PCS7系统在制药企业FMCS系统中的应用

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）