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区经验交流
基于PLC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S7-200PLC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:PLC;洁净空调;控制系统
引言
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 TCP/IP协议互相通信,在物
随着药品生产技术的进步及对生产环境要求的
理连接上利用现有的综合布线路由,通过网络设备的
提高,众多制药厂都对生产厂房进行药品生产质量管
设置将管理层网络连通。
理规范( good manufacture practice,GMP)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
局域网
净度是GMP改造的关键,也是影响产品质量的重要
管理站
操作站
因素(?,因此洁净空调控制系统是GMP改造的核心
内容。2013年某药厂空调进行GMP技术改造,采用
以太网
基于S7-200PLC为控制核心的洁净空调控制系统,
触摸屏
Ptc触摸屏
PLC
性能稳定,操作及维护方便
洁净空调系统
该药厂GMP技术改造,根据各区域生产功能的
仪表、阀门
仪表、阀了门
不同,洁净区设11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
图1基于PLC的洁净空调控制系统结构图
冷段、风机、风门等组成。改造要求的室内参数如下
控制层采用分布智能式控制系统,实现各控制节
洁净级别DS、温度18C~26C、湿度4%~65%、点之间,控制节点与中央控制中心的操作站之间,以
人均最小新风量40m3h。
及它们与专用控制、接口设备之间的数据通信。控制
2控制系统结构
层每个现场控制器PILC采用分散控制的原则,分布
挖制系统采用集中管理、分散控制的集散式控制在被控的空调机组附近,现场工作人员可以通过人机
系统实现整体功能?。基于PLC的洁净空调控制系统界面触摸屏就近操作或监测空调机组运行数据。每个
结构图如图1所示
现场控制器由PLC、人机界面触摸屏、风机变频器、
系统采用控制和管理2层网络结构。所有控制器检测仪表和控制阀门等构成。
通过控制层网络以以太网方式通信,采用分布智能式
管理层网络除了连接系统自身的管理设备,还与
控制系统,控制层网络中任一节点出现故障时,不上层管理信息系统连接,实现系统间的数据通信、信
会影响系统的正常运行和信号的传输;管理站、操作息共享,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。
改并通过PLC对空调机组实现控制;
2.,1硬件配置
4)实时曲线、实时报警、历史报表等控制功能。
PLC选用西门子S7-00系列CPU22的可编程3温湿度控制模式
控制器,通过扩展模块EM235扩展模拟量输入输出
接口,通过通讯模块CP243-1扩展以太网接口。CPU
系统调试初期,由于空气的热惯性,导致出现温
模块主要对各个模块、操作站和现场人机界面的指湿度调节波动幅度大。为提高调节的精确度,控制系
令、信号和数据进行运算处理,然后通过输出模块输
统利用安装在空调新风入风口、送风总管出口和回风
出给控制对象,实现需要的动作;模拟量输入输出模总管上的温、湿度传感器监测洁净空调机组新风、回
块采集现场的模拟量信号,送入CPU处理,并对控
风及送风温、湿度,并计算相应的检测温度。检测温
制对象的风机变频器、控制阀门等进行控制
度作为温度控制反馈值,按照加权平均计算如下:
操作站和管理站选用研华IPC610系列工作站
检测温度-回风温度(洁净区室内温度)×80%+
现场人机界面选用西门子 Smart700E触摸屏。
新风温度(即室外温度)X20%
2.2软件设计
当检测温度变化时,根据检测温度与温度设定值
操作站和管理站采用西门子组态软件WNCC62的比较,通过PID算法自动控制机组的二通冷冻水阀
设计监控、管理模块:;PIC采用西门子STEP和蒸汽阀的开度,维持洁净区温度的恒定。
7- Micro/WIN进行系统组态和编程:现场人机界面采
控制系统设有2种温湿度控制模式:冬季模式和
用西门子组态软件 Wincc flexible2008SP4设计监控、
夏季模式
管理模块。通过 WINCC6.2、STEP7- Micro/WIN和
冬季模式
Wincc flexible2008SP4的设置,实现操作站、PLC
当检测到新风温度低于15℃时,系统自动打开蒸
现场人机界面之间的通讯。
汽阀升温,温度上升到设定值时,如果湿度高于设定
软件组态实现以下功能:
值,则调节二通冷水阀进行进一步除湿。二通冷水阀
1)采集PIC的数据,并在设计模块中实时显示打开会影响送风温度,此时继续调节蒸汽阀开度保证
各个设备的运行状态和各个温度、压力、阀门开度等
送风温度接近于设定值。系统对比温度和湿度的设定
数值
值,根据PD分别计算温度调节量和湿度调节量,经
2)在线修改和设置各控制阀门和风机变器的比较,选择较大的输出值对二通冷水调节阀进行调
PID控制参数;
节,二通冷水阀和蒸汽调节阌调节方向相反。冬季温
3)发送数据、控制指令,对工艺设定参数进行修湿度控制逻辑框图如图2所示。
设定温度T
PID
蒸汽阀
减运算
检测温度
PID运算
取反运算
取高运算[?
新风表冷段二通冷水阀
检测湿度M△M
PID
减运算
检檢测湿度
PID运算
△7=7ー7,T=ア×80%-7×20%,△M=M』-M,7-:回风温度检测值,Tn:新风温度检測值
图2冬季温湿度控制逻辑框图
2014年第35卷第3期自动化与信息工程47