互鎖控制在醫藥廠房氣閘室的應用

董桂芹

（上海沃立工程技術有限公司，上海 201100）

1 氣閘室簡介

潔凈區的空氣又稱潔凈室的空氣，將區域空間空氣中的懸浮粒子、微生物數控制在一定范圍內。空氣的潔凈程度可以分成不同等級，各項科研、生產活動對空氣的潔凈程度要求也是不同的。藥品生產對空氣的潔凈程度要求非常高，該區域叫做GMP潔凈區，氣閘室是為保證潔凈區內的空氣潔凈度而設置的緩沖室。氣閘室通常設置在同一潔凈區潔凈等級不同的兩個區域，或潔凈區與非潔凈區之間。氣閘室一般安裝有兩扇或多扇不能同時打開的門，目的是阻斷潔凈要求不同的兩個區域的空氣流動，如圖1所示。為了維持潔凈室內的氣流方向，防止交叉污染，一般在（人流、物流通道門）潔凈區與非潔凈區或高潔凈區與低潔凈區之間，增設電子互鎖機構。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

互鎖聯動門是指兩道或多道門之間具有互鎖聯動的功能，即當一道門被打開時，其他門將打不開，只有當所有門都關上時，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目為例，詳細闡述如何用PLC對氣閘室進行互鎖控制，保證兩扇門不能同時開啟，并進行相應的狀態和故障指示。

2.1 系統硬件組成

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

圖2 互鎖門系統組成

圖3 電磁鎖

圖4 非觸式開門開關

其中門體為建筑配置范圍，在此不做詳述，該文重點介紹以下控制部件。

一組互鎖門有12個點10個點，其中點包括非觸式感應器信號4個，電磁鎖反饋信號2個，自動門機報警狀態信號2個，緊急按鈕信號4個，點包括電磁鎖開信號2個，自動門機開信號2個，紅綠指示燈及蜂鳴器信號各3個計6個。該項目工藝過程比較固定、環境條件較好且均為開關量控制，無增容需求，因此選用西門子S7-200系列CPU 6ES7216-2AD23-0XB0，其自帶24輸入16輸出，滿足存儲容量和I/O點數2個方面的要求且相對經濟。

自動門是指可以將人靠近門的動作或將某種開門授權（該文中特指非接觸式開門開關）識別為開門信號的控制單元，采用驅動裝置將門開啟，在人離開以后，門可以自動關閉。自動門機自監測全監測機構，在檢測到潛在危險如夾人情況時會發出報警信號并提示。自動門機是自動門的動力指揮中心，就像人類的大腦一樣，支配動作，發出相應指令。

自動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，這點對潔凈室是相當重要的；方便了操作人員及貨物的進出，加快了通行速度，降低交叉污染的概率，也起到一定的節能作用；同時也大大減少了由于操作人員關門動作不當造成的互鎖門報警的情況?；谝陨显?，該項目采用了自動門而非傳統的手推門。

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

電磁鎖也稱為磁力鎖，是一種電磁鐵+鐵塊組合、利用電流產生磁力的門鎖設備，當電流通過電磁鎖的硅鋼片時，電磁鎖會產生強大的磁力緊緊地吸住鐵板，然后鎖門，當接收到開門信號后即斷電，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章節描述的自動門機僅能起到自動開關門的作用，外力可以輕易扒開門片，無法實現強制鎖門功能，因此須在每道門上加裝電磁鎖，電磁鎖為實現該文互鎖功能的重要元器件。電磁鎖帶反饋信號，即當電磁鎖鎖住時鎖上指示燈亮起，并同時送出常開或常閉信號，門鎖打開時，該信號反向發送。

非觸式開門開關即自動門感應器屬于感應類的傳感器產品，一般通過微波、紅外感應等方式實現。

該項目的應用場所為醫藥潔凈廠房，人員流動不密集，同時會有貨物運送需求，選用紅外感應更為合適。

非觸式開門開關的優點如下：1）開門開關更耐磨損，使用壽命更長。2）無須接觸，無污染和衛生問題。第二個優點是該項目采用非觸式開門開關的原因。

每扇互鎖門的兩側都應安裝醒目的應急按鈕，在突發狀況時能保證操作人員安全逃生，該應急按鈕直接切斷電磁鎖的電源，并將狀態返回至PLC集中報警，該應急按鈕為自保持型，須手動復位。

2.2 系統配置點表

系統配置點表也就是常說的I/O點表，即輸入Input和輸出Output，具體來說就是將每個檢測儀表對應PLC的一個輸入通道，每個執行元件對應PLC的一個輸出通道，系統的I/O點表數量直接影響PLC的選型，該項目的系統配置點見表1，因該項目I/O數量不多且均為數字量（Digital）輸入輸出，因此選用了西門子S7-200系列，見2.1.1章節描述。

表1 系統配置點表

2.3 邏輯控制流程圖

設計自動控制程序時，一定要充分考慮系統中的各種邏輯互鎖關系、順序控制關系，確保系統按控制要求正常運行，邏輯控制流程圖表示程序的執行流程，是描述整個系統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，可以說它是用戶與軟件設計師之間交流、溝通的橋梁。

該系統選用 STEP7 編程軟件，采用結構化編程與模塊化編程相結合的方式，使各部分互不影響，便于調試，同時提高了CPU 的利用率，其控制流程如下。

以互鎖門A為例，系統上電運行后，PLC 采用循環掃描方式，若互鎖門B為關閉狀態，互鎖門A綠燈亮，表示可以開門；若互鎖門B為打開狀態，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，或互鎖門A為打開狀態且非觸式感應器未動作且開門也不在延時狀態，或緊急按鈕被按下，或自動門機及電磁鎖均應關而門磁反饋卻為開，即門未按要求關閉情況（如異物卡?。?，紅燈應閃爍且蜂鳴器長鳴。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的狀態及報警邏輯同互鎖門A，此處不再詳述。

2.4 系統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計開發，它是基于 Windows操作系統開發的應用軟件。STEP7-Micro/WIN32 允許用戶完成邏輯程序的設計開發、編譯及管理，參數變量的監視和修改以及下載同步到 PLC 控制器上，同時可以監視整個 PLC運行狀態等功能。程序會被保存在控制器內，斷電不會丟失程序數據。斷電恢復后每個本地獨立氣閘門互鎖控制器能夠自啟動并且自動回到正常操作模式。

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

3 結論

該文簡要介紹了氣閘互鎖系統的組成和實現的功能，選用了西門子PLC S7-200，在該基礎上配置適當的軟硬件，并設置了最優程序，目的是對需要互鎖的房間進行門開關狀態實時監測和互鎖控制，防止氣流在有壓差的各工藝房間循環污染。驗收結果表明該系統具有運行穩定可靠、操作方便、易于維護、實時監控等優點。新增的互鎖控制功能大大提升了該廠房的整體自動化水平，提高了該品牌的產品品質。