基于PLC的洁净空调控制系统.pdf

囡 经验交流 基于 P L C的洁净空调控制系统 廖志锋 广州市金仪 自动化有限公司 摘要 基于药品生产质量管理规范对药品生产环境的要求， 结合生产实际设计了以s 7 ． 2 0 0 P L C为控制核心 的洁净空调控制系统，实现药品生产环境的自动监控与管理。实际运行表明该系统具有控制精度高、可靠性好、 操作方便等特点，满足实际生产的要求。 关键词 P L C ；洁净空调；控制系统 O 引言 随着药品生产技术的进步及对生产环境要求的 提高， 众多制药厂都对生产厂房进行药品生产质量管 理规范 g o o dma n u f a c t u r e p r a c t i c e ，G MP 改造，以 满足产品的验证要求。 生产厂房洁净区的温湿度和洁 净度是 GMP改造的关键，也是影响产品质量的重要 因素 之 】 ，因此洁净空调控制系统是 GMP改造的核心 内容。2 0 1 3年某药厂空调进行 G MP技术改造，采用 基于 S 7 2 0 0 P L C为控制核心的洁净空调控制系统， 性能稳定，操作及维护方便。 1 洁净空调系统 该药厂 GMP技术改造，根据各区域生产功能的 不同，洁净区设 1 1套洁净空调系统，采用组合式空 调机组。各空调主要由过滤器、加热段、加湿段、表 冷段、 风机、 风门等组成。改造要求的室内参数如下 洁净级别 D 8 、温度 l 8 ℃2 6 C、湿度 4 5 ％6 5 ％、 人均最小新风量 4 0 r n j ／ h 。 2 控制系统结构 控制系统采用集中管理、分散控制的集散式控制 系统实现整体功能【 3 】 。 基于 P L C的洁净空调控制系统 结构图如图 l 所示。 系统采用控制和管理 2层网络结构。 所有控制器 通过控制层网络以以太网方式通信， 采用分布智能式 控制系统[ 4 ] ，控制层网络中任一节点出现故障时，不 会影响系统的正常运行和信号的传输；管理站、操作 站、网络通信设备等通过管理层网络相连，管理层网 络采用局域网，以标准 T C P ／ I P协议互相通信，在物 理连接上利用现有的综合布线路由，通过网络设备的 设置将管理层网络连通。 仪表、阀门 仪表、阀门 图 1 基于 P L C的洁净空调控制系统结构图 控制层采用分布智能式控制系统，实现各控制节 点之间，控制节点与中央控制中心的操作站之间，以 及它们与专用控制、接口设备之间的数据通信。控制 层每个现场控制器 P L C 采用分散控制的原则，分布 在被控的空调机组附近， 现场工作人员可以通过人机 界面触摸屏就近操作或监测空调机组运行数据。每个 现场控制器 由P L C、人机界面触摸屏、风机变频器、 检测仪表和控制阀门等构成。 管理层网络除了连接系统自身的管理设备， 还与 上层管理信息系统连接，实现系统间的数据通信、信 息共享，并获取信息共享管理系统的相关运行信息， 实现相关信息的双向通讯。 2 ． 1 硬件配置 P L C选用西门子 7 - 2 0 0系列 C P U 2 2 6的可编程 控制器 ，通过扩展模块 E M2 3 5扩展模拟量输入输出 接 口，通过通讯模块 C P 2 4 3 ． 1 扩展以太网接 口。C P U 模块主要对各个模块 、操作站和现场人机界面的指 令、信号和数据进行运算处理，然后通过输出模块输 出给控制对象，实现需要的动作；模拟量输入输出模 块采集现场的模拟量信号，送入 C P U 处理，并对控 制对象的风机变频器、控制阀门等进行控制 。 操作站和管理站选用研华 I P C 6 1 0系列工作站； 现场人机界面选用西门子 S ma r t 7 0 0 I E触摸屏。 2 ． 2 软件设计 操作站和管理站采用西门子组态软件 WI NC C 6 ． 2 设 计 监 控 、管 理 模 块 ；P L C 采用 西 门子 S T E P 7 一 Mi c r 0 进行系统组态和编程；现场人机界面采 用西门子组态软件 Wi n c c fl e x i b l e 2 0 0 8 S P 4 设计监控、 管理模块。通过 WI NC C 6 ．2 、S T E P 7 - Mi c r o ／ WI N 和 Wi n c e fl e x i b l e 2 0 0 8 S P 4的设置，实现操作站、P L C 、 现场人机界面之间的通讯【 4 J 。 软件组态实现以下功能 1 采集 P L C的数据，并在设计模块中实时显示 各个设备的运行状态和各个温度、压力、阀门开度等 数值； 2 1在线修改和设置各控制阀门和风机变频器的 P I D控制参数； 3 1发送数据、 控制指令， 对工艺设定参数进行修 改并通过 P L C对空调机组实现控制； 4 实时 曲线、实时报警、历史报表等控制功能。 3 温湿度控制模式 系统调试初期，由于空气的热惯性，导致出现温 湿度调节波动幅度大。为提高调节的精确度，控制系 统利用安装在空调新风入风 口、 送风总管出口和回风 总管上的温、湿度传感器监测洁净空调机组新风、回 风及送风温、湿度，并计算相应的检测温度。检测温 度作为温度控制反馈值，按照加权平均计算如下 检测温度 回风温度 洁净区室内温度 X 8 0 ％-t - 新风温度 即室外温度2 0 ％ 当检测温度变化时， 根据检测温度与温度设定值 的比较， 通过 P I D算法 自动控制机组的二通冷冻水阀 和蒸汽阀的开度，维持洁净区温度的恒定。 控制系统设有 2种温湿度控制模式冬季模式和 夏季模式。 3 ． 1 冬季模式 当检测到新风温度低于 1 5 ℃时， 系统 自动打开蒸 汽阀升温，温度上升到设定值时，如果湿度高于设定 值，则调节二通冷水阀进行进一步除湿。二通冷水阀 打开会影响送风温度， 此时继续调节蒸汽阀开度保证 送风温度接近于设定值。系统对比温度和湿度的设定 值，根据 P I D分别计算温度调节量和湿度调节量，经 比较 ，选择较大的输 出值对二通冷水调节阀进行调 节，二通冷水阀和蒸汽调节阀调节方向相反 。冬季温 湿度控制逻辑框图如图2所示。 蒸汽 阀 新风表冷段 二通冷水 阀 A T 一T ， T r 8 0 ％一 2 0 ％，A M- M 一 T r 回风温度检测值， 新风温度检测值 图2 冬季温湿度控制逻辑框图 2 0 1 4 年 第3 5 卷 第3 期 自动化与信息工程 4 7 3 ． 2 夏季模式 当检测到新风温度高于 2 8 ℃时， 系统自动调节二 通冷水阀进行降温，如果湿度达到设定值而温度低于 设定值时，调节蒸汽阀升温，此时继续调节二通冷水 阀开度保证送风温度接近于设定值。当新风表冷段二 通冷水阀开度达到 8 0 ％，洁净区温度还高于设定值 时，则系统 自动开启新回风表冷段二通冷水阀，此时 4 结语 温度调节量将同时输出给两个冷水阀；当新风表冷段 二通冷水阀开度小于 8 O ％时， 系统将 自动关闭新回风 表冷段二通冷水阀。系统对 比温度和湿度的设定值， 根据 P I D分别计算调节量， 温度调节量与湿度调节量 经 比较后，选择较大 的输 出值对二通冷水 阀进行调 节。二通冷水阀和蒸汽调节阀调节方向相反。夏季温 湿度调节逻辑框图如图 3所示。 蒸汽阀 新风表冷段二通冷水 阀 新 回风表冷段二通冷 水阀 △ 一7 ， 8 0 ％--T ． X2 0 ％，△ 一 ， 回风温度检测值， 新风温度检测值 图 3 夏 季温 湿度调节逻辑框图 2 0 1 3 年对某药厂空调进行 GMP技术改造，采用 基于 S 7 2 0 0 P L C为控制核心的洁净空调控制系统。 该系统投入使用 以来，控制效果好、稳定可靠、操作 方便，满足生产工艺和监控要求，促进了生产管理工 作，为产品质量提供了有效的保障。 参考文献 【 1 】许钟麟． 药厂洁净设计、医药与 G MP认证 第 2版 【 M】 ． 上海 同济大学出版社，2 0 1 1 ． [ 2 ]2 涂光备． 制药工业的洁净与空调[ M] ． 北京 中国建筑工业出 版社。2 0 0 6 ． [ 3 ]皮壮行， 宫振鸣， 李雪华． 可编程控制器的系统设计与应用实 例[ M] ． 北京 机械工业出版社，2 0 0 0 ． [ 4 ]4 何献忠． 编程控制器应用技术 西 门子 S 7 2 0 0系列 第 2 版[ M] 京 清华大学出版社， 2 0 1 3 ． Co nt r o l S y s t e m f o r Ai r Cl e a ni n g Co nd i t i o n Ba s e d o n PLC Li a o Zh i f e n g Gu a n g z h o u J i n y i Au t o ma t i o n C o ． ， L t d ． Abs t r a c t Ac c o r d i n g t o GMP f o r p h a r ma c e u t i c a l p r o d u c t i o n e n v i r o n me n t r e q u i r e me n t s ，a n a i r c l e a n i n g c o n d i t i o n i n g c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n PL C c o n t r o l l e r i s d e s i g n e d ． T h e a u t o ma t i c mo n i t o r i n g a n d man a g e me n t o f p h a r m a c e u t i c a l p r o d u c t i o n a r e r e a l i z e d ． Th e p r a c t i c a l r u n n i n g s h o ws t h a t t h e s y s t e m h a s f e a t u r e s o f g o o d c o n t r o l a c c u r a c y ，h i g h s e c u r i t y a n d s i mp l i f i e d o p e r a t i o n ． Ke y W o r d s P L C； Ai r Cl e a n i n g C o n d i t i o n ； C o n t r o l S y s t e m 作者简介 廖志锋 ，男，1 9 7 7年生 ，工程师 ，研 究方 向 自动化控制技 术与应用 。E - ma i l g z l i a o z f 1 3 9 ．com 4 8