǎn)線自主運維能力，契合制藥行業(yè)精細化、智能化生產(chǎn)需求，助力國產(chǎn)裝備進口替代進程。

安全與合規(guī)強化：針對制藥行業(yè)數(shù)據(jù)安全與GMP合規(guī)要求，網(wǎng)關(guān)將全面升級安全防護體系，新增TLS/SSL加密通訊、雙向身份認證、訪問權(quán)限精細化管控、數(shù)據(jù)加密存儲等功能，確保工藝數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的安全與可追溯，符合《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)安全標準體系》與醫(yī)藥行業(yè)監(jiān)管要求。

國產(chǎn)化與多協(xié)議生態(tài)拓展：依托國產(chǎn)芯片與核心元器件的技術(shù)突破，加速網(wǎng)關(guān)國產(chǎn)化替代進程，實現(xiàn)核心部件自主可控，契合國家“推動制藥裝備高端化、自主化”的政策導向；同時擴展對PROFIBUS、CANopen等更多工業(yè)總線協(xié)議的支持，構(gòu)建開放、兼容的多協(xié)議轉(zhuǎn)換生態(tài)，適配制藥行業(yè)多品牌設備協(xié)同需求。

無線化與部署柔性化：集成WiFi、5G等無線通信技術(shù)，擺脫有線布線限制，適配制藥車間無菌管控、設備布局動態(tài)調(diào)整的場景，大幅提升系統(tǒng)部署與改造的靈活性，為未來實現(xiàn)制劑生產(chǎn)全流程無線智能化管控、遠程運維提供技術(shù)支撐。

七、結(jié)論

本項目通過引入捷米特JM-ETH-CP以太網(wǎng)模塊，成功破解了歐姆龍CP1H系列無網(wǎng)口PLC在制藥制劑車間應用中面臨的協(xié)議不兼容、串口資源匱乏、運維效率低下、合規(guī)管控不足等核心痛點。該模塊作為關(guān)鍵的串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器、以太網(wǎng)橋接器設備，憑借卓越的協(xié)議轉(zhuǎn)換能力、多設備并發(fā)兼容特性及工業(yè)級高可靠性，實現(xiàn)了PLC與觸摸屏、上位機的無縫聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)互通，打通了制劑生產(chǎn)全流程的數(shù)據(jù)鏈路。

該技術(shù)方案無需修改PLC原有程序，具有改造成本低廉、部署周期短、運維高效、適配無菌工況等顯著優(yōu)勢，既滿足了制藥行業(yè)合規(guī)追溯、精準管控的核心需求，又保障了制劑生產(chǎn)線24小時連續(xù)穩(wěn)定運行，契合企業(yè)降本增效、智能化升級的目標，同時助力企業(yè)響應國產(chǎn)裝備進口替代的政策導向。其成功應用為制藥行業(yè)及類似流程工業(yè)場景中老舊PLC設備的網(wǎng)絡化改造提供了一套高效、經(jīng)濟、可行的工程解決方案。

未來，隨著串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)、以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器技術(shù)的持續(xù)迭代與制藥行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型的深入推進，此類網(wǎng)關(guān)設備將在制藥制劑、原料藥生產(chǎn)等場景中發(fā)揮愈發(fā)重要的作用，持續(xù)賦能制藥企業(yè)實現(xiàn)高效、精準、合規(guī)、可追溯的生產(chǎn)目標，推動我國制藥行業(yè)從制藥大國向制藥強國邁進，助力“雙碳”目標與醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展落地。

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審核編輯 黃宇