摘 要：空調(diào)系統(tǒng)對(duì)制藥廠的生產(chǎn)潔凈區(qū)起著十分重要的作用，為了實(shí)現(xiàn)藥廠空調(diào)系統(tǒng)的高效運(yùn)行，以S7-300 PLC為核心設(shè)計(jì)了空調(diào)控制系統(tǒng)。結(jié)合實(shí)際運(yùn)行可能出現(xiàn)的異常情況，給出了故障診斷的實(shí)現(xiàn)方法。從漢江藥業(yè)集團(tuán)的實(shí)際運(yùn)行效果來(lái)看，該系統(tǒng)安全可靠，維護(hù)方便快捷。
關(guān)鍵詞：PLC 空調(diào)設(shè)備 故障診斷
1 引言
　　PLC（可編程控制器）是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的新一代工業(yè)控制裝置，是自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它不僅具有優(yōu)越的控制性能，良好的性能價(jià)格比，而且具有較高的可靠性和抗干擾能力，在自動(dòng)控制各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用相當(dāng)普遍[1]。
　　在制藥廠，為了保障藥品的質(zhì)量，對(duì)清潔區(qū)的潔凈度和溫度、濕度都有很高的要求。例如漢江藥業(yè)集團(tuán)一分廠對(duì)潔凈區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)是：潔凈級(jí)別30萬(wàn)級(jí)，溫度18～26℃、相對(duì)濕度45～65%[2]。因此，空調(diào)系統(tǒng)是否高效運(yùn)行將不僅影響藥品的質(zhì)量，而且也會(huì)造成能源的浪費(fèi)。本文就漢江藥業(yè)集團(tuán)的空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行要求，選用PLC作為核心控制器。同時(shí)用工控機(jī)作為上位機(jī)與PLC通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)的組態(tài)和監(jiān)控。
　　該藥廠的空調(diào)系統(tǒng)由兩臺(tái)抖動(dòng)電機(jī)、一個(gè)電動(dòng)風(fēng)門(mén)、一臺(tái)送風(fēng)機(jī)、三臺(tái)引風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)、一個(gè)蒸汽電動(dòng)閥和兩個(gè)冷液電動(dòng)閥組成。要求系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)首先打開(kāi)兩個(gè)電動(dòng)閥，然后按一定的順序運(yùn)行各個(gè)送風(fēng)機(jī)，關(guān)閉時(shí)先關(guān)閉電動(dòng)閥，然后按一定順序關(guān)閉各個(gè)風(fēng)機(jī)，達(dá)到除塵、送風(fēng)、降溫或升溫的目的，保證清潔區(qū)達(dá)到指標(biāo)要求。同時(shí)，系統(tǒng)要具有定時(shí)自動(dòng)、手動(dòng)運(yùn)行功能，并要求在系統(tǒng)出故障時(shí)可以報(bào)警并診斷故障類別。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　該藥廠空調(diào)系統(tǒng)長(zhǎng)期以來(lái)是采用繼電器和接觸器，采用人工操作的方法進(jìn)行控制，其控制系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性低，維護(hù)繁瑣，能源利用率低，而且經(jīng)常帶故障運(yùn)行，設(shè)備耗損大。采用PLC，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)量的邏輯控制，同時(shí)具有強(qiáng)大的計(jì)算功能，還能實(shí)現(xiàn)與工業(yè)計(jì)算機(jī)等智能設(shè)備之間的通信。因此，將PLC應(yīng)用于本系統(tǒng)的控制，能很好的滿足技術(shù)要求，具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，再加上故障診斷功能，使系統(tǒng)維護(hù)更簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確。
　　該空調(diào)系統(tǒng)需要控制九臺(tái)電機(jī)，三個(gè)閥，同時(shí)需要指示，報(bào)警等功能。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，統(tǒng)計(jì)出其需要16個(gè)信號(hào)輸入點(diǎn)，23個(gè)信號(hào)輸出點(diǎn)。同時(shí)又對(duì)各種PLC性能指標(biāo)、適用性、認(rèn)知程度等進(jìn)行比較，最后本系統(tǒng)選用了西門(mén)子公司的S7-300型PLC，它 指令豐富，功能強(qiáng)大，可靠性高，適應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)緊湊，便于擴(kuò)展，性價(jià)比較高。PLC硬件組態(tài)如下：電源PS307 5A，CPU312C（帶10點(diǎn)輸入和6點(diǎn)輸出），64K存儲(chǔ)卡，擴(kuò)展模塊有數(shù)字輸入模塊SM321（32點(diǎn)輸入），數(shù)字輸出模塊SM322（32點(diǎn)輸出）。PLC配置完全滿足系統(tǒng)需要，且便于系統(tǒng)擴(kuò)展和組網(wǎng)。該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 PLC控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖
　　該系統(tǒng)以PLC為核心，PLC從控制面板以及現(xiàn)場(chǎng)獲得信號(hào)，然后對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行控制。上位機(jī)可以從PLC獲取信息，并且可對(duì)PLC進(jìn)行設(shè)置和控制。
　　PLC輸入輸出端子分配如圖2所示。使用轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)I4.0來(lái)選擇系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)為自動(dòng)或手動(dòng)。按鈕I4.1和I4.2只有在手動(dòng)后才有效，用于手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)、電動(dòng)閥的開(kāi)與關(guān)。端子I4.3～I(xiàn)5.6表示現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器的反饋信號(hào)，其中有兩個(gè)端子表示現(xiàn)場(chǎng)溫度的上限和下限。
　　輸出端子Q0.0是系統(tǒng)運(yùn)行指示信號(hào)。Q0.1～Q1.4用來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的順序、定時(shí)運(yùn)行。Q1.3、Q1.4和Q3.5控制三個(gè)電動(dòng)閥的開(kāi)關(guān)。Q1.6～Q2.7用來(lái)顯示各個(gè)執(zhí)行器的運(yùn)行狀態(tài)。Q3.0是系統(tǒng)的故障報(bào)警。Q3.1～Q3.4表示系統(tǒng)的故障類別，它可以表示16種故障類別，這樣的設(shè)計(jì)可以充分利用PLC的端子，節(jié)約成本。

圖2 輸入、輸出端子配線圖
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)是在STEP7 V5.2軟件平臺(tái)下進(jìn)行的。STEP7 V5.2可支持梯形圖、SIMATIC指令和功能圖。且具有指令豐富、結(jié)構(gòu)清晰、編程方便的優(yōu)點(diǎn)。在程序設(shè)計(jì)中，將整個(gè)系統(tǒng)分為：“手自動(dòng)切換及互鎖”、“自動(dòng)運(yùn)行定時(shí)”、“順序開(kāi)關(guān)風(fēng)機(jī)及電動(dòng)閥”、“故障報(bào)警與診斷”等模塊。
　　系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，首先根據(jù)轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)確定是進(jìn)入自動(dòng)狀態(tài)還是手動(dòng)狀態(tài)。在手動(dòng)狀態(tài)下，可以在控制面板上進(jìn)行手動(dòng)操作。在自動(dòng)狀態(tài)下，系統(tǒng)將自動(dòng)按流程工作。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先檢測(cè)各執(zhí)行器是否正常（接觸器觸點(diǎn)是否粘合）以及電動(dòng)閥的狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)異常，則報(bào)警并給出故障類別（故障位置），然后系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，等待故障排除，重新運(yùn)行;如果正常就進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。首先兩臺(tái)抖動(dòng)電機(jī)運(yùn)行30秒后停機(jī)，同時(shí)打開(kāi)電動(dòng)風(fēng)門(mén)，3秒后啟動(dòng)空調(diào)送風(fēng)機(jī)，然后順序啟動(dòng)三臺(tái)引風(fēng)機(jī)，最后是兩臺(tái)除塵風(fēng)機(jī)。系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)行過(guò)程中，故障診斷程序不斷掃描各個(gè)反饋信號(hào)，當(dāng)任一風(fēng)機(jī)過(guò)載不能正常運(yùn)行或加熱器、冷凝器工作異常超溫時(shí)，空調(diào)機(jī)組自動(dòng)停機(jī)，故障部位報(bào)警指示。無(wú)故障時(shí)，等待自動(dòng)關(guān)機(jī)或手動(dòng)關(guān)機(jī)。總之，在每個(gè)PLC循環(huán)周期只運(yùn)行一個(gè)狀態(tài)的指令，這樣可以節(jié)省CPU的資源，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。系統(tǒng)控制程序的流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖
4 系統(tǒng)故障診斷
　　故障診斷是該系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。及時(shí)有效的給出故障報(bào)警和故障位置可以幫助技術(shù)人員快速準(zhǔn)確的查找故障和恢復(fù)故障，這一點(diǎn)在藥品的生產(chǎn)過(guò)程中非常重要，因?yàn)樗幤飞a(chǎn)對(duì)工作環(huán)境要求很高。
　　本程序中的故障診斷分為啟動(dòng)前、啟動(dòng)中和啟動(dòng)后三個(gè)級(jí)別的故障診斷。在啟動(dòng)前，判斷各執(zhí)行器觸點(diǎn)是否處于斷開(kāi)狀態(tài)，主要是根據(jù)輸入端子的反饋信號(hào)的有無(wú)進(jìn)行判斷;在啟動(dòng)過(guò)程中，由于各風(fēng)機(jī)均需要間隔啟動(dòng)，可以在程序中給每臺(tái)電機(jī)設(shè)定兩個(gè)定時(shí)器，一個(gè)用于電機(jī)定時(shí)，一個(gè)用于反饋信號(hào)定時(shí)，當(dāng)啟動(dòng)時(shí)間到而反饋信號(hào)沒(méi)有時(shí)，就可判斷出該電機(jī)出現(xiàn)故障。啟動(dòng)完畢后，再次判斷各接觸器狀態(tài)，此時(shí)，由于抖動(dòng)電機(jī)運(yùn)行30秒后處于關(guān)斷狀態(tài)，其它風(fēng)機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，判斷方法同啟動(dòng)前故障診斷方法。根據(jù)運(yùn)行情況，系統(tǒng)主要存在9大故障。為此，采用4個(gè)輸出端子指示故障類別（可擴(kuò)展指示16種故障）。
5 結(jié)束語(yǔ)
　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)是采用西門(mén)子S7-300完成藥廠空調(diào)控制系統(tǒng)，尤其是設(shè)計(jì)了故障診斷程序，根據(jù)PLC自帶指示燈可查看故障類型，給用戶帶來(lái)極大方便。該控制系統(tǒng)由漢江藥業(yè)股份有限公司提出，由陜西省工業(yè)自動(dòng)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制。經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)，控制系統(tǒng)已投入運(yùn)行。從實(shí)際的運(yùn)行效果來(lái)看，滿足了藥品生產(chǎn)潔凈區(qū)對(duì)空調(diào)設(shè)備的指標(biāo)要求。采用PLC作為本系統(tǒng)的核心控制器，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠，提高了設(shè)備的自動(dòng)化水平，維護(hù)和檢修方便。得到用戶的歡迎。
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