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

丁方悅 韋 軍

（揚子江藥業(yè)集團，江蘇泰州225321）

0 引言

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

PCS7是西門子的DCS系統(tǒng)，基于過程自動化，從傳感器、執(zhí)行器到控制器再到上位機，自下而上形成完整的TIA（全集成自動化）架構(gòu)。PCS7是全集成自動化平臺，可以讓分散開來的設(shè)備或設(shè)施實現(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行設(shè)備巡檢即可，其強大的數(shù)據(jù)采集功能使得報表和數(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。下面筆者對揚子江藥業(yè)FMCS系統(tǒng)中PCS7的應(yīng)用展開闡述。

1 揚子江藥業(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級分布式的綜合自動化系統(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（實時、歷史數(shù)據(jù)）、網(wǎng)絡(luò)打印機等；

第2層為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)層，即各個模塊（口服液車間、固體制劑車間、動力中心、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個工程師站、1對冗余服務(wù)器、6個操作員站和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

數(shù)據(jù)采集點包括：空調(diào)新風溫度、新風濕度、回風溫度、回風濕度、冷凍水進水壓力、冷凍水進水溫度、一次表冷回水溫度、二次表冷回水溫度、一次表冷后露點溫度、二次表冷后露點溫度、送風溫度、送風濕度、送風風速、送風壓力、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)模式下的風機頻率較高。

空調(diào)同時還設(shè)定維修模式，維修模式啟動有2種：空調(diào)正常停機時、儀表維修時。在維修模式下，系統(tǒng)對于傳感器檢測異常不進行報警。

2.2.2 空調(diào)機組的啟停連鎖控制

啟動時：（1）打開新風密閉閥和回風閥；（2）在設(shè)定的時間內(nèi)收到風閥打開的狀態(tài)信號后，啟動送風風機，各個調(diào)節(jié)閥使能給定；（3）啟動風機時，所有輸入點故障報警啟動，所有輸出點動作。

停止時：（1）停止送風風機；（2）關(guān)閉新風密閉閥、回風閥，關(guān)閉各個調(diào)節(jié)閥門；（3）所有輸入點故障報警抑制，所有輸出點復(fù)位。

2.2.3 送風風機的啟動和停止控制

為符合新版GMP對潔凈區(qū)壓差的要求，送風風機采用變頻器驅(qū)動，根據(jù)送風量調(diào)節(jié)頻率，同時風機具有遠程、就地功能，選擇開關(guān)置于就地時可以就地啟動和停止，運行狀態(tài)參數(shù)上傳至FMCS系統(tǒng)。當選擇開關(guān)置于自動時，風機可以在FMCS系統(tǒng)中進行遠程控制。

2.2.4 房間溫度的控制

采集房間溫濕度時僅采集潔凈室關(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，當房間溫度高時，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。當空氣濕度比較大需要除濕時，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。

在進行控制時，一次、二次表冷水閥由溫度和濕度2個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)報警，同時記錄下此異常及處理時間。

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，供維護人員日常巡檢時觀察及進行維護使用。此動作信號同時上傳至FMCS系統(tǒng)，進行報警。

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)，再以報表形式輸出，以供能源計量與數(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通訊模塊實現(xiàn)與PCS7系統(tǒng)的通訊。

（2）冷凍機組，通過專用接口模塊實現(xiàn)與PCS7系統(tǒng)的通訊。

（3）純水機組，現(xiàn)場為S7-300PLC，通過S7-300的DP接口實現(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通訊模塊實現(xiàn)與PCS7系統(tǒng)的通訊。

（8）溴化鋰機組，通過歐姆龍DP通訊專用接口模塊實現(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）蒸汽累積計算儀，通過RS-485連接到PCS7系統(tǒng)的CP341模塊，實現(xiàn)通訊。

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

5 基于PCS7的報表系統(tǒng)

系統(tǒng)通過底層SQL server數(shù)據(jù)庫建立的報表功能自動生成每日報表及月度、年度報表，報表記錄了各個關(guān)鍵運行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不可更改，以紙質(zhì)形式打印保存，符合GMP對數(shù)據(jù)真實性的要求。

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槽機架，電源PS407 10A，通過CP443-5 Ext實現(xiàn)兩層DP通訊，通過ET200站實現(xiàn)分布式I/O數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)輸出。空調(diào)風機運行變頻器有ABB ACS510、Siemens MM 430兩種型號，在Options下的Install GSD file選擇兩種變頻器的GSD文件進行安裝，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，選擇其Order Number/Designation為PPO Type2；MM 430型變頻器組態(tài)時，選擇其Order Number/Designation為0 PKW，8 PZD whole cons。其余3臺S7-300設(shè)備CPU也組態(tài)于網(wǎng)絡(luò)中。首先，在每臺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，在各行中均有應(yīng)用。該系統(tǒng)的功能在揚子江藥業(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。其強大的功能為廠務(wù)設(shè)施設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)奠定了堅實的基礎(chǔ)，也使在設(shè)備維護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，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）