摘 要：空調(diào)系統(tǒng)對制藥廠的生產(chǎn)潔凈區(qū)起著十分重要的作用，為了實現(xiàn)藥廠空調(diào)系統(tǒng)的高效運行，以S7-300 PLC為核心設(shè)計了空調(diào)控制系統(tǒng)。結(jié)合實際運行可能出現(xiàn)的異常情況，給出了故障診斷的實現(xiàn)方法。從漢江藥業(yè)集團的實際運行效果來看，該系統(tǒng)安全可靠，維護方便快捷。
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)展起來的新一代工業(yè)控制裝置，是自動控制、計算機和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它不僅具有優(yōu)越的控制性能，良好的性能價格比，而且具有較高的可靠性和抗干擾能力，在自動控制各個領(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)集團一分廠對潔凈區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)是：潔凈級別30萬級，溫度18～26℃、相對濕度45～65%[2]。因此，空調(diào)系統(tǒng)是否高效運行將不僅影響藥品的質(zhì)量，而且也會造成能源的浪費。本文就漢江藥業(yè)集團的空調(diào)系統(tǒng)運行要求，選用PLC作為核心控制器。同時用工控機作為上位機與PLC通信，實現(xiàn)對整個控制系統(tǒng)的組態(tài)和監(jiān)控。
　　該藥廠的空調(diào)系統(tǒng)由兩臺抖動電機、一個電動風(fēng)門、一臺送風(fēng)機、三臺引風(fēng)機、兩臺除塵風(fēng)機、一個蒸汽電動閥和兩個冷液電動閥組成。要求系統(tǒng)運行時首先打開兩個電動閥，然后按一定的順序運行各個送風(fēng)機，關(guān)閉時先關(guān)閉電動閥，然后按一定順序關(guān)閉各個風(fēng)機，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，系統(tǒng)要具有定時自動、手動運行功能，并要求在系統(tǒng)出故障時可以報警并診斷故障類別。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
　　該藥廠空調(diào)系統(tǒng)長期以來是采用繼電器和接觸器，采用人工操作的方法進行控制，其控制系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性低，維護繁瑣，能源利用率低，而且經(jīng)常帶故障運行，設(shè)備耗損大。采用PLC，不僅能實現(xiàn)對開關(guān)量的邏輯控制，同時具有強大的計算功能，還能實現(xiàn)與工業(yè)計算機等智能設(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，具有操作簡單、運行可靠、自動化程度高等優(yōu)點，再加上故障診斷功能，使系統(tǒng)維護更簡單、快捷、準(zhǔn)確。
　　該空調(diào)系統(tǒng)需要控制九臺電機，三個閥，同時需要指示，報警等功能。根據(jù)系統(tǒng)的控制要求，統(tǒng)計出其需要16個信號輸入點，23個信號輸出點。同時又對各種PLC性能指標(biāo)、適用性、認(rèn)知程度等進行比較，最后本系統(tǒng)選用了西門子公司的S7-300型PLC，它 指令豐富，功能強大，可靠性高，適應(yīng)性好，結(jié)構(gòu)緊湊，便于擴展，性價比較高。PLC硬件組態(tài)如下：電源PS307 5A，CPU312C（帶10點輸入和6點輸出），64K存儲卡，擴展模塊有數(shù)字輸入模塊SM321（32點輸入），數(shù)字輸出模塊SM322（32點輸出）。PLC配置完全滿足系統(tǒng)需要，且便于系統(tǒng)擴展和組網(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)場獲得信號，然后對執(zhí)行器進行控制。上位機可以從PLC獲取信息，并且可對PLC進行設(shè)置和控制。
　　PLC輸入輸出端子分配如圖2所示。使用轉(zhuǎn)向開關(guān)I4.0來選擇系統(tǒng)的運行狀態(tài)為自動或手動。按鈕I4.1和I4.2只有在手動后才有效，用于手動控制風(fēng)機、電動閥的開與關(guān)。端子I4.3～I5.6表示現(xiàn)場執(zhí)行器的反饋信號，其中有兩個端子表示現(xiàn)場溫度的上限和下限。
　　輸出端子Q0.0是系統(tǒng)運行指示信號。Q0.1～Q1.4用來控制電動機的順序、定時運行。Q1.3、Q1.4和Q3.5控制三個電動閥的開關(guān)。Q1.6～Q2.7用來顯示各個執(zhí)行器的運行狀態(tài)。Q3.0是系統(tǒng)的故障報警。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
　　系統(tǒng)的程序設(shè)計是在STEP7 V5.2軟件平臺下進行的。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。在程序設(shè)計中，將整個系統(tǒng)分為：“手自動切換及互鎖”、“自動運行定時”、“順序開關(guān)風(fēng)機及電動閥”、“故障報警與診斷”等模塊。
　　系統(tǒng)進入運行狀態(tài)后，首先根據(jù)轉(zhuǎn)向開關(guān)確定是進入自動狀態(tài)還是手動狀態(tài)。在手動狀態(tài)下，可以在控制面板上進行手動操作。在自動狀態(tài)下，系統(tǒng)將自動按流程工作。在系統(tǒng)運行時，首先檢測各執(zhí)行器是否正常（接觸器觸點是否粘合）以及電動閥的狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)異常，則報警并給出故障類別（故障位置），然后系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，等待故障排除，重新運行;如果正常就進入運行狀態(tài)。首先兩臺抖動電機運行30秒后停機，同時打開電動風(fēng)門，3秒后啟動空調(diào)送風(fēng)機，然后順序啟動三臺引風(fēng)機，最后是兩臺除塵風(fēng)機。系統(tǒng)進入正常運行過程中，故障診斷程序不斷掃描各個反饋信號，當(dāng)任一風(fēng)機過載不能正常運行或加熱器、冷凝器工作異常超溫時，空調(diào)機組自動停機，故障部位報警指示。無故障時，等待自動關(guān)機或手動關(guān)機?？傊?，在每個PLC循環(huán)周期只運行一個狀態(tài)的指令，這樣可以節(jié)省CPU的資源，提高系統(tǒng)的實時性。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)中的一個重要環(huán)節(jié)。及時有效的給出故障報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，這一點在藥品的生產(chǎn)過程中非常重要，因為藥品生產(chǎn)對工作環(huán)境要求很高。
　　本程序中的故障診斷分為啟動前、啟動中和啟動后三個級別的故障診斷。在啟動前，判斷各執(zhí)行器觸點是否處于斷開狀態(tài)，主要是根據(jù)輸入端子的反饋信號的有無進行判斷;在啟動過程中，由于各風(fēng)機均需要間隔啟動，可以在程序中給每臺電機設(shè)定兩個定時器，一個用于電機定時，一個用于反饋信號定時，當(dāng)啟動時間到而反饋信號沒有時，就可判斷出該電機出現(xiàn)故障。啟動完畢后，再次判斷各接觸器狀態(tài)，此時，由于抖動電機運行30秒后處于關(guān)斷狀態(tài)，其它風(fēng)機處于運行狀態(tài)，判斷方法同啟動前故障診斷方法。根據(jù)運行情況，系統(tǒng)主要存在9大故障。為此，采用4個輸出端子指示故障類別（可擴展指示16種故障）。
5 結(jié)束語
　　本文作者創(chuàng)新點是采用西門子S7-300完成藥廠空調(diào)控制系統(tǒng)，尤其是設(shè)計了故障診斷程序，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)自動化重點實驗室研制。經(jīng)過對系統(tǒng)的研究、設(shè)計、開發(fā)，控制系統(tǒng)已投入運行。從實際的運行效果來看，滿足了藥品生產(chǎn)潔凈區(qū)對空調(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)運行的安全可靠，提高了設(shè)備的自動化水平，維護和檢修方便。得到用戶的歡迎。
參考文獻
　　1 陳在平，趙相賓. 可編程控制器技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計，機械工業(yè)出版社，2003.1
　　2 S7-300 產(chǎn)品說明書 SIMENCE 2005.3
　　3 陜西漢江藥業(yè)有限責(zé)任公司，空調(diào)系統(tǒng)（HVAC101）PLC用戶需求標(biāo)準(zhǔn)（USR-2005047），2005.5
　　4 李桂蓮，基于高爐上料裝置PLC控制系統(tǒng)應(yīng)用的研究，電氣應(yīng)用，2005.5
　　5 蘇夢等，基于PLC的油料儲運監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，微計算機信息，2006年第9-1期，P49-50