隨著我國國民經濟的發(fā)展,社會的進步和人民生活水平的提高,潔凈廠房已廣泛應用于電子、生物制藥、精密儀器制造等各行各業(yè)中，由于潔凈廠房在溫度、相對濕度及潔凈度方面的巨大優(yōu)勢，它的重要性也越來越多地被人們所認識和接受。
可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設計制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡稱PLC，它主要用來代替繼電器實現邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍。PLC以其簡單易懂，操作方便，可靠性高，通用靈活，體積小，使用壽命長等一系列優(yōu)點，在工業(yè)領域推廣應用，已經成功地應用于食品，飲料，冶金，造紙等工業(yè)。以下筆者就PLC在某電子潔凈廠房控制系統(tǒng)中的實際應用來說明PLC在潔凈廠房控制系統(tǒng)中的作用。
潔凈廠房為了保證廠房內的溫度、相對濕度及潔凈度，在控制系統(tǒng)里使用了大量的溫度、濕度傳感器以及控制空氣風管的風機、風閥；控制風機盤管的水閥、水泵；控制冷凍水的液位計等；控制冷凍機組的啟動/停止；監(jiān)控壓縮空氣的運行等。整個系統(tǒng)中所涉及到的被控制的設備種類繁多，各個設備的控制方式及安裝、接線也都不相同，而且整個廠房本身按照功能又分為十幾個區(qū)域，因此控制系統(tǒng)比較復雜。
2? 系統(tǒng)結構
2.1?? 控制器
在該控制系統(tǒng)的最頂端,使用了2套GE-FANUC 90-30PLC做為上位主控制器,2套PLC構成一主用一備用的熱備冗余系統(tǒng)，這樣即使在其中的任何一套PLC發(fā)生故障停機時，另外一套PLC都可以立即接管運行，保證了系統(tǒng)的可靠性，從而保證工廠產品的不間斷生產。
2.2?? 網絡結構
2套PLC通過2條Genius網絡構成雙網冗余系統(tǒng)，這樣在其中的某條現場總線發(fā)生故障時，也不會影響系統(tǒng)通訊。Genius現場總線是GE-FANUC公司獨有的現場總線，其通訊介質采用雙絞線，不加中繼器，總線最長可達2.3公里，可使用光纖增強抗干擾能力和增加傳輸距離，總線上最多可有32個站設備，使用調頻信號調制方式(FSK)，采用邏輯令牌環(huán)協(xié)議控制通訊介質的分配使用，每個站設備有唯一的站地址(SBA)：從0到31，每個站獲得令牌后，可發(fā)送128個字節(jié)的數據，可實現PLC與PLC之間，PLC與分散I/O之間的通訊。
2.3?? 現場I/O
現場I/O采用GE-Fanuc的VersaMax模塊，VersaMax是GE-Fanuc Automation公司推出的新一代控制系統(tǒng)，其設計新穎，結構緊湊，通用性強，配置靈活，經濟實用，它既可以做為單獨的PLC控制機，又可作為I/O子站，通過Genius或其他現場總線受控于主控設備90-30PLC。
2.4? 人機接口
采用GE Fanuc北美自動化公司基于Microsoft Windows NT和Windows 2000/XP 的CIMPLICITY監(jiān)控軟件,通過PLC的以太網（Ethernet）接口模塊連續(xù)從PLC中采集數據。
3．控制系統(tǒng)及功能
90-30 PLC和VersaMax I/O安裝在兩個控制柜中。第一個控制柜中安裝兩套互為冗余的90-30 PLC和2套VersaMax 分布式I/O。分布式I/O采集PCW、PV、HW、CW、CHW和CDA系統(tǒng)的信息并控制它們的運行。第二個控制柜安裝三套VersaMax分布式I/O，采集MAU、FAU、RCU、DCU、GEX、SEX、FAD、ES和FFU空調系統(tǒng)的信息并控制它們的運行。
整個控制系統(tǒng)是以廠房無塵潔凈室, 車間及辦公室的空氣以及工廠用水,壓縮空氣, 電量等暖通設備為控制對象, 通過控制相關的裝置及設備, 使被控對象達到預期的控制要求和節(jié)能目的.
兩套CIMPLICITY HMI軟件被用來作為人機界面監(jiān)控軟件。CIMPLICITY HMI提供操作的友好的圖形界面，可以滿足操作員、工藝工程師、維護人員和現場管理人員的各種數據獲取、管理控制和信息管理的需要，它們相互獨立運行。CIMPLICITY HMI還通過OPC與冷凍機通信以采集冷凍機的運行信息。CIMPLICITY HMI在通信中作為OPC客戶。
3．1?? 控制設備
FMCS的基本控制對象包括:
? 裝置:? 風機, 水馬達, 閥門, 風門等;
? 數字量信號: 液位開關, 壓差開關, 電導率開關, 馬達故障 等等;
? 模擬量信號:? 溫度, 濕度，壓力，液位，PH值傳感器等工藝參數;
? PID 控制回路: 溫度控制回路, 壓力控制回路,濕度控制回路等.
整個系統(tǒng)共分為:潔凈室(MAU)、新鮮空氣處理系統(tǒng)(FAU)、再循環(huán)空氣處理系統(tǒng)(RCU)、潔凈室(DCU)、總/溶劑排風系統(tǒng)（GEX）、洗滌排風系統(tǒng)（SEX）、冷卻水/熱水系統(tǒng)（PCW/HW）、防火閥門監(jiān)視系統(tǒng)(FFU)、電力監(jiān)視系統(tǒng)和空調系統(tǒng)。
3．2??? 控制方式
從控制等級上來說,系統(tǒng)控制包括自動控制和手動控制, 操作員可以在HMI上對單個設備進行手動/自動控制模式之間切換.
一般來說所有設備應在自動模式下工作, 但可以在任何時候切換到手動模式進行工作.可以允許操作員單獨在現場操作啟動/停止單個設備。
3.? 3?? 順序控制
各個控制分區(qū)的控制PLC根據接收到的控制數據，結合現場采集到的信號，按照設備控制工藝及預先編好的程序，自動地完成一系列設備控制任務。例如在風管內，只有在開啟風閥若干秒后，才能開啟與其聯(lián)動的風機；同樣，在關閉風機只有到設定的時間后，才能關閉其聯(lián)鎖風閥。順序控制只有在自動方式下才能進行。
3．4? PID閉環(huán)控制
PID控制是目前應用最廣泛的控制器，主要用于控制基本線性和動態(tài)特性不隨時間變化的系統(tǒng)。但對于非線性及時變、耦合及參數和結構不確定的極其復雜的工程時，PID控制不適用，由于本系統(tǒng)屬于前者，故采用PID控制。
對于控制系統(tǒng)的變頻風機及水閥類設備，均采用PID回路控制，這樣可以自動得調節(jié)風機及水閥的開度，適應系統(tǒng)控制要求，在整個FMCS系統(tǒng)中，共有40多個PID調節(jié)回路，有的PID回路還采用2個PID串級調節(jié)。
PID控制是這個系統(tǒng)的核心部分，由于潔凈廠房FMCS系統(tǒng)對溫度及濕度要求很高，溫度大概誤差被控制在±0.1 °C，因此對PID控制回路要求是：響應快，并且控制結果無振蕩。這就要求對PID控制的參數必須設置得當，最重要的三個參數：比例增益KP，比例積分KI，比例微分KD，都需要調到最佳狀態(tài)，而且對每個PID回路都需要逐個調節(jié)，并設置冬天和夏天模式。GE-Fanuc PLC 編程軟件里的每個PID控制回路，內置有40個數據，其中有13個參數為可調節(jié)參數，可以滿足對PID回路調節(jié)的精確控制要求。同時提供2種PID算法：PIDISA和PIDIND，標準ISA PID算法（PIDISA）將比例增益KP投入到比例項、微分項和積分項中.
4．總結
整個控制系統(tǒng)使用PLC作為主控制器，結構簡單，便于維護,可靠性高，充分發(fā)揮了PLC的優(yōu)點，采用Genius現場總線和VersaMax遠程I/O單元，不但減少了現場控制電纜的布放，大大減輕了調試和維護的工作量；采用Modbus 通訊，很好地實現了GE-Fanuc 90-30 PLC與工廠電力系統(tǒng)設備的接口，使整個監(jiān)控系統(tǒng)得到了很好的擴展。在系統(tǒng)運行期間，得到了用戶的好評。
