PCS7系统在制药企业FMCS系统中的应用
2013-03-18丁方悦
丁方悦 韦 军
(扬子江药业集团,江苏泰州225321)
0 引言
在现代制药生产中,自动化控制显得尤为重要。自动化控制系统的合理使用会使生产、工作效率大大提高。
PCS7是西门子的DCS系统,基于过程自动化,从传感器、执行器到控制器再到上位机,自下而上形成完整的TIA(全集成自动化)架构。PCS7是全集成自动化平台,可以让分散开来的设备或设施实现集中控制,大大减少人工成本以及人工操作出现的失误,只需人员定期或不定期地进行设备巡检即可,其强大的数据采集功能使得报表和数据趋势分析有了基本的保障。PCS7的硬件组态操作方便,连接方式直观。下面笔者对扬子江药业FMCS系统中PCS7的应用展开阐述。
1 扬子江药业FMCS系统详述
FMCS(Facility Managementand Control System,其意为厂务监控系统)是厂内制造过程中所用的监控系统。扬子江药业FMCS系统共有3栋厂房,涉及HVAC自控系统、能源管理系统、公用系统等,采用开放互连3层网络3级分布式的综合自动化系统体系结构。
第1层为综合信息处理层,网络硬件包括数据库服务器(实时、历史数据)、网络打印机等;
第2层为监控网络层,即各个模块(口服液车间、固体制剂车间、动力中心、HVAC系统、公用系统、能源系统共5大模块)的监控系统,其网络硬件包括1个工程师站、1对冗余服务器、6个操作员站和3套主控制器;
第3层为现场控制总线层,是各控制系统控制器与I/O设备之间的通讯网络,其网络硬件包括各个监控系统的控制器、分布式I/O设备等其他网络架构,如图1所示。
2 基于PCS7的HVAC系统控制要求
其控制画面如图2所示。
2.1 数据采集点
数据采集点包括:空调新风温度、新风湿度、回风温度、回风湿度、冷冻水进水压力、冷冻水进水温度、一次表冷回水温度、二次表冷回水温度、一次表冷后露点温度、二次表冷后露点温度、送风温度、送风湿度、送风风速、送风压力、蒸汽加热压力、蒸汽加湿压力、洁净区室内温度、洁净区室内湿度、洁净区房间压差。
2.2 控制方式
2.2.1 空调模式控制
空调模式分为生产模式、停产模式2种,其具体选择哪种模式,取决于生产车间是否安排生产。与停产模式相比,生产模式下的风机频率较高。
空调同时还设定维修模式,维修模式启动有2种:空调正常停机时、仪表维修时。在维修模式下,系统对于传感器检测异常不进行报警。
2.2.2 空调机组的启停连锁控制
启动时:(1)打开新风密闭阀和回风阀;(2)在设定的时间内收到风阀打开的状态信号后,启动送风风机,各个调节阀使能给定;(3)启动风机时,所有输入点故障报警启动,所有输出点动作。
停止时:(1)停止送风风机;(2)关闭新风密闭阀、回风阀,关闭各个调节阀门;(3)所有输入点故障报警抑制,所有输出点复位。
2.2.3 送风风机的启动和停止控制
为符合新版GMP对洁净区压差的要求,送风风机采用变频器驱动,根据送风量调节频率,同时风机具有远程、就地功能,选择开关置于就地时可以就地启动和停止,运行状态参数上传至FMCS系统。当选择开关置于自动时,风机可以在FMCS系统中进行远程控制。
2.2.4 房间温度的控制
采集房间温湿度时仅采集洁净室关键功能房间的温湿度;温湿度监测限于产热、产湿、生产工艺有要求的房间。
房间温度的控制主要是根据二表冷水阀和蒸汽加热阀的分程控制,当房间温度高时,先关闭蒸汽加热阀,再打开二表冷水阀。
2.2.5 房间湿度的控制
房间湿度的控制,主要有2种情况。当空气湿度比较大需要除湿时,先打开一表冷水阀门,如果湿度还是降不下来,则打开二表冷水阀门;如果房间湿度偏低,则打开蒸汽加湿阀。
在进行控制时,一次、二次表冷水阀由温度和湿度2个PID回路分程控制,阀门开度取较大值。
2.2.6 房间压力的控制
房间压力的控制包括功能间之间压差监测。根据新版GMP要求,本套系统中压差监测限于有工艺功能间与洁净走廊间压差,缓冲至更鞋、更衣再到缓冲间的压差,与非洁净区有连通的功能间与非洁净区间压差,不同洁净级别有相连的功能间之间的压差。
在空调服务的一些房间里设置压差变送器,参考点设在房间外公共区域,并将测量数据传至FMCS系统,若出现异常,系统报警,同时记录下此异常及处理时间。
2.2.7 过滤器的压差开关
在初效过滤器和中效过滤器的两侧均设有1只压差开关,压差开关可以就地在现场触摸屏显示,供维护人员日常巡检时观察及进行维护使用。此动作信号同时上传至FMCS系统,进行报警。
3 基于PCS7的能源管理系统控制要求
基于PCS7的能源管理系统采用MODBUS TCP的方式通过以太网口读取电力仪表的数据,再以报表形式输出,以供能源计量与数据分析。其画面如图3所示。
4 基于PCS7的公用系统控制要求
公用系统的监测主要是针对提供公用介质的设备。其数据采集均采用通讯方式进行,共涉及2种通讯方式:Profibus-DP、MODBUS。
4.1 采用DP通讯的设备
DP通讯设备主要包括:
(1)臭氧发生器,现场为S7-200PLC,通过EM 277通讯模块实现与PCS7系统的通讯。
(2)冷冻机组,通过专用接口模块实现与PCS7系统的通讯。
(3)纯水机组,现场为S7-300PLC,通过S7-300的DP接口实现与PCS7的通讯。
(4)纯蒸汽发生器,现场为S7-300PLC,通过S7-300的DP接口实现与PCS7的通讯。
(5)纯化水分配系统,现场为S7-300PLC,通过S7-300的DP接口实现与PCS7的通讯。
(6)压缩空气,通过英格索兰DP通讯专用接口模块实现与PCS7系统的通讯。
(7)真空系统,现场为S7-200PLC,通过EM 277通讯模块实现与PCS7系统的通讯。
(8)溴化锂机组,通过欧姆龙DP通讯专用接口模块实现与PCS7系统的通讯。
4.2 采用MODBUS通讯的设备
MODBUS通讯设备主要包括:
(1)蒸汽累积计算仪,通过RS-485连接到PCS7系统的CP341模块,实现通讯。
(2)电制冷机组,通过约克MODBUS通讯专用接口模块,连接PCS7系统的CP341模块实现通讯。
5 基于PCS7的报表系统
系统通过底层SQL server数据库建立的报表功能自动生成每日报表及月度、年度报表,报表记录了各个关键运行数据,数据不可更改,以纸质形式打印保存,符合GMP对数据真实性的要求。
6 PCS7硬件组态
该硬件组态图如图4所示。CPU盘柜安装于口服液车间,用于口服液车间的一切控制与数据采集。
采用控制器AS417,16M,AC/10 A,9槽机架,电源PS407 10A,通过CP443-5 Ext实现两层DP通讯,通过ET200站实现分布式I/O数据采集与数据输出。空调风机运行变频器有ABB ACS510、Siemens MM 430两种型号,在Options下的Install GSD file选择两种变频器的GSD文件进行安装,视安装位置不同分别连接于两层通讯网络中。ACS510型变频器组态时,选择其Order Number/Designation为PPO Type2;MM 430型变频器组态时,选择其Order Number/Designation为0 PKW,8 PZD whole cons。其余3台S7-300设备CPU也组态于网络中。首先,在每台CPU硬件程序中Station下选择Export导出其硬件组态,再在AS01中的Station下选择Import导入S7-300的硬件。将CP443-5 Ext设置为DPmaster,将S7-300的DP设置为DPslave,然后组态传送地址即可进行S7-300与S7-400的通讯。这样能很好地体现数据稳定与共享。
7 结语
PCS7系统作为西门子品牌中的高端应用平台,在各行中均有应用。该系统的功能在扬子江药业的FMCS系统中发挥得淋漓尽致,尤其在HVAC系统的控制与公用系统的通讯上表现得更出色。其强大的功能为厂务设施设备的正常运转奠定了坚实的基础,也使在设备维护岗位上辛勤工作的人员提高了工作效率。又因其具有高容量、易于扩展的特性,从而在以后的使用过程中有了精益求精的空间。同时,本套系统的多种功能符合新版GMP的要求,因此将成为医药企业工业自动化应用的首选方式。
[1]赵卫东,刘和平,辛宏,等.S7-400和西门子Micromaster 430的Prof ibus-DP通讯[J].有色金属加工,2009(10)
[2]刘致龙.WINCC在FMCS系统中的应用[J].中国工控网2007(9)