CN112696787A - 一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统及方法，涉及工业自动化智能监控技术领域，包括数据感知采集系统、执行控制系统、网络通信系统和智能处理系统，不仅可实现环境数据的实时采集和秒级数发布具有高度的扩展性和通用性，现场机组设备和环境参数的三维动态全景呈现及信息推送发布，实现车间环境的自动精准控制，环境相关设备的高效管理，使之完全满足GMP标准的环境自动控制及监控要求将信息化、集成化、高性能化进行渗透融合，形成实时化、自动化、数据可视化的药剂车间环境智能监控和调控，满足药剂生产企业质量管理的高标准与高要求，降低药品制备过程中污染风险,确保持续稳定地提供符合预定用途药品的生产环境的问题。

Description

一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统及方法

技术领域

本发明涉及工业自动化智能监控技术领域，具体涉及一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统及方法。

背景技术

随着医药技术领域的不断进步，药品质量要求也越来越严格，国家药品监督管理局指出将药品质量安全生产贯穿于药品监管的整个建设过程，对药品生产车间的监控提出了更高的要求。

现有的专利中，申请号：201910261923.5，具体公开了，一种纺织车间空调系统PLC自动控制方法，主要从现场传感器等硬件方面搭建角度，通过车间温湿度传感器读取现场参数，传至PLC控制系统中，通过PLC进行各项数据分析计算，最后控制空调系统的运行。

申请号：201710696843.3，具体公开了，一种制药车间洁净空调自控系统，包括PLC控制柜、上位机控制模块、控制机组三部分组成，上位机与控制柜进行连接，控制柜作用于现场空调机组和相应管路，通过PLC控制柜可实现对空调机组，上位机控制模块、蒸汽入口、供水入口和防火控制模块的控制，该申请主要在硬件方面进行描述。

申请号：201510974764.5，具体公开了，一种医用空调自控系统，主要包括了风机组，冷却系统，加热系统，循环系统四个部分组成，功能包含了常规的加热冷却功能，又添加了空气过滤，紫外线杀毒等多项功能，利用循环冷却液进行冷却使得更加环保，安全。

对于现有技术而言，不能满足对药剂信息形成实时化、数据可视化和自动化的信息监控与调控，随着制药技术的不断发展壮大，我国对药企生产环境的规范化要求也逐渐提高，但总体来说，目前在面对分散的厂房和庞大的控制系统组成仍具有一定局限性，无法满足目前的需求，还主要表现在下述的几个方面：

1.未能考虑到自洁净的工作模式，导致日积月累内部污垢沉积，未能达到整体节能降耗；

2.温湿度耦合严重，控制的稳定性和抗干扰能力差，控制精度不高；

3.采用固有的二维组态软件Wicc进行界面组态，存在界面单一、灵活度不高的问题；

4.车间环境信息单纯以统计图表形式展示，人机交互体验差，无法利用实时可视信息实现厂房环境分布形态、机组状态的实时精准掌握和调整配置。

对于上述问题而言，消灭药剂生产污染隐患，保证药剂质量一致性和时效性，实现药品行业全面质量管理刻不容缓。

因此如何解决上述问题，是药剂生产企业亟需的。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统及方法，将信息化、集成化、高性能化进行渗透融合，形成实时化、自动化、数据可视化的药剂车间环境智能监控和调控，以满足国家对药剂生产企业质量管理的高标准与高要求，降低药品制备过程中污染风险,确保持续稳定地提供符合预定用途药品的生产环境的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统，包括：数据感知采集系统，其根据药剂洁净车间现场的环境参数来建立对应的实物设备，根据所述实物设备完成对车间现场环境信息的实时采集；采集的环境信息汇总后通过网络通信系统传输给智能处理系统进行显示和分析；执行控制系统，其包括控制模块和执行装置，通过控制模块下发控制指令于所述执行装置，所述执行装置启停实现对环境参数的调控；网络通信系统，其获取采集的环境信息数据和控制模块的开关量与模拟量信息数据，将获取的数据整合后传输于智能处理系统，所述网络通信系统还接受智能处理系统下发的控制信息，并经由执行控制系统将所述控制信号转换为制信指令传输给数据感知采集系统；智能处理系统，其包括监控显示模块和管理模块，所述监控显示模块显示所述实物设备和所述控制模块、执行装置的三维场景工作状态信息，所述管理模块管控所述实物设备。

在本方案中，通过对其自适应控制策略设计、网络层搭建，形成了数字孪生驱动的药剂洁净车间三维可视化监控系统，不仅可实现环境数据的实时采集和秒级数发布具有高度的扩展性和通用性，现场机组设备和环境参数的三维动态全景呈现及信息推送发布，实现车间环境的自动精准控制，环境相关设备的高效管理，系统具备控制精度高、人机交互灵活、监控粒度广等优点，使之完全满足GMP标准的环境自动控制及监控要求。

优选地，所述实物设备包括：空调机组，其用于调控药剂洁净车间现场温度，其包括：新/回风混合段、表冷段、风机段、均流段、蒸汽加热段、干蒸汽加湿段、中效段和出风段；检测仪，其包括：温度检测仪、湿度检测仪、压力检测仪、压差检测仪和风速检测仪；调节阀执行器，其包括：冷冻水阀、加热水阀和加湿阀；风阀执行器，其包括：新风阀执行器、回风阀执行器、消毒风阀执行器；臭氧发生器，其用于空气消毒杀菌；送风机。

优选地，所述执行控制系统包括：操作面板控制模块，其用于实现对所述实物设备的自动、运行、停止、故障控制；执行机构控制模块，其用于自动或手动控制调节阀执行器、风阀执行器、空调机组和臭氧发生器；自动控制模块，其用于实现生产、消毒和排毒工作模式的切换；温湿度PID控制模块，其用于根据不同模式和参数对冷冻水阀、加热水阀和加湿阀的阀位给定。

本方案中，在自动模式下由自动模式程序控制，手动模式下由可由本地和远程进行控制，手自动切换在实现无扰动的同时可进行实时的运行状态显示；自动控制模式设计了包含生产、消毒、排毒三种工作模式，由现场终端或上位机给定工作模式选择后，触发对应执行机构控制程序，执行机构控制程序逻辑；通过PID模糊自适应调节其阀门开度控制其相应房间温湿度，实现在不同模式及参数下的阀门开度调整。

进一步地，所述网络通信系统包括：总控服务器，其通信连接所述数据感知采集系统，并接受存储汇总的环境信息；OPC服务器，其通过DA驱动程序调取所述总控服务器内的环境信息；数据库服务器，其接受OPC服务器内存储的信息，并对信息进行解析后的实时数据存储在所述数据库服务器中。

本方案中，其中现场的采集模块数据通过TCP/IP协议进行通信连接，存于总控服务员器中以供调用，通过调用OPC DA驱动程序实现对总控服务器的数据调用，通过数据解析后实时数据即可存储于数据库服务器中以支撑控制指挥中心进行最终决策。

进一步地，所述智能处理系统包括：

现场终端模块，其设有登录界面和控制界面，所述登录界面对不同权限设有限制操作，所述控制界面根据房间参数、手动操作、模式选择、趋势查询和参数配置进行监控和配置；可视化监测模块，其用于实现药剂车间洁净环境及生产场景的全息视图和三维可视化远程再现。

在本方案中，可视化监控包括其三维模型的场景管理及设备监控管理两部分，通过现场三维模型与实际现场机组及设备的虚实映射，实现对现场的控制运行、管理信息录入并获取故障诊断结果，同时将维修控制命令通过网络通信层及执行控制层直接下发到实物端进行即使纠偏。

此外本发明还提供一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控方法，包括以下步骤：

S1：获取药剂洁净车间现场的实物设备的开关量输入信号、操作面板控制模块的输出信号、实物设备的模拟量输入信号和实物设备的模拟量输出信号，汇总所述实物设备的开关量输入信号、模拟量输入信号、模拟量输出信号以及操作面板控制模块的输出信号传输于所述执行控制系统；

S2：根据汇总信号建立控制模块和执行装置，通过所述操作面板控制模块实现对所述实物设备的自动、运行、停止、故障控制，通过所述执行机构控制模块实现自动或手动控制调节阀执行器、风阀执行器、空调机组和臭氧发生器，通过所述自动控制模块实现生产、消毒和排毒工作模式的切换，通过温湿度PID控制模块实现不同模式和参数对冷冻水阀、加热水阀和加湿阀的阀位给定，通过所述执行控制系统将汇总数据传输至所述网络通信系统；

S3：将网络通信系统将获取的数据整合后传输于智能处理系统，所述数据库服务器接受OPC服务器内存储的信息，并对信息进行解析后的实时数据存储在所述数据库服务器中，并与所述智能处理系统通信连接；

S4：根据所述智能处理系统内的登录界面实现工作人员的登录权限限制，根据所述控制界面根据房间参数、手动操作、模式选择、趋势查询和参数配置进行监控和配置，通过所述可视化监测模块实现药剂车间洁净环境及生产场景的全息视图和三维可视化远程再现。

进一步地，步骤S1中，还包括步骤：

S11：分别设置采集模块DI、DQ、AI、AQ；

S12：所述DI模块采集空调机组的状态检测信号、送风机压差开关的检测信号、风阀执行器的反馈信号、送风机压差开关的检测信号和风阀执行器的反馈信号；所述DQ模块采集空调机组启停控制信号、控制面板控制信号和风阀执行器控制信号；所述AI模块采集空调机组的变频器反馈信号、风速传感器检测信号、温湿度传感器检测信号、压力传感器检测信号、压差传感器检测信号、调节阀反馈信号；所述AQ模块采集变频器控制信号和调节阀控制信号。

进一步地，步骤S2中，对风阀控制流程，包括以下步骤：

S21：判断未加电状态下风阀是否开关到位，并根据上升沿或下降沿建立触发条件；

S22：若触发成功，定时器进行初始化归位，定时器开始计时，风阀加电运动；

S23：若加电开到位的方向运行，且在定时器时间为开到位时间，则定时器进行关闭风阀断电；若风阀没有开到位，且此时定时器已到达开到位时间代表此次风阀控制出现开到位故障；若关到位加电控制运行且定时器时间为关到位时间，代表风阀已处于关到位控制状态，此时可将定时器进行关闭并风阀断电；如若风阀没有关到位，且此时定时器已到达关到位时间，代表此次风阀控制出现关到位故障。

优选地，所述网络通信系统采用分布式的机组控制和房间控制模式，其设有PLC站，所述PLC站包括处理器和两分布式子系统，所述子系统分别控制的设备为空调机组的外设和空调机组所管理的房间。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统及方法，以自动、安全、高效生产为目的，通过对其自适应控制策略设计、网络层搭建，软硬件集成设计等，形成了数字孪生驱动的药剂洁净车间三维可视化监控系统，不仅可实现环境数据的实时采集和秒级数十万条发布，具有高度的扩展性和通用性，同时摒弃了原有Wicc二维组态方式，改用C/S架构完成现场机组设备和环境参数的三维动态全景呈现及信息推送发布，实现车间环境的自动精准控制，环境相关设备的高效管理，系统具备控制精度高、人机交互灵活、监控粒度广等优点，使之完全满足GMP标准的环境自动控制及监控要求；

2、本发明一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统及方法，针对其供电模式、采集布局、采集对象层次进行了设计和划分，可实现多个制造车间环境的广域数据感知，根据PID模糊自适应温湿度联动的环境控制策略，在温度与湿度共用一个调节阀情况下，即可在不同地域、不同季节实现温湿度自适应灵活调节控制；

3、本发明一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统及方法，通过对风阀、风机状态的控制逻辑设计，实现在自动控制模式下的节能降耗和稳定可靠生产；通过现场实时数据与三维模型的双向沟通和虚拟映射，完成现场机组设备和环境参数的三维动态全景呈现及信息推送发布，实现快速掌控环境状态、精确定位环境异常，提高药剂洁净车间环境管控的效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明实施例中系统整体架构设计图；

图2为本发明实施例中数据感知采集系统设计图；

图3为本发明实施例中控制面板图；

图4为本发明实施例中执行控制系统总体架构图；

图5为本发明实施例中风阀控制流程图；

图6为本发明实施例中风机/臭氧发生器控制流程图；

图7为本发明实施例中生产模式控制流程图；

图8为本发明实施例中排毒模式控制流程图；

图9为本发明实施例中消毒模式控制流程图；

图10为本发明实施例中智能处理系统示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

实施例

如图1所示，本发明一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统，包括:数据感知采集系统，其根据药剂洁净车间现场的环境参数来建立对应的实物设备，根据实物设备完成对车间现场环境信息的实时采集；采集的环境信息汇总后通过网络通信系统传输给智能处理系统进行显示和分析；执行控制系统，其包括控制模块和执行装置，通过控制模块下发控制指令于执行装置，执行装置启停实现对环境参数的调控；网络通信系统，其获取采集的环境信息数据和控制模块的开关量与模拟量信息数据，将获取的数据整合后传输于智能处理系统，网络通信系统还接受智能处理系统下发的控制信息，并经由执行控制系统将控制信号转换为制信指令传输给数据感知采集系统；智能处理系统，其包括监控显示模块和管理模块，监控显示模块显示实物设备和控制模块、执行装置的三维场景工作状态信息，管理模块管控实物设备。

其中，系统存在两个端，虚拟端和实物端，实物端为车间布置的传感器和控制系统及设备，虚拟端则为场景环境和设备的数字化模型。数据感知层通过与控制系统集成，自动获取环境参数、报警代码等数据；执行控制层通过对调用驱动程序并下传控制指令数据到实物端，完成对执行机构、温湿度联动等控制；网络通信层基于PROFINET接口，通过控制层中TCP/IP协议，调用通信驱动程序，将反馈信号和检测信号组成的实时数据以标准格式读入OPC服务器中，并对数据进行解析后存入数据库中；智能决策层基于C/S架构设计，对采集的实时数据进行可视化信息发布和推送，并可针对三维模型的设备工作状态进行监视，对故障进行快速定位和报警，为上层管理层提供反馈式的闭环三维监控模式，大幅度提高药剂生产车间环境监控的敏捷性。

作为上述实施例的优选，如图1与图2所示，实物设备包括：空调机组，其用于调控药剂洁净车间现场温度，其包括：新/回风混合段、表冷段、风机段、均流段、蒸汽加热段、干蒸汽加湿段、中效段和出风段；检测仪，其包括：温度检测仪、湿度检测仪、压力检测仪、压差检测仪和风速检测仪；调节阀执行器，其包括：冷冻水阀、加热水阀和加湿阀；风阀执行器，其包括：新风阀执行器、回风阀执行器、消毒风阀执行器；臭氧发生器，其用于空气消毒杀菌；送风机。

作为上述实施例的优选，如图1与图2所示，执行控制系统包括：操作面板控制模块，其用于实现对实物设备的自动、运行、停止、故障控制；执行机构控制模块，其用于自动或手动控制调节阀执行器、风阀执行器、空调机组和臭氧发生器；自动控制模块，其用于实现生产、消毒和排毒工作模式的切换；温湿度PID控制模块，其用于根据不同模式和参数对冷冻水阀、加热水阀和加湿阀的阀位给定。

需要说明的是，执行控制系统为完成对现场环境参数的执行操作控制，其中面板控制模块设计包含了运行、停止、故障、自动控制四种模式，整体控制运行由触摸屏和上位机关联参数进行参数设定，控制现场人员可实现就地和远程操作及状态查看；执行机构控制针对风阀、调节阀、风机、臭氧发生器四类设计自动和手动两种控制方式，在自动模式下由自动模式程序控制，手动模式下由可由本地和远程进行控制，手自动切换在实现无扰动的同时可进行实时的运行状态显示；自动控制模式设计了包含生产、消毒、排毒三种工作模式，由现场终端或上位机给定工作模式选择后，触发对应执行机构控制程序，执行机构控制程序逻辑；温湿度PID控制针对自动模式下的生产模式中冷冻水阀阀位给定、加热阀阀位给定、加湿阀阀位给定，通过PID模糊自适应调节其阀门开度控制其相应房间温湿度，实现在不同模式及参数下的阀门开度调整。

作为上述实施例的优选，如图1所示，网络通信系统包括：总控服务器，其通信连接数据感知采集系统，并接受存储汇总的环境信息；OPC服务器，其通过DA驱动程序调取总控服务器内的环境信息；数据库服务器，其接受OPC服务器内存储的信息，并对信息进行解析后的实时数据存储在数据库服务器中。。

作为上述实施例的优选，智能处理系统包括：现场终端模块，其设有登录界面和控制界面，登录界面对不同权限设有限制操作，控制界面根据房间参数、手动操作、模式选择、趋势查询和参数配置进行监控和配置；可视化监测模块，其用于实现药剂车间洁净环境及生产场景的全息视图和三维可视化远程再现。

其具体实现方式为：将220V交流总电源供电输出三组，一是给PS电源模块供电，由于PS电源模块自身带有24V直流电源输出，因此在得电时，与CPU进行连接后，CPU得电，通讯模块可与现场终端进行连接为其供电；二是为外部24VDC直流电源供电；三是为24VAC交流电源供电。其次，在24V直流电源得电后，由于带有两组直流电源输出，一是可为采集模块DI/DQ/AI/AQ供电，二是可为空调机组、送风机压差开关、臭氧发生器、控制面板、温湿度传感器、压力传感器、压差传感器等检测仪表供电；AC24V交流电源为风阀执行器、风速传感器及调节阀三类供电。

如图2与图3所示，DI模块设计了五组开关量输入信号，包括空调机组的状态检测信号、送风机压差开关的检测信号(无风检测)、风阀执行器的反馈信号(开到位、关到位2种状态)、控制面板反馈信号(按钮启停)、臭氧发生器检测信号(运行、故障2种状态)；DQ模块设计了三组输出信号，包括空调机组启停控制、控制面板控制信号(自动、运行、停止、故障4种状态)、风阀执行器控制信号(加电、方向2种状态)；AI模块设计了六组模拟量输入信号，包括空调机组的变频器反馈信号、风速传感器检测信号、温湿度传感器检测信号(回风管、送风管、表冷段、冷冻水4类)、压力传感器检测信号(冷水水供水、冷冻水回水、加热蒸汽、加湿蒸汽4类)、压差传感器检测信号(初效过滤器、中效过滤器、高效过滤器3类)、调节阀反馈信号(加热阀阀位反馈、加湿阀阀位反馈、冷冻水阀阀位反馈3类)；AQ模块设计了2组模拟量输出信号，包括变频器控制、调节阀控制信号(加热阀阀位给定、加湿阀阀位给定、冷冻水阀阀位给定3类)。

如图4所示，其中包括对风阀、调节阀、风机、臭氧发生器四类的自动和手动控制模式。当选择自动时，由自动模式程序控制，手动时由外部给定控制，手自动切换需要实现无扰动。执行机构采用文本与图形列表设定方式。

如图4所示，风阀控制状态包含5类，其中0代表停止状态，1代表运行状态，2代表故障状态，3代表开到位，4代表关到位，由图5可知1)初始化过程为：当初始状态当新风阀、回风阀、消毒风阀未加电时，如果此时处于开到位的状态,反馈信号Out_state＝3,关到位状态Out_state＝4；2)触发过程：控制状态进行上升沿或下降沿触发的方式，若触发成功，定时器进行初始化归位，定时器开始计时，风阀加电运动，反馈信号Out_state＝1；3)开到位过程，如果加电开到位的方向运行，且在定时器时间＝开到位时间，则反馈信号Out_state＝3，代表风阀已处于开到位控制状态，此时可将定时器进行关闭并风阀断电；如若风阀没有开到位，且此时定时器已到达开到位时间，则反馈信号Out_state＝2，代表此次风阀控制出现开到位故障；4)关到位过程：如若关到位加电控制运行，且定时器时间＝关到位时间，则反馈信号Out_state＝4，代表风阀已处于关到位控制状态，此时可将定时器进行关闭并风阀断电；如若风阀没有关到位，且此时定时器已到达关到位时间，则反馈信号Out_state＝2，代表此次风阀控制出现关到位故障，风机与臭氧发生器均含有3种状态，其中0代表停止状态，1代表运行状态，2代表故障状态。风机控制执行逻辑如图5所示，其中风机故障优先级最高。1)初始化采用上升沿或下降沿触发形式，如果检测到风机故障信号，则风机启停关闭，且反馈信号Out_state＝2；2)如果风机没有发生故障且检测到风机运行状态信号，则反馈信号Out_state＝1；3)如果既没有检测信号又没有故障信号，则反馈信号Out_state＝0，风机处于停止状态，臭氧发生器控制同理。

如图5、图6、图7、图8与图9所示，自动控制模式每种方式包含3个阶段，一是阀门运行到位的初始化状态，二是风阀到位判定阶段，三是其中消毒模式和排毒模式可通过现场终端和上位机进行时间设定控制，其中生产模式控制流程可分为：1)初始化：新风阀控制运行，回风阀控制运行，消毒风阀控制停止；2)风阀到位判定：新风阀与回风阀开到位，消毒风阀关到位则继续执行风机风阀动作；3)生产模式启动：送风机控制运行，消毒风机控制停止，臭氧发生器停止，送风机频率给定＝参数设置.生产模式转速，冷冻水阀阀位给定＝PID输出值.冷冻水阀开度，加热阀阀位给定＝PID输出值.温度调节加热阀开度，加湿阀阀位给定＝PID输出值.湿度调节加湿阀开度。消毒模式控制流程可分为：1)初始化：新风阀控制停止，消毒风阀控制停止，回风阀控制运行；2)风阀到位判定：新风阀关到位，回风阀开到位，消毒风阀关到位；3)消毒模式启动：定时器计时，送风机控制运行，消毒风机停止，臭氧发生器控制运行，送风机频率给定＝消毒模式转速，定时器到位后，送风机控制停止，臭氧发生器控制停止，控制柜停止运行。排毒模式控制流程：1)初始化：新风阀控制运行，回风阀控制停止，消毒风阀控制启动；2)风阀到位判定：新风阀开到位，回风阀关到位，消毒风阀开到位；3)排毒模式启动：定时器计时，送风机控制运行，消毒风机控制运行，送风机频率给定＝参数设置.排毒模式转速，定时器到位后，送风机控制停止，消毒风机控制停止，控制柜停止运行。上述三种控制模式的故障信号由风阀状态决定，如若出现故障，则流程结束。

PID模糊自适应控制主要针对温度控制与湿度控制共用冷冻水调节阀进行设计考虑，即降温与降湿(除湿)都需通过表冷段的冷冻水调节阀完成的。起降温、降湿作用的表冷段安装位置在空调机组的最前面，而起升温作用的加热段和起加湿作用的加湿段安装在后面。当温湿度中某一个指标超限，则先通过冷冻水阀降温或降湿，再通过加热阀或加湿阀把相应的指标补偿回来，其控制方案如下：

可根据当时季节温湿度调节方式的不同，针对三个阀门的工作状态与组态进行选择，可适用于不同地域、不同季节。工作状态与阀门组态设计如下表1。

	冷冻水阀	加热阀	加湿阀
				只降温	○	●	●
只降湿	○	★①	●
				只升温	●	○	●
只加湿	●	●	○
				降温并降湿	○	★②	●
降温并加湿	○	●	○
				升温并加湿	●	○	○
升温并降湿	○	○	●

表1

因此可根据以上温湿度联动控制方案，针对自动模式下的生产模式中冷冻水阀阀位给定、加热阀阀位给定、加湿阀阀位给定三个值，通过PID调节其阀门开度控制选定房间温湿度。

如图10所示，采用分布式的机组控制和房间控制模式，每个PLC站包含一个主CPU与两个分布式IO子站系统组成。两个子站系统分别控制的设备包括：空调机组上外设(在空调间内)，以及该空调机组所管理的房间，PLC站中CPU、通讯模块及终端具备集成的PROFINET接口，通讯协议转化实现主站和从站之间的数据交换，采用面向连接的TCP/IPv4通讯协议，通过交换机WS01进行机组控制的通讯连接，WS02将分站的房间控制进行通信连接，RJ45接口与工控服务器进行连接，此时通过机房控制端进行数据的实时查看，而此时还不能进行数据的实时存储，因此为支撑上层C/S模式的监控系统，采用了一种OPC通讯协议方式，首先通过远程对象put/get通信访问，调用TCP/IP ETHERNET驱动程序，建立工控服务器中数据源与OPC DA服务器通讯连接，在OPC客户端中通过OPCint翻译来自数据源的数据并存入OPC DA服务器中，通过ODBC创建到数据库的数据源配置，建立用户登录ID和密码进行与数据库的远程通讯验证连接，通过与数据库中所建立的存储表名称即可实现现场数据的传输及实时存储；对于上层系统界面的数据应用，为实现对现场实时数据库的访问。

需要提及的是，智能处理系统主要由客户端及服务端构成，服务端部署有Oracle数据库，客户端通过ODBC数据源进行服务端的数据源访问。在可视化数据方面，基于采集的现场数据，采用JAVA语言进行实时数据的访问，步骤主要如下：1)在Form窗体中搭建控制界面和登录界面，其中控制界面包含各对应机组和房间参数的实时参数监测界面、房间参数监测界面、控制参数设定界面、模式参数设定界面、历史数据查询界面；2)根据预设数据进行序列请求，并将该请求进行序列化处理，通过URL1和URL2请求形式发送给服务端的数据服务插件；3)数据服务解析采用JDBC形式进行实时数据和报警数据访问，数据访问后，将数据打包后与客户端中窗体中的WPF控件进行绑定即可实现实时数据和报警数据的信息展现。在可视化监控方面，基于车间设备及控制模型，采用C#程序进行模型驱动，主要步骤如下：1)通过采用Unity3D开发引擎，创建药剂车间设备及控制FBX三维模型，并导入Unity3D中，2)采用C#语言调用Unity Web Player的SendMessage方法，将对应数据值发送到设备对象的驱动程序GameObject_DataDriven，对象驱动程序收到该数据后，根据数据的不同类型，采用Text、Renderer、Chart等形式实现场景中的三维模型与对应采集数据的映射；3)通过Unity3D调用ExtenalCall发送过来的消息，多场景中的模型数据进行解析，并将数据以多类型标签形式显示在对应模型位置，实现实时驱动和药剂车间环境全景三维呈现。

此外本发明还提供一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控方法，包括以下步骤：

S1：获取药剂洁净车间现场的实物设备的开关量输入信号、操作面板控制模块的输出信号、实物设备的模拟量输入信号和实物设备的模拟量输出信号，汇总实物设备的开关量输入信号、模拟量输入信号、模拟量输出信号以及操作面板控制模块的输出信号传输于执行控制系统；

S11：分别设置采集模块DI、DQ、AI、AQ；

S12：DI模块采集空调机组的状态检测信号、送风机压差开关的检测信号、风阀执行器的反馈信号、送风机压差开关的检测信号和风阀执行器的反馈信号；DQ模块采集空调机组启停控制信号、控制面板控制信号和风阀执行器控制信号；AI模块采集空调机组的变频器反馈信号、风速传感器检测信号、温湿度传感器检测信号、压力传感器检测信号、压差传感器检测信号、调节阀反馈信号；AQ模块采集变频器控制信号和调节阀控制信号。

S2：根据汇总信号建立控制模块和执行装置，通过操作面板控制模块实现对实物设备的自动、运行、停止、故障控制，通过执行机构控制模块实现自动或手动控制调节阀执行器、风阀执行器、空调机组和臭氧发生器，通过自动控制模块实现生产、消毒和排毒工作模式的切换，通过温湿度PID控制模块实现不同模式和参数对冷冻水阀、加热水阀和加湿阀的阀位给定，通过执行控制系统将汇总数据传输至网络通信系统；

S21：判断未加电状态下风阀是否开关到位，并根据上升沿或下降沿建立触发条件；

S22：若触发成功，定时器进行初始化归位，定时器开始计时，风阀加电运动；

S23：若加电开到位的方向运行，且在定时器时间为开到位时间，则定时器进行关闭风阀断电；若风阀没有开到位，且此时定时器已到达开到位时间代表此次风阀控制出现开到位故障；若关到位加电控制运行且定时器时间为关到位时间，代表风阀已处于关到位控制状态，此时可将定时器进行关闭并风阀断电；如若风阀没有关到位，且此时定时器已到达关到位时间，代表此次风阀控制出现关到位故障；

S3：将网络通信系统将获取的数据整合后传输于智能处理系统，数据库服务器接受OPC服务器内存储的信息，并对信息进行解析后的实时数据存储在数据库服务器中，并与智能处理系统通信连接；

S4：根据智能处理系统内的登录界面实现工作人员的登录权限限制，根据控制界面根据房间参数、手动操作、模式选择、趋势查询和参数配置进行监控和配置，通过可视化监测模块实现药剂车间洁净环境及生产场景的全息视图和三维可视化远程再现。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统，其特征在于，包括：

数据感知采集系统，其根据药剂洁净车间现场的环境参数来建立对应的实物设备，根据所述实物设备完成对车间现场环境信息的实时采集；采集的环境信息汇总后通过网络通信系统传输给智能处理系统进行显示和分析；

执行控制系统，其包括控制模块和执行装置，通过控制模块下发控制指令于所述执行装置，所述执行装置启停实现对环境参数的调控；

网络通信系统，其获取采集的环境信息数据和控制模块的开关量与模拟量信息数据，将获取的数据整合后传输于智能处理系统，所述网络通信系统还接受智能处理系统下发的控制信息，并经由执行控制系统将所述控制信号转换为制信指令传输给数据感知采集系统；

智能处理系统，其包括监控显示模块和管理模块，所述监控显示模块显示所述实物设备和所述控制模块、执行装置的三维场景工作状态信息，所述管理模块管控所述实物设备。

2.根据权利要求1所述的一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统，其特征在于，所述实物设备包括：

空调机组，其用于调控药剂洁净车间现场温度，其包括：新/回风混合段、表冷段、风机段、均流段、蒸汽加热段、干蒸汽加湿段、中效段和出风段；

检测仪，其包括：温度检测仪、湿度检测仪、压力检测仪、压差检测仪和风速检测仪；

调节阀执行器，其包括：冷冻水阀、加热水阀和加湿阀；

风阀执行器，其包括：新风阀执行器、回风阀执行器、消毒风阀执行器；

臭氧发生器，其用于空气消毒杀菌；

送风机。

3.根据权利要求2所述的一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统，其特征在于，所述执行控制系统包括：

操作面板控制模块，其用于实现对所述实物设备的自动、运行、停止、故障控制；

执行机构控制模块，其用于自动或手动控制调节阀执行器、风阀执行器、空调机组和臭氧发生器；

自动控制模块，其用于实现生产、消毒和排毒工作模式的切换；

温湿度PID控制模块，其用于根据不同模式和参数对冷冻水阀、加热水阀和加湿阀的阀位给定。

4.根据权利要求1所述的一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统及方法，其特征在于，所述网络通信系统包括：

总控服务器，其通信连接所述数据感知采集系统，并接受存储汇总的环境信息；

OPC服务器，其通过DA驱动程序调取所述总控服务器内的环境信息；

数据库服务器，其接受OPC服务器内存储的信息，并对信息进行解析后的实时数据存储在所述数据库服务器中。

5.根据权利要求1所述的一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统，其特征在于，所述智能处理系统包括：

现场终端模块，其设有登录界面和控制界面，所述登录界面对不同权限设有限制操作，所述控制界面根据房间参数、手动操作、模式选择、趋势查询和参数配置进行监控和配置；

可视化监测模块，其用于实现药剂车间洁净环境及生产场景的全息视图和三维可视化远程再现。

6.使用权利要求1-6中任意一项所述的一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控系统的药剂洁净车间全景三维可视化智能监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取药剂洁净车间现场的实物设备的开关量输入信号、操作面板控制模块的输出信号、实物设备的模拟量输入信号和实物设备的模拟量输出信号，汇总所述实物设备的开关量输入信号、模拟量输入信号、模拟量输出信号以及操作面板控制模块的输出信号传输于所述执行控制系统；

S2：根据汇总信号建立控制模块和执行装置，通过所述操作面板控制模块实现对所述实物设备的自动、运行、停止、故障控制，通过所述执行机构控制模块实现自动或手动控制调节阀执行器、风阀执行器、空调机组和臭氧发生器，通过所述自动控制模块实现生产、消毒和排毒工作模式的切换，通过温湿度PID控制模块实现不同模式和参数对冷冻水阀、加热水阀和加湿阀的阀位给定，通过所述执行控制系统将汇总数据传输至所述网络通信系统；

S3：将网络通信系统将获取的数据整合后传输于智能处理系统，所述数据库服务器接受OPC服务器内存储的信息，并对信息进行解析后的实时数据存储在所述数据库服务器中，并与所述智能处理系统通信连接；

S4：根据所述智能处理系统内的登录界面实现工作人员的登录权限限制，根据所述控制界面根据房间参数、手动操作、模式选择、趋势查询和参数配置进行监控和配置，通过所述可视化监测模块实现药剂车间洁净环境及生产场景的全息视图和三维可视化远程再现。

7.根据权利要求6所述的一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括步骤：

S11：分别设置采集模块DI、DQ、AI、AQ；

S12：所述DI模块采集空调机组的状态检测信号、送风机压差开关的检测信号、风阀执行器的反馈信号、送风机压差开关的检测信号和风阀执行器的反馈信号；所述DQ模块采集空调机组启停控制信号、控制面板控制信号和风阀执行器控制信号；所述AI模块采集空调机组的变频器反馈信号、风速传感器检测信号、温湿度传感器检测信号、压力传感器检测信号、压差传感器检测信号、调节阀反馈信号；所述AQ模块采集变频器控制信号和调节阀控制信号。

8.根据权利要求6所述的一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控方法，其特征在于，在步骤S2中，对风阀控制流程，包括以下步骤：

S21：判断未加电状态下风阀是否开关到位，并根据上升沿或下降沿建立触发条件；

S22：若触发成功，定时器进行初始化归位，定时器开始计时，风阀加电运动；

S23：若加电开到位的方向运行，且在定时器时间为开到位时间，则定时器进行关闭风阀断电；若风阀没有开到位，且此时定时器已到达开到位时间代表此次风阀控制出现开到位故障；若关到位加电控制运行且定时器时间为关到位时间，代表风阀已处于关到位控制状态，此时可将定时器进行关闭并风阀断电；若若风阀没有关到位，且此时定时器已到达关到位时间，代表此次风阀控制出现关到位故障。

9.根据权利要求6所述的一种药剂洁净车间全景三维可视化智能监控方法，其特征在于，所述网络通信系统采用分布式的机组控制和房间控制模式，其设有PLC站，所述PLC站包括处理器和两分布式子系统，所述子系统分别控制的设备为空调机组的外设和空调机组所管理的房间。

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