CN107992013A - 一种中药制剂设备集成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中药制剂设备集成系统，其包括：上层系统，其包括终端显示设备；中层系统，其包括服务器以及分别被配置于所述服务器的集成软件模块、数据库模块和HMI模块；下层系统，其包括多个设备单元以及设备控制模块；其中，所述上层系统与所述中层系统之间通过终端网络进行通信连接，所述中层系统与所述下层系统之间通过系统网络进行通信连接。本发明针对制药行业专业开发的系统，适应于车间不同品牌设备集成，通过驱动安装模式支持不同品牌PLC设备的通讯，并支持开发新的驱动，只需要PLC厂家提供通讯规约即可，同时可将实时采集的数据集成至各种HMI人机界面内，大大提高了设备集成的容量、效率和响应能力。

Description

一种中药制剂设备集成系统

技术领域

本发明涉及一种在设备集成系统。更具体地说，本发明涉及一种用于中药制剂领域的设备集成系统。

背景技术

医药工业作为重要民生领域，工业化和信息化融合水平相对较高，但仍然存在大而不强的问题。在工业4.0时代，制药业面临着全球产业结构调整带来的机遇和挑战，中国医药产业正实现中药制剂由传统的生产工艺向工程化、系统化、自动化的现代制造业转变。随着计算机监控系统规模越来越大，国内中药企业制剂车间中不同厂家生产的现场设备的种类以及PLC品牌在不断增加，由于不同厂家所提供的现场设备的通讯机制并不尽相同，计算机监控系统软件需要开发的硬件设备通信驱动程序也就越来越多，造成了硬件通讯驱动程序需要不断开发的现象，并且一些老设备还不提供通讯接口，因此如何实现整个车间数据集成，成为各个企业的难题。

传统的制剂车间设备集成方式多采用统一集成到大型DCS内，大型DCS需要通过硬接线或只能通讯部分设备，通讯存在以下几个弊端：①许多通讯协议不支持，不能保证整个车间的数据完整；②通讯设备数量和通讯数据量存在限制；③通讯需要硬件模块支持，需要专用的通讯模块；④在DCS和PLC两侧都需要进行大量编程，增加了工作量，加大设备负荷；⑤存在数据丢失、不稳定、反应速度慢等问题，不能准确反应车间的设备运行情况。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种中药制剂设备集成系统，其针对制药行业专业开发，适应于车间不同品牌设备集成，通过驱动安装模式支持不同品牌PLC设备的通讯，并支持开发新的驱动，只需要PLC厂家提供通讯规约即可，同时可将实时采集的数据集成至各种HMI人机界面内，大大提高了设备集成的容量、效率和响应能力。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种中药制剂设备集成系统，其包括：

上层系统，其包括终端显示设备；

中层系统，其包括服务器以及分别被配置于所述服务器的集成软件模块、数据库模块和HMI模块；

下层系统，其包括多个设备单元以及设备控制模块；

其中，所述上层系统与所述中层系统之间通过终端网络进行通信连接，所述中层系统与所述下层系统之间通过系统网络进行通信连接。

优选的是，其中，所述中层系统通过基于以太网的OPC技术实现与下层系统的通信连接，其提供了一个统一的通讯标准，不同厂商只要遵循OPC技术标准就可以实现软硬件的互操作性和适应性。

优选的是，其中，所述集成软件模块包括分别与所述多个设备单元相对应的多个设备驱动子模块，所述设备单元和设备驱动子模块通过分别被分配相同的波特率、奇偶校验和通讯地址来实现通讯连接。

优选的是，其中，所述中层系统配置有可响应请求例外命令的防火墙，也就是默认情况下，防火墙将阻止外部“未被请求”的连接通过网络，而管理员可以在规则之外设置特定的应用程序或端口来响应外部“未被请求”的连接。

优选的是，其中，所述请求例外命令包括允许的端口或者应用程序，即防火墙的例外可被归入两种层次的情况，一是应用程序层次，二是端口与协议层次。前者可设置特定的程序来对“未被请求”的连接进行响应，后者可设置特定的TCP或UDP端口来允许相应的通信。

优选的是，其中，所述端口为TCP或UDP端口，以建立和实现网络传输服务。

优选的是，其中，所述集成软件模块和所述数据库模块均为冗余设置，以提高系统的可靠性。

优选的是，其中，多个设备单元包括中药制剂制备过程中中常见的比如发酵设备、灭菌柜、灌装机、压片机和包装设备等设备。

优选的是，其中，所述多个设备驱动子模块分别采集对应的多个设备单元的实时数据，并将所述实时数据实时传输至数据库模块，为所有管理功能和流程界面管理提供数据基础和依据。

优选的是，其中，所述HMI模块被配置为实时读取所述数据库模块中的数据并以图形、报表或趋势等多样化的形式在终端显示设备中进行显示，为用户提供最直观的数据分析。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明可以有效解决制剂车间设备集成的多样化问题，通过驱动程序的导入及编写，最大可将1000台不同品牌或型号的通讯设备统一集成到服务器上，通讯数据量达100M/s，通讯响应时间在10ms以内，大大提高了设备集成的数据量和速率。

(2)本发明借助HMI系统，可实时监控药品生产线状况，随时调取企业生产各环节实时在线监控画面，确保按照GMP规范要求，对所有关键环节的数据监控全方位覆盖。

(3)本申请文件通过建立生产工艺信息数据库和生产质量信息数据库，完成全车间生产数据库的建立和存储，可实现数据连续压缩存储5年以上，数据规模10000点以上，客户端单点查询速度20万条记录/秒，并具有数据冗余备份管理功能，提高了提升生产记录的可追溯性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明一个实例中药制剂设备集成系统的框架图；

图2为本发明另一实例服务器中集成软件未连接设备时的操作界面图；

图3为本发明另一实例中服务器中集成软件连接设备后的操作界面图；

图4为本发明另一实例中集成软件模块中多个设备驱动子模块的选择界面图；

图5为本发明另一实例中在集成软件中对设备的参数进行设置的操作界面图；

图6为本发明另一实例中在集成软件中对连接设备读取数据的界面图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

图1示出了根据本发明的一种实现形式，其包括：

上层系统，其包括终端显示设备，例如客户端、看板、大屏幕等，其中客户端用于放置中控室，操作人员可进行标准操作；看板放置于现场或制剂车间走廊，用于观看生产和设备状态；大屏幕放置于中控室大屏幕，用于参观和指导，但不限于此；

中层系统，其包括服务器以及分别被配置于所述服务器的集成软件模块、数据库模块和HMI模块；

下层系统，其包括多个设备单元以及设备控制模块，其中，所述设备控制模块为PLC或DCS系统，但不限于此；

其中，所述上层系统与所述中层系统之间通过终端网络进行通信连接，所述中层系统与所述下层系统之间通过系统网络进行通信连接。并且，该通信连接可以通过多种实现形式来实现，例如通过服务器设置双网卡，配置好固定IP地址，一个连接上层终端网络，客户端通过该网络读取服务器数据，另一个连接下层系统网络，服务器通过该网络读取现场的设备数据，服务器配置：4核，冗余双电源，2个千兆网卡，内存16G*2，2块1T硬盘，win2008server正版。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求实施三层系统之间不同的通讯连接方式。

在这种技术方案中，通过将车间各独立的设备进行集成，可实现制剂车间各品牌PLC数据的实时采集与存储，并上传至终端显示设备的各种HMI人机界面内，用户可以在中控室即可监控全厂的生产运行状况，包括每一台设备的状态，从而实现了用户在操作终端上对生产的实时监控与管理。

在另一实例中，所述中层系统通过基于以太网的OPC技术实现与下层系统的通信连接。OPC技术可建立一组符合产业控制要求的接口规范，将现场信号按照同一的标准与SCADA、HMI等软件无缝连接起来，只要硬件开发商提供带有OPC接口的服务器，任何支持OPC接口的客户程序均可采用同一的方式存取这些设备，无须重复开发驱动程序，大大提高了控制系统的互操纵性和适应性。

若下层系统中的设备已有以太网接口，且支持OPC通讯的，直接即可实现通讯连接，进行读取数据。若部分设备没有以太网接口，或支持OPC通讯，则采用如下办法对设备进行改造：

(1)已有485/422/232等通讯接口的，通过接口转换为以太网并通讯；

(2)无通讯接口的，但支持OPC通讯的，增加以太网接口模块并通讯；

(3)其它设备，改造PLC，并增加以太网接口模块。

在另一实例中，所述集成软件模块包括分别与所述多个设备单元相对应的多个设备驱动子模块，所述设备单元和设备驱动子模块通过分别被分配相同的波特率、奇偶校验和通讯地址来实现通讯连接。

服务器安装集成软件、HMI服务器软件和SQL SERVER 2008数据库软件后，参照图2～图6，可在集成软件内对设备进行设备、变量组态，打开集成软件，选择增加设备，系统弹出对话框，选择对应PLC驱动(如：西门子，欧姆龙等)，设置通讯设备名称，波特率、奇偶校验和通讯地址，点击确定，添加设备成功，然后右击设备名添加变量组/变量，根据设备厂家提供的变量表，规划好变量名，添加变量成功，此时可以保存，启动连接，测试读取数据，读取数据成功。

继续添加其他设备，重复以上步骤即可，通讯过程中应注意设置正确，否则容易造成通讯失败，同时要规划好设备管理，每台设备分配好IP，变量名做好规划，方便于后期的维护、查询。如果集成软件中没有需要连接的设备单元所对应的驱动子模块，则需要设备厂家提供通讯规约，然后进行驱动程序编写，编写完成后，在软件上添加该驱动，添加驱动成功后，按正常添加设备方法即可。

数据读取成功后，需要将数据展示在HMI软件上，在服务器HMI软件上做流程组态、画面编辑、报表编辑、报警编辑、趋势组态、权限管理等设置，设置完成后，启动系统，并发布系统，服务器设置完成，此时在上层终端上就可以看到服务器上组态好的画面、报表、趋势，实现设备集成监控。

服务器集成上百台设备，数据采集、数据存储量也是非常大，通过建立生产工艺信息数据库和生产质量信息数据库，完成全车间生产数据库的建立和存储，数据存储主要实现功能：

(1)数据连续压缩存储5年以上；

(2)数据规模10000点以上；

(3)客户端单点查询速度20万条记录/秒；

(4)生产数据自动汇总分析计算；

(5)数据冗余备份管理功能。

数据库包括生产管理相关的关系数据表结构、数据存储过程及存储数据记录，生产工艺控制相关的实时数据，包含各工段设备状态、实时数据、历史曲线等工艺生产数据，质量检测相关数据以及生产管理数据，是所有管理功能和流程界面管理的数据基础和依据。

在另一实例中，所述中层系统配置有可响应请求例外命令的防火墙，也就是默认情况下，防火墙将阻止外部“未被请求”的连接通过网络，而管理员可以在规则之外设置特定的应用程序或端口来响应外部“未被请求”的连接。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者的需求实施防火墙的不同态样。

在另一实例中，所述请求例外命令包括允许的端口或者应用程序，即防火墙的例外可被归入两种层次的情况，一是应用程序层次，二是端口与协议层次。前者可设置特定的程序来对“未被请求”的连接进行响应，后者可设置特定的TCP或UDP端口来允许相应的通信。在本实例中，为了使OPC程序可以通过DCOM正常工作，必须在这两个层次上都进行设置。

上述实例中，所述端口为TCP或UDP端口，以建立和实现网络传输服务。

并且在上述实例中，WINDWOS SERVER在DCOM安全方面进行了一些增强。在SERVER中，若要通过网络使用OPC，应该注意到以下两个方面的问题：一是用户可以通过“激活和访问权限”对话框对使用DCOM的应用程序的“限制权限”进行配置；二是在“激活和访问权限”中定义的每个用户，其本地和远程访问权限可以进行分别配置。

关于“激活和访问权限”：启动权限定义了谁可以本地或远程激活(或启动)基于COM的应用程序(比如OPC Server程序)；访问权限定义了谁可以对已经启动起来的程序进行访问。

默认情况下，WINDOWS SERVER不允许经由网络的OPC通信。为了使基于DCOM的OPC应用程序可以通过网络工作，用户应该被给予OPC Server和OPC Client的远程激活和访问权限。

在另一实例中，所述集成软件模块和所述数据库模块均为冗余设置，以提高系统的可靠性。

在另一实例中，其中，多个设备单元包括中药制剂制备过程中中常见的比如发酵设备、灭菌柜、灌装机、压片机和包装设备等设备，每台设备通过一根网线连接到系统网络内，并分配IP地址、波特率、奇偶校验等参数，这些参数需要设备厂家提供，同时提供通讯地址表。

在另一实例中，所述多个设备驱动子模块分别采集对应的多个设备单元的实时数据，并将所述实时数据实时传输至数据库模块，为所有管理功能和流程界面管理提供数据基础和依据。

在另一实例中，所述HMI模块被配置为实时读取所述数据库模块中的数据并以图形、报表或趋势等多样化的形式在终端显示设备中进行显示，为用户提供最直观的数据分析。

在上述实例中，HMI同时提供报表功能，通过对提取生产各品种生产过程数据、生产状态、设备状态、故障信息、批次数据、操作记录等实时采集、归档、存储、统计、汇总、分析；不仅能满足制药行业GMP的要求，而且通过对这些数据的整理，可以分析产品质量，提高工艺水平、优化生产、提高生产效率，并连续保存三年以上的历史数据。

同时各个设备的报警信息也将集成到电脑界面中，因此对报警信息的有效管理是非常重要的，发生事故后若不能及时发现并排除将会造成极大的经济损失，这对系统的报警及追忆功能要求很高。报警事件检测平台检测判断，将数据转换为状态，不但对当前的状态进行分析，还可预测出未来一定时间内是否有故障的趋势，真正实现见微知著的作用。系统在检测到异常后可通过声光、语音、短信等多种方式发出报警。

这里说明的模块数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的中药制剂设备集成系统的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

如上所述，根据本发明，

(1)本专利技术应用于车间为企业信息化建设打下了坚实的基础，可为信息化系统提供最底层的完整数据，可以有效解决制剂车间设备集成的多样化问题，通过驱动程序编写及导入，适配各种信号PLC和单片机，只需设备厂家提供参数地址，本专利可完美识别数据，并按标准格式导出，统一集成到服务器上，将制剂车间所有设备统一集成到中控室，中控室人员实现远程监控，实时了解车间生产情况。

(2)推动企业各业务系统的信息化综合集成，建立现代化的经营管理体系，完善各业务系统单项信息化应用(生产、计划、质量、设备、营销、供应链、财务、人力资源、安全等)，实现企业核心业务(产、供、销)综合集成，实现企业各业务系统(企业资源计划系统ERP、财务管理系统FCM、供应链管理系统SCM等)的综合集成，建立现代化的经营管理体系。

(3)提高产品批间稳定性：通过对生产批次进行生产计划指定、生产计划下达及生产计划跟踪等管理模块，实现医药生产批次化管理；

(4)确保生产数据的完整性：通过应用符合GMP规范的计算机管理系统以及自动控制系统，有计划分步骤实现生产数据的自动采集和监测，通过计算机系统进行高效、准确、完整的数据汇总和分析处理，逐步避免传统手工记录方式容易产生的生产数据滞后、缺失及出错等问题；

(5)提升生产记录可追溯性：应用生产自动化控制系统及生产制造执行系统软件，对批次、品名、时间、生产设备号、操作人员等医药生产数据进行实时、完整、准确的全面记录，并实现逆向检索生产数据的过程，可以还原各个生产环节的生产状态，使生产者能分析出产品质量缺陷的原因，同时通过数据追溯功能使生产者清楚了解实际的生产状态，为改善提高生产提供数据依据；

(6)动态监测：借助HMI系统，实时监控药品生产线状况，随时调取企业生产各环节实时在线监控画面，确保按照GMP规范要求，对所有关键环节的数据监控全方位覆盖；

(7)节能环保：将生产过程自动化及管理系统的信息化应用到药品生产环节当中，具有显著的节能效果，同时提高生产过程物料流转的一次成功性，减少了药品生产的中间环节，杜绝了产品在生产流动环节的浪费；

(8)提升市场竞争力：通过信息化系统、先进制药装备及其自动化控制技术的应用，确保了生产合规，提高了产品的技术水平，实现了产品质量和产量的大幅提高，提高产品的市场竞争力。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种中药制剂设备集成系统，其特征在于，包括：

上层系统，其包括终端显示设备；

中层系统，其包括服务器以及分别被配置于所述服务器的集成软件模块、数据库模块和HMI模块；

下层系统，其包括多个设备单元以及设备控制模块；

其中，所述上层系统与所述中层系统之间通过终端网络进行通信连接，所述中层系统与所述下层系统之间通过系统网络进行通信连接。

2.如权利要求1所述的中药制剂设备集成系统，其特征在于，所述中层系统通过基于以太网的OPC技术实现与下层系统的通信连接。

3.如权利要求2所述的中药制剂设备集成系统，其特征在于，所述集成软件模块包括分别与所述多个设备单元相对应的多个设备驱动子模块，所述设备单元和设备驱动子模块通过分别被分配相同的波特率、奇偶校验和通讯地址来实现通讯连接。

4.如权利要求1所述的中药制剂设备集成系统，其特征在于，所述中层系统配置有可响应请求例外命令的防火墙。

5.如权利要求4所述的中药制剂设备集成系统，其特征在于，所述请求例外命令包括允许的端口或者应用程序。

6.如权利要求5所述的中药制剂设备集成系统，其特征在于，所述端口为TCP或UDP端口。

7.如权利要求1所述的中药制剂设备集成系统，其特征在于，所述集成软件模块和所述数据库模块均为冗余设置。

8.如权利要求1所述的中药制剂设备集成系统，其特征在于，多个设备单元包括发酵设备、灭菌柜、灌装机、压片机和包装设备。

9.如权利要求1所述的中药制剂设备集成系统，其特征在于，所述多个设备驱动子模块分别采集对应的多个设备单元的实时数据，并将所述实时数据实时传输至所述数据库模块。

10.如权利要求1所述的中药制剂设备集成系统，其特征在于，所述HMI模块被配置为实时读取所述数据库模块中的数据并以图形、报表或趋势的形式在终端显示设备中进行显示。