在生物制药行业智能化转型进程中，工业自动化与工业物联网的深度融合是保障疫苗生产质量、提升效率的核心。生物疫苗生产对发酵、纯化、灌装等工艺的参数精度和实时监控要求极高，本文结合实际项目，详细阐述罗克韦尔ControlLogix PLC（EtherNet/IP主站）与倍福PLC（EtherCAT主站）的互联方案，通过塔讯TX161-RE-ECS/EIS网关（物联网网关/智能网关/工业网关）实现总线协议互通与数据采集器功能落地，精准管控全流程工艺参数，为同类车间智能化升级提供参考。
一、案例背景
本案例应用于某国家级生物疫苗生产基地核心车间，该车间承担疫苗发酵、纯化、灌装等核心任务，年产能数千万剂，严格遵循GMP规范，保持恒温恒湿无菌环境。随着市场需求增长，原有控制系统的局限性凸显，成为产能提升的瓶颈。
车间采用双PLC主站架构：罗克韦尔ControlLogix PLC（EtherNet/IP主站）负责发酵工段参数监控调节及纯化工段调度，是工业自动化核心中枢；倍福PLC（EtherCAT主站）负责灌装工段精准控制及设备状态采集。
项目实施前核心痛点：一是两种总线协议不兼容，无法直接互通，发酵参数无法实时同步至灌装工段，易出现质量问题；二是缺乏专业工业网关与数据采集器，工业物联网体系未搭建，数据采集依赖人工，存在滞后、遗漏，无法满足GMP追溯要求；三是工艺管控粗放、故障排查低效、人工成本高，制约生产效能。
为解决上述问题，项目引入塔讯TX161-RE-ECS/EIS网关，通过其协议转换与数据采集功能，实现双PLC互通及全流程管控，提升生产质量与效率。
核心需求：实现双PLC双向数据互通，完成协议转换；通过数据采集器功能采集全流程数据，上传至工业物联网监控平台；优化工艺联动，建立追溯体系，提升疫苗合格率与生产效率。
二、协议转换网关的功能简介
塔讯TX161-RE-ECS/EIS网关是适配工业自动化复杂场景的高性能工业网关/智能网关，兼具物联网网关特性与数据采集器功能，专为疫苗车间高要求环境优化，核心功能如下：
（一）专属协议双向转换功能
核心能力为EtherNet/IP从站转EtherCAT从站双向协议转换，精准适配双PLC通讯需求，可实现罗克韦尔PLC指令与倍福PLC反馈数据的双向转换，彻底解决总线协议壁垒，支撑工业自动化协同控制。
（二）全维度数据采集与上传功能
作为专业数据采集器，可采集双PLC运行状态、各工段核心参数及设备故障信息，通过工业以太网上传至工业物联网监控平台，数据存储周期不低于3年，满足GMP追溯要求，为工艺优化提供支撑。
（三）设备监控与异常预警功能
可实时监控自身及关联设备运行状态与通讯稳定性，当出现参数异常、设备故障或通讯中断时，立即触发预警并通过多渠道通知管理人员，降低生产风险，避免疫苗报废。
（四）工业级高稳定性设计
采用工业级硬件架构，具备抗电磁干扰、宽温适应（-40℃~85℃）、IP65防尘防水等特性，适配车间复杂环境；支持断点续传，确保数据采集完整连续。
（五）灵活配置与远程运维功能
支持Web端、手机APP远程配置管理，可调整协议转换规则、采集频率，降低运维成本；接口丰富，可灵活扩展，适配车间后续产能扩张与工艺升级，助力工业自动化与工业物联网深度融合。
三、案例结构拓扑图
四、解决方案
针对项目核心痛点，结合工业自动化与工业物联网融合需求，制定以塔讯网关为核心的解决方案，实现全流程精准管控，满足GMP要求。核心思路：以网关为协议转换与数据中转核心，实现双PLC互通；依托数据采集器功能搭建监控体系；优化工艺逻辑，实现工段联动与参数闭环控制。
（一）硬件部署方案
1.核心设备部署：中控室机柜部署塔讯网关（数据采集器与通讯枢纽），发酵、灌装工段分别安装对应PLC，服务器机房部署工业物联网监控平台服务器。
2.通讯链路搭建：罗克韦尔PLC与网关通过工业级屏蔽以太网建立EtherNet/IP连接，倍福PLC与网关建立EtherCAT连接，确保通讯稳定、低延迟、无丢包。
3.现场设备连接：传感器连接至罗克韦尔PLC与网关，灌装、检测设备连接至倍福PLC，声光报警器与网关联动，保障异常预警及时响应。
（二）协议转换方案
1.网关EtherNet/IP接口配置：设为主站模式，与罗克韦尔PLC配对，配置通讯参数，映射发酵、纯化指令至网关数据区。
2.网关EtherCAT接口配置：设为主站模式，与倍福PLC配对，将罗克韦尔PLC指令转换为EtherCAT协议，下发至灌装设备。
3.双向数据反馈：将倍福PLC采集的灌装数据转换为EtherNet/IP协议反馈至罗克韦尔PLC，实现双PLC数据互通与工艺联动。
（三）数据采集与监控方案
1.采集配置：明确采集范围，设置1秒/次采集频率，配置数据过滤规则，确保数据实时准确。
2.传输与存储：数据实时上传至监控平台，存储周期不低于3年，网关支持72小时本地缓存，避免数据丢失。
3.可视化监控与预警：平台按工段展示参数趋势与设备状态，设置预警阈值，异常时多渠道通知管理人员，支持参数追溯与分析。
（四）工艺控制逻辑优化方案
1.联动控制：罗克韦尔PLC根据发酵参数生成灌装建议值，通过网关传输至倍福PLC，实现工段无缝衔接。
2.闭环控制：网关采集各工段实际参数反馈至双PLC，实现参数自动调整，确保管控精准。
3.应急控制：出现严重异常时，网关触发预警，双PLC联动停机，故障排除后可远程恢复生产，同步记录追溯信息。
五、实施配置过程描述
本项目实施严格遵循“前期准备→硬件部署→通讯调试→协议转换配置→数据采集配置→监控平台部署→系统联调→试运行→验收交付”流程，全程符合GMP管理规范。具体步骤如下：
（一）前期准备
设备清点与检查：逐一清点罗克韦尔ControlLogix PLC、倍福PLC、塔讯TX161网关、发酵罐、灌装设备及传感器，检查外观接口并进行通电测试；准备调试工具（工业级屏蔽网线、调试电脑等）与软件（RSLogix 5000、TwinCAT、网关配置软件）。
现场环境确认：确认中控室、机房安装位置及电源网络环境，确保温度18-25℃、湿度40%-60%，符合工业级与GMP要求；规划通讯线路铺设路径，避开生产区与无菌区，采用隐蔽式铺设。
参数规划：提前规划IP地址、子网掩码，避免通讯冲突；制定协议转换规则、数据采集点及工艺参数预警阈值，结合GMP要求设计数据追溯方案。
（二）硬件部署与接线
设备安装：网关固定于中控室机柜，罗克韦尔PLC安装于发酵工段控制柜，倍福PLC安装于灌装工段控制柜；现场设备按工艺要求精准安装。通讯接线：采用屏蔽网线连接罗克韦尔PLC与网关（EtherNet/IP）、倍福PLC与网关（EtherCAT），做好接地与标识；检查电源供电，确保电压稳定。
现场设备接线：传感器连接至罗克韦尔PLC与网关DI/DO接口，灌装、密封检测设备连接至倍福PLC，声光报警器接入网关；全面检查接线正确性，确保运行安全。
（三）通讯调试
设备通讯测试：通过RSLogix 5000、TwinCAT及网关配置软件，分别测试与罗克韦尔PLC、倍福PLC、网关的通讯状态，确保参数读取与修改正常。
网关与双PLC通讯测试：配置网关EtherNet/IP接口参数与罗克韦尔PLC匹配，确认通讯正常；配置EtherCAT接口与倍福PLC配对，确保链路畅通无丢包。
（四）协议转换配置
EtherNet/IP从站配置：将网关EtherNet/IP接口设为从站模式，配置通讯周期（1秒/次）及数据映射规则，将罗克韦尔PLC的工艺指令映射至网关数据区。
EtherCAT从站配置：将网关EtherCAT接口设为从站模式，配置从站地址与通讯周期，与倍福PLC主站配对；设置双向协议转换规则，确保指令与反馈数据双向互通。
协议转换测试：通过罗克韦尔PLC下发发酵温度调整指令，验证网关转换后倍福PLC能否正确接收；模拟灌装设备数据反馈，确认罗克韦尔PLC可正常获取，确保双向转换功能正常。
（五）数据采集与监控配置
采集点配置：在网关中添加采集点，分别采集罗克韦尔PLC（发酵温度、pH值）、倍福PLC（灌装剂量、密封合格率）及传感器（溶氧量）数据，采集频率设为1秒/次。
数据处理与过滤：配置数据过滤规则，剔除无效数据，设置阈值标记异常值；配置本地存储与实时上传策略，确保数据可追溯。
监控平台配置：部署工业物联网监控平台，与网关建立连接；搭建可视化界面，按工段分区展示数据，设置工艺参数预警阈值及短信/邮件通知方式。
（六）系统联调与试运行
系统联调：启动全系统，测试工艺指令下发、设备响应、数据上传及故障预警功能，确保发酵、纯化、灌装等环节协同运行，数据准确无误。
试运行：连续试运行15天（符合GMP验证要求），24小时值守监测，记录运行数据，及时优化通讯卡顿、参数偏差等问题，确保系统稳定。
验收交付：全面检测系统功能，确认工艺参数管控精度、数据采集准确性等指标达标；整理实施文档、测试报告、操作手册及追溯记录，完成交付与人员培训。
六、项目痛点、应用效果及实施前后效果对比
（一）项目痛点
1.总线协议不兼容，双PLC无法互通，工艺衔接断层；
2.缺乏工业网关与数据采集器，数据无法统一采集追溯，不符合GMP要求；
3.工艺管控不精准，疫苗合格率仅96.2%；
4.故障排查低效，平均停机45分钟/次；
5.自动化程度低，人工成本高。
（二）应用效果
1.突破协议壁垒，实现双PLC双向互通与工段协同；
2.完善工业物联网数据体系，实现全流程数据追溯；
3.疫苗合格率提升至99.7%，减少报废成本；
4.平均停机时间缩短至10分钟内，保障生产连续；
5.自动化水平提升，人工成本降低45%；
6.满足GMP要求，提升企业合规性。
（三）实施前后效果对比
具体对比如下表所示：
| 对比指标 | 实施前 | 实施后 | 提升/改善效果 |
| PLC主站通讯状态 | 无法互通，通讯断层 | 双向互通，指令与数据实时传输 | 彻底解决总线协议壁垒 |
| 疫苗生产合格率 | 96.2% | 99.7% | 提升3.5个百分点 |
| 平均故障停机时间 | 45分钟/次 | ≤10分钟/次 | 缩短77.8% |
| 人工成本 | 较高，需大量人工参与 | 降低45%，人工干预大幅减少 | 降低运营成本 |
| 工业物联网融合程度 | 低，不符合GMP要求 | 高，实现智能化监控与追溯 | 完成智能化升级 |
| 生产效率 | 较低，日均产能3万剂 | 较高，日均产能4.2万剂 | 提升40% |
七、案例总结
本案例针对疫苗车间双PLC协议不兼容、数据采集困难等核心痛点，以塔讯TX161-RE-ECS/EIS网关为核心，搭建工业自动化与工业物联网融合解决方案，成功实现双PLC双向互通与全流程工艺管控，满足GMP要求，显著提升了生产质量与效率，降低了运营成本。
实践表明，工业网关作为核心枢纽，可有效解决总线协议壁垒，同时发挥数据采集器作用，为疫苗车间智能化升级提供可靠支撑。塔讯网关的工业级稳定性与灵活扩展性，完美适配疫苗车间复杂环境与高要求生产标准。
在生物制药行业智能化发展趋势下，总线协议互通与数据精准管控是实现疫苗生产标准化、智能化的关键。本案例为同类车间智能化改造提供了可落地的参考方案，未来可结合大数据、人工智能技术，进一步提升车间智能化水平，推动行业高质量发展。
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审核编辑 黄宇
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