PCS7系統(tǒng)在制藥企業(yè)FMCS系統(tǒng)中的應(yīng)用

丁方悅 韋 軍

（揚(yáng)子江藥業(yè)集團(tuán)，江蘇泰州225321）

0 引言

在現(xiàn)代制藥生產(chǎn)中，自動(dòng)化控制顯得尤為重要。自動(dòng)化控制系統(tǒng)的合理使用會(huì)使生產(chǎn)、工作效率大大提高。

PCS7是西門子的DCS系統(tǒng)，基于過程自動(dòng)化，從傳感器、執(zhí)行器到控制器再到上位機(jī)，自下而上形成完整的TIA（全集成自動(dòng)化）架構(gòu)。PCS7是全集成自動(dòng)化平臺(tái)，可以讓分散開來的設(shè)備或設(shè)施實(shí)現(xiàn)集中控制，大大減少人工成本以及人工操作出現(xiàn)的失誤，只需人員定期或不定期地進(jìn)行設(shè)備巡檢即可，其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集功能使得報(bào)表和數(shù)據(jù)趨勢分析有了基本的保障。PCS7的硬件組態(tài)操作方便，連接方式直觀。下面筆者對(duì)揚(yáng)子江藥業(yè)FMCS系統(tǒng)中PCS7的應(yīng)用展開闡述。

1 揚(yáng)子江藥業(yè)FMCS系統(tǒng)詳述

FMCS（Facility Managementand Control System，其意為廠務(wù)監(jiān)控系統(tǒng)）是廠內(nèi)制造過程中所用的監(jiān)控系統(tǒng)。揚(yáng)子江藥業(yè)FMCS系統(tǒng)共有3棟廠房，涉及HVAC自控系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、公用系統(tǒng)等，采用開放互連3層網(wǎng)絡(luò)3級(jí)分布式的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

第1層為綜合信息處理層，網(wǎng)絡(luò)硬件包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)）、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等；

第2層為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)層，即各個(gè)模塊（口服液車間、固體制劑車間、動(dòng)力中心、HVAC系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、能源系統(tǒng)共5大模塊）的監(jiān)控系統(tǒng)，其網(wǎng)絡(luò)硬件包括1個(gè)工程師站、1對(duì)冗余服務(wù)器、6個(gè)操作員站和3套主控制器；

第3層為現(xiàn)場控制總線層，是各控制系統(tǒng)控制器與I/O設(shè)備之間的通訊網(wǎng)絡(luò)，其網(wǎng)絡(luò)硬件包括各個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的控制器、分布式I/O設(shè)備等其他網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如圖1所示。

2 基于PCS7的HVAC系統(tǒng)控制要求

其控制畫面如圖2所示。

2.1 數(shù)據(jù)采集點(diǎn)

數(shù)據(jù)采集點(diǎn)包括：空調(diào)新風(fēng)溫度、新風(fēng)濕度、回風(fēng)溫度、回風(fēng)濕度、冷凍水進(jìn)水壓力、冷凍水進(jìn)水溫度、一次表冷回水溫度、二次表冷回水溫度、一次表冷后露點(diǎn)溫度、二次表冷后露點(diǎn)溫度、送風(fēng)溫度、送風(fēng)濕度、送風(fēng)風(fēng)速、送風(fēng)壓力、蒸汽加熱壓力、蒸汽加濕壓力、潔凈區(qū)室內(nèi)溫度、潔凈區(qū)室內(nèi)濕度、潔凈區(qū)房間壓差。

2.2 控制方式

2.2.1 空調(diào)模式控制

空調(diào)模式分為生產(chǎn)模式、停產(chǎn)模式2種，其具體選擇哪種模式，取決于生產(chǎn)車間是否安排生產(chǎn)。與停產(chǎn)模式相比，生產(chǎn)模式下的風(fēng)機(jī)頻率較高。

空調(diào)同時(shí)還設(shè)定維修模式，維修模式啟動(dòng)有2種：空調(diào)正常停機(jī)時(shí)、儀表維修時(shí)。在維修模式下，系統(tǒng)對(duì)于傳感器檢測異常不進(jìn)行報(bào)警。

2.2.2 空調(diào)機(jī)組的啟停連鎖控制

啟動(dòng)時(shí)：（1）打開新風(fēng)密閉閥和回風(fēng)閥；（2）在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)收到風(fēng)閥打開的狀態(tài)信號(hào)后，啟動(dòng)送風(fēng)風(fēng)機(jī)，各個(gè)調(diào)節(jié)閥使能給定；（3）啟動(dòng)風(fēng)機(jī)時(shí)，所有輸入點(diǎn)故障報(bào)警啟動(dòng)，所有輸出點(diǎn)動(dòng)作。

停止時(shí)：（1）停止送風(fēng)風(fēng)機(jī)；（2）關(guān)閉新風(fēng)密閉閥、回風(fēng)閥，關(guān)閉各個(gè)調(diào)節(jié)閥門；（3）所有輸入點(diǎn)故障報(bào)警抑制，所有輸出點(diǎn)復(fù)位。

2.2.3 送風(fēng)風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)和停止控制

為符合新版GMP對(duì)潔凈區(qū)壓差的要求，送風(fēng)風(fēng)機(jī)采用變頻器驅(qū)動(dòng)，根據(jù)送風(fēng)量調(diào)節(jié)頻率，同時(shí)風(fēng)機(jī)具有遠(yuǎn)程、就地功能，選擇開關(guān)置于就地時(shí)可以就地啟動(dòng)和停止，運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)上傳至FMCS系統(tǒng)。當(dāng)選擇開關(guān)置于自動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)可以在FMCS系統(tǒng)中進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

2.2.4 房間溫度的控制

采集房間溫濕度時(shí)僅采集潔凈室關(guān)鍵功能房間的溫濕度；溫濕度監(jiān)測限于產(chǎn)熱、產(chǎn)濕、生產(chǎn)工藝有要求的房間。

房間溫度的控制主要是根據(jù)二表冷水閥和蒸汽加熱閥的分程控制，當(dāng)房間溫度高時(shí)，先關(guān)閉蒸汽加熱閥，再打開二表冷水閥。

2.2.5 房間濕度的控制

房間濕度的控制，主要有2種情況。當(dāng)空氣濕度比較大需要除濕時(shí)，先打開一表冷水閥門，如果濕度還是降不下來，則打開二表冷水閥門；如果房間濕度偏低，則打開蒸汽加濕閥。

在進(jìn)行控制時(shí)，一次、二次表冷水閥由溫度和濕度2個(gè)PID回路分程控制，閥門開度取較大值。

2.2.6 房間壓力的控制

房間壓力的控制包括功能間之間壓差監(jiān)測。根據(jù)新版GMP要求，本套系統(tǒng)中壓差監(jiān)測限于有工藝功能間與潔凈走廊間壓差，緩沖至更鞋、更衣再到緩沖間的壓差，與非潔凈區(qū)有連通的功能間與非潔凈區(qū)間壓差，不同潔凈級(jí)別有相連的功能間之間的壓差。

在空調(diào)服務(wù)的一些房間里設(shè)置壓差變送器，參考點(diǎn)設(shè)在房間外公共區(qū)域，并將測量數(shù)據(jù)傳至FMCS系統(tǒng)，若出現(xiàn)異常，系統(tǒng)報(bào)警，同時(shí)記錄下此異常及處理時(shí)間。

2.2.7 過濾器的壓差開關(guān)

在初效過濾器和中效過濾器的兩側(cè)均設(shè)有1只壓差開關(guān)，壓差開關(guān)可以就地在現(xiàn)場觸摸屏顯示，供維護(hù)人員日常巡檢時(shí)觀察及進(jìn)行維護(hù)使用。此動(dòng)作信號(hào)同時(shí)上傳至FMCS系統(tǒng)，進(jìn)行報(bào)警。

3 基于PCS7的能源管理系統(tǒng)控制要求

基于PCS7的能源管理系統(tǒng)采用MODBUS TCP的方式通過以太網(wǎng)口讀取電力儀表的數(shù)據(jù)，再以報(bào)表形式輸出，以供能源計(jì)量與數(shù)據(jù)分析。其畫面如圖3所示。

4 基于PCS7的公用系統(tǒng)控制要求

公用系統(tǒng)的監(jiān)測主要是針對(duì)提供公用介質(zhì)的設(shè)備。其數(shù)據(jù)采集均采用通訊方式進(jìn)行，共涉及2種通訊方式：Profibus-DP、MODBUS。

4.1 采用DP通訊的設(shè)備

DP通訊設(shè)備主要包括：

（1）臭氧發(fā)生器，現(xiàn)場為S7-200PLC，通過EM 277通訊模塊實(shí)現(xiàn)與PCS7系統(tǒng)的通訊。

（2）冷凍機(jī)組，通過專用接口模塊實(shí)現(xiàn)與PCS7系統(tǒng)的通訊。

（3）純水機(jī)組，現(xiàn)場為S7-300PLC，通過S7-300的DP接口實(shí)現(xiàn)與PCS7的通訊。

（4）純蒸汽發(fā)生器，現(xiàn)場為S7-300PLC，通過S7-300的DP接口實(shí)現(xiàn)與PCS7的通訊。

（5）純化水分配系統(tǒng)，現(xiàn)場為S7-300PLC，通過S7-300的DP接口實(shí)現(xiàn)與PCS7的通訊。

（6）壓縮空氣，通過英格索蘭DP通訊專用接口模塊實(shí)現(xiàn)與PCS7系統(tǒng)的通訊。

（7）真空系統(tǒng)，現(xiàn)場為S7-200PLC，通過EM 277通訊模塊實(shí)現(xiàn)與PCS7系統(tǒng)的通訊。

（8）溴化鋰機(jī)組，通過歐姆龍DP通訊專用接口模塊實(shí)現(xiàn)與PCS7系統(tǒng)的通訊。

4.2 采用MODBUS通訊的設(shè)備

MODBUS通訊設(shè)備主要包括：

（1）蒸汽累積計(jì)算儀，通過RS-485連接到PCS7系統(tǒng)的CP341模塊，實(shí)現(xiàn)通訊。

（2）電制冷機(jī)組，通過約克MODBUS通訊專用接口模塊，連接PCS7系統(tǒng)的CP341模塊實(shí)現(xiàn)通訊。

5 基于PCS7的報(bào)表系統(tǒng)

系統(tǒng)通過底層SQL server數(shù)據(jù)庫建立的報(bào)表功能自動(dòng)生成每日?qǐng)?bào)表及月度、年度報(bào)表，報(bào)表記錄了各個(gè)關(guān)鍵運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不可更改，以紙質(zhì)形式打印保存，符合GMP對(duì)數(shù)據(jù)真實(shí)性的要求。

6 PCS7硬件組態(tài)

該硬件組態(tài)圖如圖4所示。CPU盤柜安裝于口服液車間，用于口服液車間的一切控制與數(shù)據(jù)采集。

采用控制器AS417，16M，AC/10 A，9槽機(jī)架，電源PS407 10A，通過CP443-5 Ext實(shí)現(xiàn)兩層DP通訊，通過ET200站實(shí)現(xiàn)分布式I/O數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)輸出?？照{(diào)風(fēng)機(jī)運(yùn)行變頻器有ABB ACS510、Siemens MM 430兩種型號(hào)，在Options下的Install GSD file選擇兩種變頻器的GSD文件進(jìn)行安裝，視安裝位置不同分別連接于兩層通訊網(wǎng)絡(luò)中。ACS510型變頻器組態(tài)時(shí)，選擇其Order Number/Designation為PPO Type2；MM 430型變頻器組態(tài)時(shí)，選擇其Order Number/Designation為0 PKW，8 PZD whole cons。其余3臺(tái)S7-300設(shè)備CPU也組態(tài)于網(wǎng)絡(luò)中。首先，在每臺(tái)CPU硬件程序中Station下選擇Export導(dǎo)出其硬件組態(tài)，再在AS01中的Station下選擇Import導(dǎo)入S7-300的硬件。將CP443-5 Ext設(shè)置為DPmaster，將S7-300的DP設(shè)置為DPslave，然后組態(tài)傳送地址即可進(jìn)行S7-300與S7-400的通訊。這樣能很好地體現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定與共享。

7 結(jié)語

PCS7系統(tǒng)作為西門子品牌中的高端應(yīng)用平臺(tái)，在各行中均有應(yīng)用。該系統(tǒng)的功能在揚(yáng)子江藥業(yè)的FMCS系統(tǒng)中發(fā)揮得淋漓盡致，尤其在HVAC系統(tǒng)的控制與公用系統(tǒng)的通訊上表現(xiàn)得更出色。其強(qiáng)大的功能為廠務(wù)設(shè)施設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也使在設(shè)備維護(hù)崗位上辛勤工作的人員提高了工作效率。又因其具有高容量、易于擴(kuò)展的特性，從而在以后的使用過程中有了精益求精的空間。同時(shí)，本套系統(tǒng)的多種功能符合新版GMP的要求，因此將成為醫(yī)藥企業(yè)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的首選方式。

［1］趙衛(wèi)東，劉和平，辛宏，等.S7-400和西門子Micromaster 430的Prof ibus-DP通訊［J］.有色金屬加工，2009（10）

［2］劉致龍.WINCC在FMCS系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.中國工控網(wǎng)2007（9）