西门子PCS7系统在空调自控系统中的应用

摘要本文阐述了西门子PCS7系统在空调自控系统中的应用。文中详细介绍了如何配置及运用西门子PCS7系统来构建车间的空调自控系统，并实现了工艺要求的各种功能。

【关键词】PCS7 空调自控系统

西门子PCS7系统是完全无缝集成的自动化解决方案。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。主要包括Step7、CFC、SFC、Simatic Net和WinCC以及PDM等软件，组态对象选用S7-400高端CPU，可以应用于所有工业领域，包括过程工业，制造工业，混合工业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化产品。作为先进的过程控制系统，SIMATIC PCS7 形成了一个带有典型过程组态特征的全集成系统。

空调自控系统的主要作用是对设备和系统的运行参数进行自动检测，并根据检测结果对设备和系统的运行状态进行自动调整，保证设备和系统的高效运行。大中型企业经常采用DCS系统对空调系统、通风系统和冷（热）源系统进行全面的调控，以满足生产需求，同时达到最佳节能效果。

1 项目背景及需求

本项目为我公司无菌制剂车间低压配电及空调自控系统，为全天候24小时运行系统，要求系统具有高可靠性，并且变于维护和操作。

本项目一共有25台空调机组以及9台排风机组，所有的空调机组集中安置在三层空调机房中。由于生产对环境温湿度以及相邻房间的压差要求比较高，所以需要大量的房间温湿度检测，压差检测以及一些调节阀。车间要求在操作员值班室，可对空调系统运行状态进行监管，同时要求在空调机房也能够进行监管，以方便在空调机组调试及维护。

为了真正实现设备的良好运转、保持良好的环境控制精度、降低设备管理及维护的成本，本项目采用西门子的最新一代PCS7自控系统。该系统是目前世界上最先进、可靠性最高、性能价格比最高的工业自控系统之一。该系统采用profibus网进行数据传输，图形化界面操作使用简便易行，从功能、速度和容量等诸多方面考察都非常适合于本项目。

2 空调自控系统综述

西门子SIMATIC PCS7是一款应用于工业过程控制系统的集成开发软件，本项目在PCS7开发平台上，设计了一款能较好适应复杂多变工况的空调自控系统。该系统由一对冗余PLC 控制器和profibus – DP总线、客户端/服务器人机界面、输入/输出模块 及现场设备组成。PLC通过工业以太网与工程师站、客户站通讯，而与远程输入/输出模块的通讯则通过Profibus。

服务器即工程师站安装在空调机房，主要使用于PLC和远程输入/输出模块配置。两台客户端安装在操作员值班室，用于系统监控。空调系统的远程控制人机界面通过WinCC实现。通过该软件在安全的环境下可进行实时/历史数据查看、数据归档、历史数据趋势分析、报警管理和系统操作。打印机与客户端连接并使用于监测数据趋势图打印。

3 空调自控系统网络结构图

本系统是一个基于PROFIBUS现场总线的集中控制系统，最底层是设备控制层，主要完成设备的现场控制及监测，第二层是管理层，主要完成空调系统的在线监测，并向设备控制层下达控制指令。

4 空调自控系统控制原理

4.1 温湿度控制

本系统控制、检测回风、新风、送风点的温湿度，与设定温湿度比较后，用PID控制输出相应的信号来控制冷水阀、热水阀以及加湿阀，使温湿度保持在所需的范围，达到温湿度的控制要求。

4.2 房间压差控制

送风风机由变频器驱动，送风管道风速测片和压差传感器检测送风管道动压，经过计算得出风管内的风速，根据风速的设定值和计算所得的风速的差值自动调节送风风机的频率，形成闭环控制，保证总送风风量。

4.3 其他监控

空调机滤网监控报警、排风中效滤网监控报警、所有风机的起停、运行、故障等、房间温湿度、房间压差。

5 空调自控系统控制方案

5.1 控制器及通讯网络的选用

本项目选用Siemens S7-400冗余控制器，该控制器是由两个S7-400控制器组成，正常情况下，一个控制器进行工作，另一个控制器后备。当第一个控制器失效时，另一个控制器能够立刻运行并工作。两台控制器间通过光纤进行数据的实时同步，从而保障在切换时没有任何的偏差。

控制器以及与其相连的IO站将被集成在8个控制柜中，控制器与IO站之间通过双Profibus-DP网络来进行数据通讯，既保障高速，又保障安全。

控制器通过工业以太网连接到服务器中，在服务器端，我们同样配置了CP1613以太网通讯卡，来保障服务器对冗余控制器的通讯。

5.2 上位机系统方案

我们在上位机系统中采用的服务器/客户机结构，配置一台性能优良的服务器以及2台客户机和一台打印机。各上位机将通过独立的以太网进行通讯。

服务器上集中存储了所有的生产数据，操作数据及报警记录。同时服务器也将作为工程师站，安装PCS7相关软件对整个系统进行维护。

客户机也就是操作员站，操作人员通过操作员站对空调设备进行全面有效的监控和管理。

6 空调自控系统功能

6.1 实时监控及数据动态记录功能

空调自控系统应用Wincc 组态软件，连续如实地采集和记录空调自控系统各传感器数据，以文字、数字、图形等方式进行实时显示和记录监测信息。操作人员在监控室可以对现场的各个相关设备的运行状态、故障报警以及各个相关参数进行监测，并可按工艺需求设置运行参数，控制相关设备的启停，实现对空调设备进行全面有效的监控和管理。

6.2 数据曲线显示功能

Wincc 组态软件还提供创建历史数据归档功能，用户可查看相关数据的历史数据和当前的动态数据，并可以绘制成曲线。

6.3 电子签名功能

WinCC集成 SIMATIC Logon 进行集中用户管理功能，保证自控系统中电子签名符合GMP的要求。进入监控软件时，系统会弹出用户登陆窗口，操作者必须在窗口中输入正确的用户名和密码后才可以进行相应的操作。

6.4 报警及消息的监视和操作

在WinCC的操作界面上可以打开消息页来监视系统的报警及其他消息信息，用户可按消息分类进行相应操作。

7 结束语

综上所述，我公司运用西门子PCS7系统，成功搭建了无菌制剂车间空调自控系统，并实现了工艺提出的各种功能。空调自控系统通过高精度地控制和调节，能为生产工艺提供规定的温湿度及房间压差，满足生产需要；空调自控系统可以自动高效地控制设备能耗，完全能够降低运行成本和设备管理成本，提高管理效率；空调自控系统可以监视设备运行状况，一旦发现其中某台设备运行异常，立即报警通知检修人员前去检查，从而提高设备运行效率、减少管理人员成本。空调自控系统自投入运行后一直运行良好，得到了公司领导及车间岗位人员的一致赞誉，为车间安全生产保驾护航。

参考文献

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作者简介

祁玉平（1981-），女，河北省石家庄市人。毕业于河北工业大学自动化专业，大学本科学历，学士学位。现为华北制药河北华民药业有限责任公司工程师。主要研究方向为工业控制与计量。

作者单位

华北制药河北华民药业有限责任公司河北省石家庄市052165