基于西門子新一代 Smart 系列 PLC 的凈化空調(diào)控制系統(tǒng)

湖南艾歐曼自動化設(shè)備有限公司轉(zhuǎn)載:

1、項目概況：

某制藥公司固體制劑車間空調(diào)系統(tǒng)進行升級改造，滿足其生產(chǎn)需要的環(huán)境參數(shù)及通過國家 GMP 改造驗收。項目總共3臺空調(diào)機組，每臺空調(diào)機組分布在不同空調(diào)機房，分別對應(yīng)不同區(qū)域送風(fēng)，通過控制變頻送風(fēng)機、冷熱水閥、加溫閥、新風(fēng)/回風(fēng)/排風(fēng)閥等，滿足車間對溫度、濕度、壓差的設(shè)計要求。

2、系統(tǒng)選型：

對于單臺的空調(diào)機組要求配置帶 CPU 的控制器，井需通過以太網(wǎng)通信配置 HMI 就地監(jiān)控，單臺空調(diào)機組控制l0點位：DI:20，DO:7，AI:11，AO:5，共計43，綜合 IO 點位及設(shè)計要求擬采用西門子新一代 SMART 系列 PLC。選用型號為ST40控制器(24DI/16DO)，配套擴展模塊3塊 EM AM06 (4AI/2AO)來組成控制系統(tǒng)，并且系統(tǒng) IO 余量滿足設(shè)計要求。

3、系統(tǒng)設(shè)計思路：

每臺潔凈空調(diào)機組對應(yīng)的控制系統(tǒng)采用一套 Smart 系列 PLC 并配套擴展模塊構(gòu)成系統(tǒng)，對系統(tǒng)各個參數(shù)以及房間溫濕度、壓差進行采集，并通過 CPU 運算控制對應(yīng)設(shè)備，以達到恒溫、恒濕、恒壓的目的。各個系統(tǒng)通過以太網(wǎng)通訊方式與上位機連接，遠程采集、監(jiān)視、收集、記錄、保存有關(guān)系統(tǒng)的重要信息及數(shù)據(jù)，作到一體化管理。

系統(tǒng)采用*的 SIEMENS S7-Smart 產(chǎn)品，運用數(shù)字控制技術(shù)，建立全部受控設(shè)備的控制系統(tǒng)。注重系統(tǒng)的可靠性和維護、管理的便捷性，每套空調(diào)系統(tǒng)采用一臺 PLC 控制，每個空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)場采用7吋觸摸屏進行就地監(jiān)視控制，并通過 PC Access SMART 與上位機進行通信。

對空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備采用現(xiàn)代化技術(shù)進行全面有效的監(jiān)控和管理，可建立統(tǒng)一的管理系統(tǒng)，實觀設(shè)備的數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)分析和遠程監(jiān)控，確保設(shè)備處于、節(jié)能、*運行狀態(tài)，提供一個安全、舒適、快捷的工作環(huán)境，并達到有效管理，節(jié)約能源消耗，減低營運成本。

4、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5、系統(tǒng) IO 點表清單：

此為一臺空調(diào)機組對應(yīng) IO 清單，其他兩臺基本一致。

6、控制功能描述：

潔凈醫(yī)藥廠房空調(diào)控制模式通常比一般暖通空調(diào)控制工藝更加繁瑣一些，主要分為以下工藝模式：

1、正常模式：

正常運行模式下新風(fēng)閥根據(jù)房間壓力控制開度，送風(fēng)機頻率根據(jù)送風(fēng)風(fēng)量控制，消毒排風(fēng)機及其排風(fēng)閥關(guān)閉，回風(fēng)閥打開，排風(fēng)機與送風(fēng)機連鎖運行；

溫濕度控制：(在回風(fēng)管設(shè)置溫度傳感器檢測系統(tǒng)溫濕度)；

夏季模式：調(diào)節(jié)表冷盤管電動雙通閥的開度以控制室內(nèi)溫、濕度，濕度優(yōu)先；

冬季模式：調(diào)節(jié)蒸汽加熱電動雙通閥的開度以控制室內(nèi)溫度，控制電動蒸汽加濕閥的開度以控制室內(nèi)濕度：

2、消毒模式

在車間日常生產(chǎn)結(jié)束，整個車間進行消毒時，凈化空調(diào)機組處于消毒模式。

在畫面上操作(點擊)消毒模式按鈕，系統(tǒng)進入消毒模式。消毒模式分為如下幾步：

1)、消毒準備階段

系統(tǒng)發(fā)出消毒模式信號關(guān)閉新風(fēng)閥和排風(fēng)閥，關(guān)閉房間排風(fēng)機，回風(fēng)閥打開、低頻(可調(diào))運行送風(fēng)機?，F(xiàn)場操作人員對現(xiàn)場設(shè)備進行檢查和處理，處理完后，在 HMI 上進行確認，系統(tǒng)進入下一步。

2)、消毒階段

在確認現(xiàn)場處理完畢后，遠程控制臭氧發(fā)生器，并監(jiān)視臭氧發(fā)生器狀態(tài)，在開啟一段時間（可設(shè)置）后，送風(fēng)機循環(huán)運行，并保持一定時間(可設(shè)定)，關(guān)閉臭氧發(fā)生器，停止消毒。

3、排風(fēng)模式

系統(tǒng)消毒完畢以后(臭氧發(fā)生器關(guān)閉以后可以選擇系統(tǒng)停止一段時間)，系統(tǒng)處于排風(fēng)模式，凈化空調(diào)機組開啟新風(fēng)電動風(fēng)閥、送風(fēng)機、排風(fēng)機及排風(fēng)閥、消毒排風(fēng)機及消毒排風(fēng)電動風(fēng)閥(送風(fēng)機頻率可手動設(shè)置)，系統(tǒng)開始計時(可調(diào))排風(fēng)，計時結(jié)束以后進入正?；蛘咧蛋嗄Ｊ?。

4、值班模式

車間在沒有生產(chǎn)工作時，在某些時間段仍需要保持房間的潔凈度和壓力，維持房間的微正壓，而在保持潔凈目的的同時有需要節(jié)約能源，此時凈化空調(diào)機組處于值班模式。在值班模式下，在維持車間內(nèi)微正壓的前提下，可以手動調(diào)低送風(fēng)機送風(fēng)頻率，節(jié)約能耗。

凈化空調(diào)機組根據(jù)功能分為：正常運行模式、消毒模式、排風(fēng)模式、值班模式。在控制系統(tǒng)操作界面中開放出各個模式的選擇按鈕，操作人員可根據(jù)工藝需要手動選擇工作模式，或者在系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)置每個模式定時控制時問，由 PLC 自動根據(jù)定時控制開啟系統(tǒng)的各個模式。

空調(diào)機組工藝流程：

1)溫濕度控制：(在回風(fēng)管設(shè)置溫濕度傳感器檢測系統(tǒng)溫濕度)

夏季：調(diào)節(jié)表冷盤管電動雙通閥的開度以控制室內(nèi)溫、濕度，濕度優(yōu)先。如果因為控制濕度而使室內(nèi)溫度過低時，調(diào)節(jié)蒸汽加熱電動雙通閥的開度以控制室內(nèi)溫度。

冬季：調(diào)節(jié)蒸汽加熱電動雙通閥的開度以控制空內(nèi)溫度：控制電動干蒸汽加溫器的開度以控制室內(nèi)濕度。

過度季節(jié)：從夏季到冬季，調(diào)節(jié)表冷盤管電動雙通閥的開度以控制空內(nèi)溫、濕度，濕度優(yōu)先。如果因為控制濕度而使空內(nèi)溫度過低時，調(diào)節(jié)蒸汽加熱電動雙通閥的開度以控制室內(nèi)溫度。從冬季到夏季，調(diào)節(jié)蒸汽加熱電動雙通閥的開度以控制空內(nèi)溫度；控制電動干蒸汽加濕器的開度以控制室內(nèi)濕度。

2)風(fēng)量控制：

在送風(fēng)管上設(shè)置送風(fēng)風(fēng)速檢測儀表，從而控制送風(fēng)機變頻器頻率以恒定房間的風(fēng)量。

3)過濾器設(shè)壓差空氣壓差開關(guān)，檢測初效和中效過濾器的狀態(tài)：

新風(fēng)過濾網(wǎng)：100PA(機械可調(diào))；

初效：100PA(機械可調(diào))；

中效: 200PA(機械可調(diào))；

房問濾網(wǎng)設(shè)置壓差傳感器，檢査濾網(wǎng)狀態(tài)；

4)新風(fēng)閥控制：

通過采集檢測房間的壓力，控制新風(fēng)閥的開度。

5)房間溫濕度檢測：

選取個別房間布置溫濕度傳感器，采集并顯示房間溫濕度；

6) 系統(tǒng)消毒控制：

正常運行時，新風(fēng)電動風(fēng)閥、回風(fēng)閥、送風(fēng)機和排風(fēng)機均開啟；關(guān)閉消毒排風(fēng)閥。

消毒時，關(guān)閉新風(fēng)、消毒排風(fēng)電動風(fēng)閥、和排風(fēng)機，然后打開回風(fēng)閥，延時打開臭氧發(fā)生器，送風(fēng)機循環(huán)并進行消毒，延時關(guān)閉臭氧發(fā)生器；

消毒完畢后，關(guān)用所有風(fēng)機和閥門滅茵一段時間，再開啟新風(fēng)電動風(fēng)閥、送風(fēng)機、消毒中效過濾排風(fēng)機及消毒中效過濾排風(fēng)電動風(fēng)閥，排出殘余消毒氣體后，系統(tǒng)恢復(fù)正常運行。

7)開關(guān)機順序：

開機：新風(fēng)電動風(fēng)閥一送風(fēng)機一中效排風(fēng)機

關(guān)機：排風(fēng)機一送風(fēng)機一新風(fēng)電動鳳閥

7、程序及 HMI 畫面介紹

PLC 程序按照功能分為不同的子程序，分別在主程序中調(diào)用：

A、模擬量采集子程序；

B、模擬量輸出子程序；

C、設(shè)備控制子程序；

D、 PID 控制子程序；

E、各種模式控制子程序

如下圖：

HMI 畫面例子：

8、總結(jié)

西門子新一代 Smart 系列 PLC 融合了經(jīng)典的 S7-200 系列的所有強大功能，在小型控制系統(tǒng)的應(yīng)用比較廣泛，而且性價比較高，而在醫(yī)藥行業(yè)暖通工藝較復(fù)雜的情況下，采用 DDC控制器在編寫程序及畫面組態(tài)比較固定繁瑣，相反 PLC 在用于這些行業(yè)內(nèi)則比較靈活，可根據(jù)用戶需求增加各種功能。

總的來說，Smart 系列 PLC 系統(tǒng)作為 S7-200 的升級換代產(chǎn)品，產(chǎn)品配置更加靈活，大限度的控制成本。在不額外占用電控柜空間的前提下，信號板擴展能更加貼合用戶的實際配置，提升產(chǎn)品的利用率，同時降低用戶的擴展成本。在原系列 PLC 的基礎(chǔ)上增強了通信功能，CPU 模塊本體標配以太網(wǎng)接口，集成了強大的以太網(wǎng)通信功能。一根普通的網(wǎng)線即可將程序下載到 PLC 中，方便快捷，省去了編程電纜。通過以太網(wǎng)接口還可與其它 CPU 模塊、觸摸屏、計算機進行通信，輕松組網(wǎng)。解決了以前頗為詬病的通信問題(RS485 PPI 通信較慢，加 EM277/CP243 則成本太高，并且兼顧了實用性、靈活性、應(yīng)用性為一體。

9、附件

模塊布局圖：

模塊接線圖：

實物圖：