在生物制藥行業(yè)智能化轉(zhuǎn)型進(jìn)程中，工業(yè)自動(dòng)化與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的深度融合是保障疫苗生產(chǎn)質(zhì)量、提升效率的核心。生物疫苗生產(chǎn)對(duì)發(fā)酵、純化、灌裝等工藝的參數(shù)精度和實(shí)時(shí)監(jiān)控要求極高，本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，詳細(xì)闡述羅克韋爾ControlLogix PLC（EtherNet/IP主站）與倍福PLC（EtherCAT主站）的互聯(lián)方案，通過塔訊TX161-RE-ECS/EIS網(wǎng)關(guān)（物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)/智能網(wǎng)關(guān)/工業(yè)網(wǎng)關(guān)）實(shí)現(xiàn)總線協(xié)議互通與數(shù)據(jù)采集器功能落地，精準(zhǔn)管控全流程工藝參數(shù)，為同類車間智能化升級(jí)提供參考。

一、案例背景

本案例應(yīng)用于某國(guó)家級(jí)生物疫苗生產(chǎn)基地核心車間，該車間承擔(dān)疫苗發(fā)酵、純化、灌裝等核心任務(wù)，年產(chǎn)能數(shù)千萬劑，嚴(yán)格遵循GMP規(guī)范，保持恒溫恒濕無菌環(huán)境。隨著市場(chǎng)需求增長(zhǎng)，原有控制系統(tǒng)的局限性凸顯，成為產(chǎn)能提升的瓶頸。

車間采用雙PLC主站架構(gòu)：羅克韋爾ControlLogix PLC（EtherNet/IP主站）負(fù)責(zé)發(fā)酵工段參數(shù)監(jiān)控調(diào)節(jié)及純化工段調(diào)度，是工業(yè)自動(dòng)化核心中樞；倍福PLC（EtherCAT主站）負(fù)責(zé)灌裝工段精準(zhǔn)控制及設(shè)備狀態(tài)采集。

項(xiàng)目實(shí)施前核心痛點(diǎn)：一是兩種總線協(xié)議不兼容，無法直接互通，發(fā)酵參數(shù)無法實(shí)時(shí)同步至灌裝工段，易出現(xiàn)質(zhì)量問題；二是缺乏專業(yè)工業(yè)網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)采集器，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系未搭建，數(shù)據(jù)采集依賴人工，存在滯后、遺漏，無法滿足GMP追溯要求；三是工藝管控粗放、故障排查低效、人工成本高，制約生產(chǎn)效能。

為解決上述問題，項(xiàng)目引入塔訊TX161-RE-ECS/EIS網(wǎng)關(guān)，通過其協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)現(xiàn)雙PLC互通及全流程管控，提升生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

核心需求：實(shí)現(xiàn)雙PLC雙向數(shù)據(jù)互通，完成協(xié)議轉(zhuǎn)換；通過數(shù)據(jù)采集器功能采集全流程數(shù)據(jù)，上傳至工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)；優(yōu)化工藝聯(lián)動(dòng)，建立追溯體系，提升疫苗合格率與生產(chǎn)效率。

二、協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的功能簡(jiǎn)介

塔訊TX161-RE-ECS/EIS網(wǎng)關(guān)是適配工業(yè)自動(dòng)化復(fù)雜場(chǎng)景的高性能工業(yè)網(wǎng)關(guān)/智能網(wǎng)關(guān)，兼具物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)特性與數(shù)據(jù)采集器功能，專為疫苗車間高要求環(huán)境優(yōu)化，核心功能如下：

（一）專屬協(xié)議雙向轉(zhuǎn)換功能

核心能力為EtherNet/IP從站轉(zhuǎn)EtherCAT從站雙向協(xié)議轉(zhuǎn)換，精準(zhǔn)適配雙PLC通訊需求，可實(shí)現(xiàn)羅克韋爾PLC指令與倍福PLC反饋數(shù)據(jù)的雙向轉(zhuǎn)換，徹底解決總線協(xié)議壁壘，支撐工業(yè)自動(dòng)化協(xié)同控制。

（二）全維度數(shù)據(jù)采集與上傳功能

作為專業(yè)數(shù)據(jù)采集器，可采集雙PLC運(yùn)行狀態(tài)、各工段核心參數(shù)及設(shè)備故障信息，通過工業(yè)以太網(wǎng)上傳至工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)周期不低于3年，滿足GMP追溯要求，為工藝優(yōu)化提供支撐。

（三）設(shè)備監(jiān)控與異常預(yù)警功能

可實(shí)時(shí)監(jiān)控自身及關(guān)聯(lián)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與通訊穩(wěn)定性，當(dāng)出現(xiàn)參數(shù)異常、設(shè)備故障或通訊中斷時(shí)，立即觸發(fā)預(yù)警并通過多渠道通知管理人員，降低生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，避免疫苗報(bào)廢。

（四）工業(yè)級(jí)高穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

采用工業(yè)級(jí)硬件架構(gòu)，具備抗電磁干擾、寬溫適應(yīng)（-40℃~85℃）、IP65防塵防水等特性，適配車間復(fù)雜環(huán)境；支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，確保數(shù)據(jù)采集完整連續(xù)。

（五）靈活配置與遠(yuǎn)程運(yùn)維功能

支持Web端、手機(jī)APP遠(yuǎn)程配置管理，可調(diào)整協(xié)議轉(zhuǎn)換規(guī)則、采集頻率，降低運(yùn)維成本；接口豐富，可靈活擴(kuò)展，適配車間后續(xù)產(chǎn)能擴(kuò)張與工藝升級(jí)，助力工業(yè)自動(dòng)化與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)深度融合。

三、案例結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D

四、解決方案

針對(duì)項(xiàng)目核心痛點(diǎn)，結(jié)合工業(yè)自動(dòng)化與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)融合需求，制定以塔訊網(wǎng)關(guān)為核心的解決方案，實(shí)現(xiàn)全流程精準(zhǔn)管控，滿足GMP要求。核心思路：以網(wǎng)關(guān)為協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)核心，實(shí)現(xiàn)雙PLC互通；依托數(shù)據(jù)采集器功能搭建監(jiān)控體系；優(yōu)化工藝邏輯，實(shí)現(xiàn)工段聯(lián)動(dòng)與參數(shù)閉環(huán)控制。

（一）硬件部署方案

1.核心設(shè)備部署：中控室機(jī)柜部署塔訊網(wǎng)關(guān)（數(shù)據(jù)采集器與通訊樞紐），發(fā)酵、灌裝工段分別安裝對(duì)應(yīng)PLC，服務(wù)器機(jī)房部署工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)服務(wù)器。

2.通訊鏈路搭建：羅克韋爾PLC與網(wǎng)關(guān)通過工業(yè)級(jí)屏蔽以太網(wǎng)建立EtherNet/IP連接，倍福PLC與網(wǎng)關(guān)建立EtherCAT連接，確保通訊穩(wěn)定、低延遲、無丟包。

3.現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接：傳感器連接至羅克韋爾PLC與網(wǎng)關(guān)，灌裝、檢測(cè)設(shè)備連接至倍福PLC，聲光報(bào)警器與網(wǎng)關(guān)聯(lián)動(dòng)，保障異常預(yù)警及時(shí)響應(yīng)。

（二）協(xié)議轉(zhuǎn)換方案

1.網(wǎng)關(guān)EtherNet/IP接口配置：設(shè)為主站模式，與羅克韋爾PLC配對(duì)，配置通訊參數(shù)，映射發(fā)酵、純化指令至網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)區(qū)。

2.網(wǎng)關(guān)EtherCAT接口配置：設(shè)為主站模式，與倍福PLC配對(duì)，將羅克韋爾PLC指令轉(zhuǎn)換為EtherCAT協(xié)議，下發(fā)至灌裝設(shè)備。

3.雙向數(shù)據(jù)反饋：將倍福PLC采集的灌裝數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為EtherNet/IP協(xié)議反饋至羅克韋爾PLC，實(shí)現(xiàn)雙PLC數(shù)據(jù)互通與工藝聯(lián)動(dòng)。

（三）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控方案

1.采集配置：明確采集范圍，設(shè)置1秒/次采集頻率，配置數(shù)據(jù)過濾規(guī)則，確保數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。

2.傳輸與存儲(chǔ)：數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至監(jiān)控平臺(tái)，存儲(chǔ)周期不低于3年，網(wǎng)關(guān)支持72小時(shí)本地緩存，避免數(shù)據(jù)丟失。

3.可視化監(jiān)控與預(yù)警：平臺(tái)按工段展示參數(shù)趨勢(shì)與設(shè)備狀態(tài)，設(shè)置預(yù)警閾值，異常時(shí)多渠道通知管理人員，支持參數(shù)追溯與分析。

（四）工藝控制邏輯優(yōu)化方案

1.聯(lián)動(dòng)控制：羅克韋爾PLC根據(jù)發(fā)酵參數(shù)生成灌裝建議值，通過網(wǎng)關(guān)傳輸至倍福PLC，實(shí)現(xiàn)工段無縫銜接。

2.閉環(huán)控制：網(wǎng)關(guān)采集各工段實(shí)際參數(shù)反饋至雙PLC，實(shí)現(xiàn)參數(shù)自動(dòng)調(diào)整，確保管控精準(zhǔn)。

3.應(yīng)急控制：出現(xiàn)嚴(yán)重異常時(shí)，網(wǎng)關(guān)觸發(fā)預(yù)警，雙PLC聯(lián)動(dòng)停機(jī)，故障排除后可遠(yuǎn)程恢復(fù)生產(chǎn)，同步記錄追溯信息。

五、實(shí)施配置過程描述

本項(xiàng)目實(shí)施嚴(yán)格遵循“前期準(zhǔn)備→硬件部署→通訊調(diào)試→協(xié)議轉(zhuǎn)換配置→數(shù)據(jù)采集配置→監(jiān)控平臺(tái)部署→系統(tǒng)聯(lián)調(diào)→試運(yùn)行→驗(yàn)收交付”流程，全程符合GMP管理規(guī)范。具體步驟如下：

（一）前期準(zhǔn)備

設(shè)備清點(diǎn)與檢查：逐一清點(diǎn)羅克韋爾ControlLogix PLC、倍福PLC、塔訊TX161網(wǎng)關(guān)、發(fā)酵罐、灌裝設(shè)備及傳感器，檢查外觀接口并進(jìn)行通電測(cè)試；準(zhǔn)備調(diào)試工具（工業(yè)級(jí)屏蔽網(wǎng)線、調(diào)試電腦等）與軟件（RSLogix 5000、TwinCAT、網(wǎng)關(guān)配置軟件）。

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境確認(rèn)：確認(rèn)中控室、機(jī)房安裝位置及電源網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，確保溫度18-25℃、濕度40%-60%，符合工業(yè)級(jí)與GMP要求；規(guī)劃通訊線路鋪設(shè)路徑，避開生產(chǎn)區(qū)與無菌區(qū)，采用隱蔽式鋪設(shè)。

參數(shù)規(guī)劃：提前規(guī)劃IP地址、子網(wǎng)掩碼，避免通訊沖突；制定協(xié)議轉(zhuǎn)換規(guī)則、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)及工藝參數(shù)預(yù)警閾值，結(jié)合GMP要求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)追溯方案。

（二）硬件部署與接線

設(shè)備安裝：網(wǎng)關(guān)固定于中控室機(jī)柜，羅克韋爾PLC安裝于發(fā)酵工段控制柜，倍福PLC安裝于灌裝工段控制柜；現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備按工藝要求精準(zhǔn)安裝。通訊接線：采用屏蔽網(wǎng)線連接羅克韋爾PLC與網(wǎng)關(guān)（EtherNet/IP）、倍福PLC與網(wǎng)關(guān)（EtherCAT），做好接地與標(biāo)識(shí)；檢查電源供電，確保電壓穩(wěn)定。

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備接線：傳感器連接至羅克韋爾PLC與網(wǎng)關(guān)DI/DO接口，灌裝、密封檢測(cè)設(shè)備連接至倍福PLC，聲光報(bào)警器接入網(wǎng)關(guān)；全面檢查接線正確性，確保運(yùn)行安全。

（三）通訊調(diào)試

設(shè)備通訊測(cè)試：通過RSLogix 5000、TwinCAT及網(wǎng)關(guān)配置軟件，分別測(cè)試與羅克韋爾PLC、倍福PLC、網(wǎng)關(guān)的通訊狀態(tài)，確保參數(shù)讀取與修改正常。

網(wǎng)關(guān)與雙PLC通訊測(cè)試：配置網(wǎng)關(guān)EtherNet/IP接口參數(shù)與羅克韋爾PLC匹配，確認(rèn)通訊正常；配置EtherCAT接口與倍福PLC配對(duì)，確保鏈路暢通無丟包。

（四）協(xié)議轉(zhuǎn)換配置

EtherNet/IP從站配置：將網(wǎng)關(guān)EtherNet/IP接口設(shè)為從站模式，配置通訊周期（1秒/次）及數(shù)據(jù)映射規(guī)則，將羅克韋爾PLC的工藝指令映射至網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)區(qū)。

EtherCAT從站配置：將網(wǎng)關(guān)EtherCAT接口設(shè)為從站模式，配置從站地址與通訊周期，與倍福PLC主站配對(duì)；設(shè)置雙向協(xié)議轉(zhuǎn)換規(guī)則，確保指令與反饋數(shù)據(jù)雙向互通。

協(xié)議轉(zhuǎn)換測(cè)試：通過羅克韋爾PLC下發(fā)發(fā)酵溫度調(diào)整指令，驗(yàn)證網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換后倍福PLC能否正確接收；模擬灌裝設(shè)備數(shù)據(jù)反饋，確認(rèn)羅克韋爾PLC可正常獲取，確保雙向轉(zhuǎn)換功能正常。

（五）數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控配置

采集點(diǎn)配置：在網(wǎng)關(guān)中添加采集點(diǎn)，分別采集羅克韋爾PLC（發(fā)酵溫度、pH值）、倍福PLC（灌裝劑量、密封合格率）及傳感器（溶氧量）數(shù)據(jù)，采集頻率設(shè)為1秒/次。

數(shù)據(jù)處理與過濾：配置數(shù)據(jù)過濾規(guī)則，剔除無效數(shù)據(jù)，設(shè)置閾值標(biāo)記異常值；配置本地存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)上傳策略，確保數(shù)據(jù)可追溯。

監(jiān)控平臺(tái)配置：部署工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺(tái)，與網(wǎng)關(guān)建立連接；搭建可視化界面，按工段分區(qū)展示數(shù)據(jù)，設(shè)置工藝參數(shù)預(yù)警閾值及短信/郵件通知方式。

（六）系統(tǒng)聯(lián)調(diào)與試運(yùn)行

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)：?jiǎn)?dòng)全系統(tǒng)，測(cè)試工藝指令下發(fā)、設(shè)備響應(yīng)、數(shù)據(jù)上傳及故障預(yù)警功能，確保發(fā)酵、純化、灌裝等環(huán)節(jié)協(xié)同運(yùn)行，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤。

試運(yùn)行：連續(xù)試運(yùn)行15天（符合GMP驗(yàn)證要求），24小時(shí)值守監(jiān)測(cè)，記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時(shí)優(yōu)化通訊卡頓、參數(shù)偏差等問題，確保系統(tǒng)穩(wěn)定。

驗(yàn)收交付：全面檢測(cè)系統(tǒng)功能，確認(rèn)工藝參數(shù)管控精度、數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性等指標(biāo)達(dá)標(biāo)；整理實(shí)施文檔、測(cè)試報(bào)告、操作手冊(cè)及追溯記錄，完成交付與人員培訓(xùn)。

六、項(xiàng)目痛點(diǎn)、應(yīng)用效果及實(shí)施前后效果對(duì)比

（一）項(xiàng)目痛點(diǎn)

1.總線協(xié)議不兼容，雙PLC無法互通，工藝銜接斷層；

2.缺乏工業(yè)網(wǎng)關(guān)與數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)無法統(tǒng)一采集追溯，不符合GMP要求；

3.工藝管控不精準(zhǔn)，疫苗合格率僅96.2%；

4.故障排查低效，平均停機(jī)45分鐘/次；

5.自動(dòng)化程度低，人工成本高。

（二）應(yīng)用效果

1.突破協(xié)議壁壘，實(shí)現(xiàn)雙PLC雙向互通與工段協(xié)同；

2.完善工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)體系，實(shí)現(xiàn)全流程數(shù)據(jù)追溯；

3.疫苗合格率提升至99.7%，減少報(bào)廢成本；

4.平均停機(jī)時(shí)間縮短至10分鐘內(nèi)，保障生產(chǎn)連續(xù)；

5.自動(dòng)化水平提升，人工成本降低45%；

6.滿足GMP要求，提升企業(yè)合規(guī)性。

（三）實(shí)施前后效果對(duì)比

具體對(duì)比如下表所示：

七、案例總結(jié)

本案例針對(duì)疫苗車間雙PLC協(xié)議不兼容、數(shù)據(jù)采集困難等核心痛點(diǎn)，以塔訊TX161-RE-ECS/EIS網(wǎng)關(guān)為核心，搭建工業(yè)自動(dòng)化與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)融合解決方案，成功實(shí)現(xiàn)雙PLC雙向互通與全流程工藝管控，滿足GMP要求，顯著提升了生產(chǎn)質(zhì)量與效率，降低了運(yùn)營(yíng)成本。

實(shí)踐表明，工業(yè)網(wǎng)關(guān)作為核心樞紐，可有效解決總線協(xié)議壁壘，同時(shí)發(fā)揮數(shù)據(jù)采集器作用，為疫苗車間智能化升級(jí)提供可靠支撐。塔訊網(wǎng)關(guān)的工業(yè)級(jí)穩(wěn)定性與靈活擴(kuò)展性，完美適配疫苗車間復(fù)雜環(huán)境與高要求生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。

在生物制藥行業(yè)智能化發(fā)展趨勢(shì)下，總線協(xié)議互通與數(shù)據(jù)精準(zhǔn)管控是實(shí)現(xiàn)疫苗生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的關(guān)鍵。本案例為同類車間智能化改造提供了可落地的參考方案，未來可結(jié)合大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，進(jìn)一步提升車間智能化水平，推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

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審核編輯 黃宇