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1、可编程控制器在微热再生吸附式干燥机中的应用【摘要】本文分析了空压机系统中微热再生吸附式干燥机的工作原理，并用西门子 S7-200PLC 实现对干燥机控制，使其能正常、稳定的工作，为生产提高可靠、稳定的气源。【关键词】可编程控制器；PLC；微热再生吸附式干燥机一、引言在压缩空气系统中，由产生、处理和储存压缩空气的设备所组成的系统，称 为气源系统。压缩空气主要通过空气压缩机将空气压缩后取得，在气源系统中从 空气压缩机直接排出的空气中含有很多杂质，其中主要由水、油及颗粒杂质所构 成，如果不对其进行处理而直接使用，空气中的杂质会对系统中的元件造成很大 的危害，使设备的维护成本上升，使用寿命缩短，严重时
2、污染产品造成产品的报 废。同时压缩空气中含有 100%相对湿度的水份，随着其在管道的冷却，其水份 将析出，在压缩空气系统中，如果有水份，将会给使用者带来许多的弊端：首先 要增加运行和维修成本，即对仪表、电磁阀、气缸等元件的维修费用会上升；设 备的工作效率低，并有可能造成生产中断；整个生产线的设备投资成本增加，需 要在系统中增加冷凝、分离、排污等设备；工艺质量特别是对于喷漆、喷砂、气 动控制系统、食品、制药等行业，因压缩空气含水份高将直接影响到产品质量。 所以对气源进行处理是绝对必要的，空气的净化处理设备主要由后部冷却器、精 密过滤器（含气水分离器）、干燥机（吸附式或冷冻式）、自动排水排污阀等根
3、据 不同的工艺要求组成一个完整的系统。压缩空气可以通过加压、降温、吸附等方法来除去其中的水蒸汽，可通过加 热、过滤、机械分离等方法除去液态水分，在气动技术中常用的干燥方法主要冷 冻法和吸附法两种。冷冻式干燥机就是人工制冷方法对压缩空气进行降温来排除 其中所含水蒸汽，从而获得相对干燥压缩空气的一种设备。吸附式干燥机理是利 用某些具有吸附水份性能的吸附剂（如氧化铝、分子筛、硅胶等）来吸附压缩空气 中的水份，以降低压缩空气的露点温度，使达到高品质的压缩空气。二、可编程控制器简介PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller）。PLC 是一种专 门为在工业环境下应用
4、而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程 序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术 运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的 机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成 一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。可编程控制器实际上是面向用户需要，适宜安装在工作现场的、为进行生 产控制所设计的专用计算机。因而它和计算机有基本类似的结构，但按其作用它 有自己的特点：（1）编程简单，使用面向控制操作的控制逻辑语言。比如，梯形图、顺序 功能流程图。生产现场的工人易于掌握和使用它，便于普及和应用。（2）可靠性高，抗干
5、扰能力强，适于在恶劣的生产环境下运行。它完全不 需要一般计算机所要求的环境。因为它采用了很多硬件措施（屏蔽、滤波、隔离 等）和软件措施（故障的检测与处理、信息的保护与恢复等），以提高可靠性， 适应生产现场的要求。（3）系统采用了分散的模块化结构。这不但使之可针对各类不同控制需要 进行组合，便于扩展；也易于检查故障和维修更换，从而大大提高了效率。目前 较高档的PC还配有各类智能化模板，如：模拟量I/O模板，PID过程控制模板， I/O通讯模板，视觉输入、伺服及编码等专用模板等等，大大提高了 PC的功能 与适应性。（4）由于PLC采用了大规模集成电路技术和微处理器技术，故可将其设计 得紧凑、坚固、
6、小体积，再加上它的可靠性，PLC易于装入机械设备内部，实现 机电一体化。（5）相对于继电器逻辑控制而言，PLC可节省大量继电器，故降低了成本 且提高了可靠性，而且用程序来执行控制功能，使其灵活易于修改。这一切都大 大提高了其性能价格比。（6）目前中、高档PLC均具有极强的联网通讯能力。通过简单的组合可连 成工业局域网，在网络间通讯。并可通过网络连接主控级的计算机，实现计算机 集成制造系统对全厂的自动化生产和管理都能进行控制。三、干燥机的工作原理及工艺流程简述吸附：湿空气从下管系经F1阀进入A干燥罐体，自下向上流过吸附剂床， 干燥后的空气从上管系排出。如图1所示。再生/冷吹：少量干燥空气（约7%
7、）通过上管系再生气调节阀减压后进入加 热器加热，这部分热空气（称为再生气）进入B干燥罐。对B罐体内的吸附解 析再生，恢复吸附剂的干燥能力，再生气通过下管系F4阀和消音器排放到大气 中。均压：吸附剂再生结束后，F4阀关闭，B干燥罐逐渐升压至在线工作压力, 准确切换。切换：下管系F2阀打开，F1阀关闭，F3阀打开，A、B两个干燥罐完成切 换，B罐进入吸附，A罐卸压再生。工作时间、工作顺序及加热温度由可编程控制器自动控制完成。图1微热再生吸附式干燥机工艺流程微热再生吸附式干燥机综合变压吸附和变温吸附之优点，在常温高蒸汽分压 下吸附（工作）；在较高温度，低蒸汽分压下解析（再生），即吸附剂在吸附过 程中
8、吸附的水分，在再生过程依靠高品质再生气（加热干燥的空气）的热扩散和 低分压两种机理的共同作用而得以彻底清理。流程1： A罐工作，B罐再生。压缩空气经过过滤器除去液压油水和固体颗 粒后，进入A罐。水蒸汽被吸附后，干燥气体经后置过滤器输出。A罐工作的 同时，少量成品气进入加热器加热经再生管路对 B 罐再生，再生后的气体通过 下管系膜片阀MF-B经消音器排出。流程2： A罐工作，B罐余热再生，冷吹。A罐继续工作，加热器停止加热, B 罐利用余热继续再生，罐内温度持续一段高温后，开始降温至略高于气体温度。流程3： A罐工作，B罐均压。A罐继续工作，B罐停止排气进入均压状态, 压力快速上升至A罐相同。流
9、程4： B罐工作，A罐再生。在设定时间，膜片阀MF-A打开在压差作用 下换向，B罐进入工作状态，再生气经过加热器进入A罐对吸附剂脱附再生。流程5： B罐工作，A罐余热再生，冷吹。B罐继续工作，加热器停止加热, A 罐利用余热继续再生，冷吹吸附床。流程6： B罐工作，A罐均压。B罐继续工作，A罐停止排气，进入均压状 态。至设定时间两罐再次切换，完成一个工作周期。如图2所示。工作加热再生余热再生、冷吹均压A罐B罐四、利用PLC编程对干燥机控制我公司空压机每站有 2 台干燥塔，原干燥塔控制器为继电器控制系统，控制 不便且故障多，严重制约了压缩空气的产生以及各用气部门的生产。因此利用高 稳定性的西门子
10、PLC对其进行控制。根据微热再生吸附式干燥机原理及流程的需要，本人选用了西门子 S7-200 系列的CPU 224 PLC。该PLC电源为85-264VAC,输入电压为24VDC，继电 器输出24-230VAC。CPU 224集成了 14输入/10输出共24个数字量I/O点， 可连接7个扩展模块，最大可扩展至168路数字量I/O或35路模拟量I/O点， 有13K字节的程序和数据储存空间。根据微热再生吸附式干燥机的原理图， PLC 的输入点和输出点配置如表 1 和表 2。表1 PLC输入点配置输入点地址输入点名注释10.0SB1微热再生吸附式干燥机启动I0.1SB2微热再生吸附式干燥机停止10.
11、2JHH加热器温度上限10.3JLL加热器温度下限表 2 PLC 输出点配置输出点地址输出点名注释Q0.0KA1A塔吸附电磁阀中继Q0.1KA2B塔吸附电磁阀中继Q0.2KA3A塔再生电磁阀中继Q0.3KA4B塔再生电磁阀中继Q0.4KA5加热器中继根据干燥塔4个电磁阀的动作过程，可以利用可编程控制器编写程序来实 现，以满足控制要求。利用按钮开关控制PLC程序的启动和停止。温度控制本 人选用了 PtIOO热电阻对罐体测温，接至智能数显仪。并将智能数显仪的温度 上限设为100度，下限设为40度。将其上、下限的常开点分别接入PLC做输 入信号使用。各输出信号与阀体之间用中继隔离，作为输出点的短路保
12、护。PLC 接线如图3。图3 CPU 224的外部电路接线图根据本公司的用气需要，程序设定每罐的工作时间为60分钟，再生时间为 30秒，余热再生、冷吹为50分钟，均压为5秒。PLC程序如下：m 1丨IT535A15AZM3.DMU:思idj启对細常并虫T33HQOT酹T37INTOHPT1U)nLt旳t应ne丹2TONPllOrrsHtttY2U10序応酌嵐肌輯R曜芹田F即忒百足田住通音r WMNOL閱可託通算士曲 rMfip i/F.rasfvontiw.书刖SuDjLJHOJNlSOJLHOINlSuWtIdHOINlMOLT 迥T27T41TlffijfliTfl- FT QOragT3
13、T3?T1Q3INTOH:-PT10) ntH2皿ITT41T 也T37T1fl4INTON顾prIXinsTM112ME123T37T15T*IIIII1INTOWprIff rar| | |1ZflCCD-耳閒?z133TJ7IITO?I III|1IhiTOhl11J1 1II4DD*Ff1 DO砒231J3Miil147T43Ml 211 11 1 11 1cm a*TJ3T3T7T17T超ILJTOM1 1 11 113MDFT1 DO ns耳 Qi 25JHH102JLLICOW*ftf!STipSflAKW1QD4T33T4ZT37T49INTDNFT10D ms五、结束语该可编程控制器及程序使用至今未出现过任何故障，备件量也降为零。大大 提高了压缩空气的质量，最大限度降低了各用气设备的故障率和维修量，取得了 很好效益。参考文献 王兆明电气控制与PLC技术 清华大学出版社，20092郁汉琪电气控制与可编程序控制器应用技术东南大学出版社，2003ARUN S.MUJUMDAR工业化干燥原理与设备中国轻工出版社20074中国工控网http:/
