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(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)展起來的新一代工業(yè)控制裝置,，是自動控制、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(tuán)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(yùn)行將不僅影響藥品的質(zhì)量,，而且也會造成能源的浪費(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,。同時用工控機(jī)作為上位機(jī)與PLC通信，實(shí)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(jī),、一個電動風(fēng)門、一臺送風(fēng)機(jī),、三臺引風(fēng)機(jī),、兩臺除塵風(fēng)機(jī)、一個蒸汽電動閥和兩個冷液電動閥組成,。要求系統(tǒng)運(yùn)行時首先打開兩個電動閥，然后按一定的順序運(yùn)行各個送風(fēng)機(jī),，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(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,，系統(tǒng)要具有定時自動、手動運(yùn)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(jì)
　　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(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)對開關(guān)量的邏輯控制,，同時具有強(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,，具有操作簡單,、運(yùn)行可靠、自動化程度高等優(yōu)點(diǎn),，再加上故障診斷功能,，使系統(tǒng)維護(hù)更簡單、快捷,、準(zhǔn)確,。
　　該空調(diào)系統(tǒng)需要控制九臺電機(jī)，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(jì)出其需要16個信號輸入點(diǎn),，23個信號輸出點(diǎn)。同時又對各種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)場獲得信號,，然后對執(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)向開關(guān)I4.0來選擇系統(tǒng)的運(yùn)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(jī)、電動閥的開與關(guān),。端子I4.3～I(xiàn)5.6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(yùn)行指示信號,。Q0.1～Q1.4用來控制電動機(jī)的順序,、定時運(yùn)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(yùn)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(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,，將整個系統(tǒng)分為：“手自動切換及互鎖”,、“自動運(yùn)行定時”、“順序開關(guān)風(fēng)機(jī)及電動閥”,、“故障報警與診斷”等模塊,。
　　系統(tǒng)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)后，首先根據(jù)轉(zhuǎn)向開關(guān)確定是進(jìn)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(jìn)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(yùn)行時，首先檢測各執(zhí)行器是否正常（接觸器觸點(diǎn)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(yùn)行;如果正常就進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)。首先兩臺抖動電機(jī)運(yùn)行30秒后停機(jī),，同時打開電動風(fēng)門,，3秒后啟動空調(diào)送風(fēng)機(jī)，然后順序啟動三臺引風(fēng)機(jī),，最后是兩臺除塵風(fēng)機(jī),。系統(tǒng)進(jìn)入正常運(yùn)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(jī)過載不能正常運(yùn)行或加熱器,、冷凝器工作異常超溫時，空調(diào)機(jī)組自動停機(jī),，故障部位報警指示,。無故障時，等待自動關(guān)機(jī)或手動關(guān)機(jī),?？傊诿總€PLC循環(huán)周期只運(yùn)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(shí)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(diǎn)在藥品的生產(chǎn)過程中非常重要，因?yàn)樗幤飞a(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(diǎn)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(jìn)行判斷;在啟動過程中，由于各風(fēng)機(jī)均需要間隔啟動,，可以在程序中給每臺電機(jī)設(shè)定兩個定時器,，一個用于電機(jī)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(jī)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(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
　　本文作者創(chuàng)新點(diǎn)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(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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制,。經(jīng)過對系統(tǒng)的研究,、設(shè)計(jì)、開發(fā),，控制系統(tǒng)已投入運(yùn)行,。從實(shí)際的運(yùn)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(yùn)行的安全可靠，提高了設(shè)備的自動化水平,，維護(hù)和檢修方便,。得到用戶的歡迎,。
參考文獻(xiàn)
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