互鎖控制在醫(yī)藥廠房氣閘室的應(yīng)用

董桂芹

（上海沃立工程技術(shù)有限公司，上海 201100）

1 氣閘室簡(jiǎn)介

潔凈區(qū)的空氣又稱潔凈室的空氣，將區(qū)域空間空氣中的懸浮粒子、微生物數(shù)控制在一定范圍內(nèi)?？諝獾臐崈舫潭瓤梢苑殖刹煌燃?jí)，各項(xiàng)科研、生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)空氣的潔凈程度要求也是不同的。藥品生產(chǎn)對(duì)空氣的潔凈程度要求非常高，該區(qū)域叫做GMP潔凈區(qū)，氣閘室是為保證潔凈區(qū)內(nèi)的空氣潔凈度而設(shè)置的緩沖室。氣閘室通常設(shè)置在同一潔凈區(qū)潔凈等級(jí)不同的兩個(gè)區(qū)域，或潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)之間。氣閘室一般安裝有兩扇或多扇不能同時(shí)打開的門，目的是阻斷潔凈要求不同的兩個(gè)區(qū)域的空氣流動(dòng)，如圖1所示。為了維持潔凈室內(nèi)的氣流方向，防止交叉污染，一般在（人流、物流通道門）潔凈區(qū)與非潔凈區(qū)或高潔凈區(qū)與低潔凈區(qū)之間，增設(shè)電子互鎖機(jī)構(gòu)。一般采用雙門互鎖，也有三門、四門互鎖。

圖1 氣閘室互鎖門

2 互鎖控制

互鎖聯(lián)動(dòng)門是指兩道或多道門之間具有互鎖聯(lián)動(dòng)的功能，即當(dāng)一道門被打開時(shí)，其他門將打不開，只有當(dāng)所有門都關(guān)上時(shí)，才能打開其中的任一道門。該文將以某新建高致敏固體制劑車間項(xiàng)目為例，詳細(xì)闡述如何用PLC對(duì)氣閘室進(jìn)行互鎖控制，保證兩扇門不能同時(shí)開啟，并進(jìn)行相應(yīng)的狀態(tài)和故障指示。

2.1 系統(tǒng)硬件組成

互鎖門系統(tǒng)（如圖 2 所示）由門體、自動(dòng)門機(jī)、電磁鎖（如圖 3 所示）、非觸式出門感應(yīng)器（如圖 4所示）、緊急按鈕及控制柜組成。

圖2 互鎖門系統(tǒng)組成

圖3 電磁鎖

圖4 非觸式開門開關(guān)

其中門體為建筑配置范圍，在此不做詳述，該文重點(diǎn)介紹以下控制部件。

一組互鎖門有12個(gè)點(diǎn)10個(gè)點(diǎn)，其中點(diǎn)包括非觸式感應(yīng)器信號(hào)4個(gè)，電磁鎖反饋信號(hào)2個(gè)，自動(dòng)門機(jī)報(bào)警狀態(tài)信號(hào)2個(gè)，緊急按鈕信號(hào)4個(gè)，點(diǎn)包括電磁鎖開信號(hào)2個(gè)，自動(dòng)門機(jī)開信號(hào)2個(gè)，紅綠指示燈及蜂鳴器信號(hào)各3個(gè)計(jì)6個(gè)。該項(xiàng)目工藝過(guò)程比較固定、環(huán)境條件較好且均為開關(guān)量控制，無(wú)增容需求，因此選用西門子S7-200系列CPU 6ES7216-2AD23-0XB0，其自帶24輸入16輸出，滿足存儲(chǔ)容量和I/O點(diǎn)數(shù)2個(gè)方面的要求且相對(duì)經(jīng)濟(jì)。

自動(dòng)門是指可以將人靠近門的動(dòng)作或?qū)⒛撤N開門授權(quán)（該文中特指非接觸式開門開關(guān)）識(shí)別為開門信號(hào)的控制單元，采用驅(qū)動(dòng)裝置將門開啟，在人離開以后，門可以自動(dòng)關(guān)閉。自動(dòng)門機(jī)自監(jiān)測(cè)全監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)，在檢測(cè)到潛在危險(xiǎn)如夾人情況時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)并提示。自動(dòng)門機(jī)是自動(dòng)門的動(dòng)力指揮中心，就像人類的大腦一樣，支配動(dòng)作，發(fā)出相應(yīng)指令。

自動(dòng)門能有效地防止手直接接觸門把手，阻斷了交叉污染的途徑，這點(diǎn)對(duì)潔凈室是相當(dāng)重要的；方便了操作人員及貨物的進(jìn)出，加快了通行速度，降低交叉污染的概率，也起到一定的節(jié)能作用；同時(shí)也大大減少了由于操作人員關(guān)門動(dòng)作不當(dāng)造成的互鎖門報(bào)警的情況?；谝陨显?，該項(xiàng)目采用了自動(dòng)門而非傳統(tǒng)的手推門。

在修辭的使用上，二者都采用了映照、比喻、移就、比擬、反復(fù)、借代的修辭格以使歌曲更加豐富多層次，增強(qiáng)文字的感染力。形象生動(dòng)的詞句也是二者獲得成功的關(guān)鍵之處。

電磁鎖也稱為磁力鎖，是一種電磁鐵+鐵塊組合、利用電流產(chǎn)生磁力的門鎖設(shè)備，當(dāng)電流通過(guò)電磁鎖的硅鋼片時(shí)，電磁鎖會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的磁力緊緊地吸住鐵板，然后鎖門，當(dāng)接收到開門信號(hào)后即斷電，電磁鎖失去磁力即可開門，電磁鎖是一種斷電開門的電鎖。2.1.2章節(jié)描述的自動(dòng)門機(jī)僅能起到自動(dòng)開關(guān)門的作用，外力可以輕易扒開門片，無(wú)法實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制鎖門功能，因此須在每道門上加裝電磁鎖，電磁鎖為實(shí)現(xiàn)該文互鎖功能的重要元器件。電磁鎖帶反饋信號(hào)，即當(dāng)電磁鎖鎖住時(shí)鎖上指示燈亮起，并同時(shí)送出常開或常閉信號(hào)，門鎖打開時(shí)，該信號(hào)反向發(fā)送。

非觸式開門開關(guān)即自動(dòng)門感應(yīng)器屬于感應(yīng)類的傳感器產(chǎn)品，一般通過(guò)微波、紅外感應(yīng)等方式實(shí)現(xiàn)。

該項(xiàng)目的應(yīng)用場(chǎng)所為醫(yī)藥潔凈廠房，人員流動(dòng)不密集，同時(shí)會(huì)有貨物運(yùn)送需求，選用紅外感應(yīng)更為合適。

非觸式開門開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)如下：1）開門開關(guān)更耐磨損，使用壽命更長(zhǎng)。2）無(wú)須接觸，無(wú)污染和衛(wèi)生問(wèn)題。第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是該項(xiàng)目采用非觸式開門開關(guān)的原因。

每扇互鎖門的兩側(cè)都應(yīng)安裝醒目的應(yīng)急按鈕，在突發(fā)狀況時(shí)能保證操作人員安全逃生，該應(yīng)急按鈕直接切斷電磁鎖的電源，并將狀態(tài)返回至PLC集中報(bào)警，該應(yīng)急按鈕為自保持型，須手動(dòng)復(fù)位。

2.2 系統(tǒng)配置點(diǎn)表

系統(tǒng)配置點(diǎn)表也就是常說(shuō)的I/O點(diǎn)表，即輸入Input和輸出Output，具體來(lái)說(shuō)就是將每個(gè)檢測(cè)儀表對(duì)應(yīng)PLC的一個(gè)輸入通道，每個(gè)執(zhí)行元件對(duì)應(yīng)PLC的一個(gè)輸出通道，系統(tǒng)的I/O點(diǎn)表數(shù)量直接影響PLC的選型，該項(xiàng)目的系統(tǒng)配置點(diǎn)見表1，因該項(xiàng)目I/O數(shù)量不多且均為數(shù)字量（Digital）輸入輸出，因此選用了西門子S7-200系列，見2.1.1章節(jié)描述。

表1 系統(tǒng)配置點(diǎn)表

2.3 邏輯控制流程圖

設(shè)計(jì)自動(dòng)控制程序時(shí)，一定要充分考慮系統(tǒng)中的各種邏輯互鎖關(guān)系、順序控制關(guān)系，確保系統(tǒng)按控制要求正常運(yùn)行，邏輯控制流程圖表示程序的執(zhí)行流程，是描述整個(gè)系統(tǒng)控制次序和信息交換的示意圖。

邏輯控制流程圖使軟件的功能更直觀，讓不懂軟件的人也容易看懂，可以說(shuō)它是用戶與軟件設(shè)計(jì)師之間交流、溝通的橋梁。

該系統(tǒng)選用 STEP7 編程軟件，采用結(jié)構(gòu)化編程與模塊化編程相結(jié)合的方式，使各部分互不影響，便于調(diào)試，同時(shí)提高了CPU 的利用率，其控制流程如下。

以互鎖門A為例，系統(tǒng)上電運(yùn)行后，PLC 采用循環(huán)掃描方式，若互鎖門B為關(guān)閉狀態(tài)，互鎖門A綠燈亮，表示可以開門；若互鎖門B為打開狀態(tài)，互鎖門A紅燈亮，表示不可以開門；若互鎖門A&B均為打開狀態(tài)，或互鎖門A為打開狀態(tài)且非觸式感應(yīng)器未動(dòng)作且開門也不在延時(shí)狀態(tài)，或緊急按鈕被按下，或自動(dòng)門機(jī)及電磁鎖均應(yīng)關(guān)而門磁反饋卻為開，即門未按要求關(guān)閉情況（如異物卡住），紅燈應(yīng)閃爍且蜂鳴器長(zhǎng)鳴。如圖5、圖6所示。

圖5 邏輯控制流程圖（一）

圖6 邏輯控制流程圖（二）

互鎖門B的狀態(tài)及報(bào)警邏輯同互鎖門A，此處不再詳述。

2.4 系統(tǒng)PLC編程代碼

STEP7-Micro/WIN32 是西門子專用編程軟件，專門為S7-200 系列可編程控制器而設(shè)計(jì)開發(fā)，它是基于 Windows操作系統(tǒng)開發(fā)的應(yīng)用軟件。STEP7-Micro/WIN32 允許用戶完成邏輯程序的設(shè)計(jì)開發(fā)、編譯及管理，參數(shù)變量的監(jiān)視和修改以及下載同步到 PLC 控制器上，同時(shí)可以監(jiān)視整個(gè) PLC運(yùn)行狀態(tài)等功能。程序會(huì)被保存在控制器內(nèi)，斷電不會(huì)丟失程序數(shù)據(jù)。斷電恢復(fù)后每個(gè)本地獨(dú)立氣閘門互鎖控制器能夠自啟動(dòng)并且自動(dòng)回到正常操作模式。

該項(xiàng)目選用的控制器為西門子PLC S7-200，而作為PLC的第一編程語(yǔ)言的梯形圖（LAD）具有形象、直觀、實(shí)用等特點(diǎn)，該項(xiàng)目采用梯形圖作為編程語(yǔ)言。

3 結(jié)論

該文簡(jiǎn)要介紹了氣閘互鎖系統(tǒng)的組成和實(shí)現(xiàn)的功能，選用了西門子PLC S7-200，在該基礎(chǔ)上配置適當(dāng)?shù)能浻布?，并設(shè)置了最優(yōu)程序，目的是對(duì)需要互鎖的房間進(jìn)行門開關(guān)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和互鎖控制，防止氣流在有壓差的各工藝房間循環(huán)污染。驗(yàn)收結(jié)果表明該系統(tǒng)具有運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作方便、易于維護(hù)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等優(yōu)點(diǎn)。新增的互鎖控制功能大大提升了該廠房的整體自動(dòng)化水平，提高了該品牌的產(chǎn)品品質(zhì)。