基于S7—1200的吸附式干燥機控制系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用

李慧霞+張英偉

摘要：本文主要對吸附式干燥機的工藝流程和S7-1200系統(tǒng)的特點功能和具體設(shè)計流程，并且對基于S7-1200的吸附式干燥機控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用進行論述。希望通過本次研究能夠在實際工作中更好的設(shè)計和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：吸附式干燥機；S7-1200；控制系統(tǒng)；設(shè)計；應(yīng)用

中圖分類號：TQ051.892 文獻標識碼：A

吸附式干燥機的主要作用就是需要將空氣中含有的水蒸氣采用分子篩吸附劑來進行去除[1]。在變壓吸附的作用下實現(xiàn)再生循環(huán)，這樣再充滿了吸附劑的干燥罐當中需要壓縮空氣進行交流經(jīng)過。西門子公司所推出的S7-1200控制系統(tǒng)產(chǎn)品可以開展高精度的自動化任務(wù)。本文主要對采用S7-1200的吸附式干燥機控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計進行分析，并且設(shè)計實例來進行驗證。

1 吸附式干燥機的特點以及具體工藝

1.1 吸附式干燥機的特點表現(xiàn)

除去空氣中包含的水蒸氣就是吸附式干燥機最為主要的目的，在除去水蒸氣的過程中需要使用到活性氧化鋁及分子篩等作為吸附劑，另外借助于吸附式干燥機的兩個干燥罐來處理壓縮空氣。兩個充滿吸附劑的干燥管分別具備不同的功能，一個罐體需要在高分壓的工作壓力下進行水蒸汽的吸附，另一個罐體則是需要在低分壓，也就是接近大氣壓數(shù)值的情況下對水蒸氣進行解析，再按照實現(xiàn)設(shè)定的程序來進行切換。

對于吸附式干燥機的控制系統(tǒng)，本次以西門子公司最新推出的S7-1200控制系統(tǒng)。S7-1200主要是介于西門子公司原有的S7-200和S7-300產(chǎn)品之間，新推出的S7-1200PLC控制系統(tǒng)能夠進行精度更高的自動化任務(wù)，而且該控制系統(tǒng)當中包含了PROFINET接口，能夠和當前所使用的以太網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)匹配[2]。在基于S7-1200的基礎(chǔ)上設(shè)計吸附式干燥機的控制系統(tǒng)，需要使用到西門子公司的配套設(shè)施，即HMI精簡面板，主要對吸附式干燥機系統(tǒng)的運行情況進行更好的可視化監(jiān)控。

1.2 吸附式干燥機的具體工藝

吸附式干燥機具體的工作流程如下，圖1為吸附式干燥機的工作流程圖。

（1）濕空氣需要通過下管系，從切換閥3口進入到A干燥罐當中，在A干燥罐當中需要從下島上依次經(jīng)過吸附劑床，干燥后的空氣會直接從上管系排出去。（2）一部分的干燥空氣則是需要通過上管系的再生氣節(jié)流閥來進行減壓。干燥空氣經(jīng)過減壓被稱為再生空氣，需要在電加熱器加熱之后再從上到下的經(jīng)過B干燥罐，經(jīng)過B干燥罐當中的吸附劑來進行解析，使吸附劑的干燥能力恢復(fù)。再生氣在B干燥罐下的2切換閥當中排到大氣當中。（3）等到空氣再生工作完成之后，電加熱器的工作已經(jīng)完成，再生氣會對B管開展自然冷卻。（4）吸附劑冷卻結(jié)束之后，2切換閥會關(guān)閉，B干燥罐當中的氣壓會逐漸升高，為接下來的切換工作做準備。（5）切換過程中B干燥閥下側(cè)的4切換閥會打開，然后切換閥3號關(guān)閉，切換閥1號打開，A干燥罐和B干燥罐之間的切換工作也就完成了。B干燥罐開始進行空氣吸附工作，而A干燥罐則是負責卸壓再生。

（2）吸附式干燥機整個工藝流程全部環(huán)節(jié)完成需要4個小時，也就是意味著每4個小時進行一次更換，每個干燥罐需要各自運行2個小時。兩個干燥罐所開展的工作內(nèi)容也都是相反的，即一個干燥罐完成吸附工作，另一個干燥罐則會處于再生狀態(tài)。再生的溫度需要控制在150℃左右，再生的時間通常情況下為1.5個小時，冷卻的時間相對稍微短一些，為0.5個小時?？刂破鲿ξ绞礁稍餀C的工作時間和工作過程進行設(shè)置，所以可以自動完成。

2 基于S7-1200的吸附式干燥機控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 S7-1200PLC的特點

S7-1200PLC與之前西門子公司生產(chǎn)的控制系統(tǒng)相比，自身具備了更多明顯的優(yōu)點，主要表現(xiàn)為以下幾點：（1）升級更加方面，設(shè)計更靈活；（2）實現(xiàn)了PROFINET接口的集成；（3）具備了強大的測量、閉環(huán)控制、運行控制以及計數(shù)功能。（4）借助于STEP7 Basic工程系統(tǒng)，能夠更加直觀高效的來進行同時組態(tài)控制器和控制屏。

2.2 S7-1200的吸附式干燥機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計過程

結(jié)合吸附式干燥機的具體特點，采用S7-1200PLC的過程中控制器選擇CPU1214，本次所選擇的S7-1200控制系統(tǒng)中可以實現(xiàn)10路24V的數(shù)字輸出，同時也可以實現(xiàn)14路24V的數(shù)字輸入。溫度模塊可以同時實現(xiàn)對4路溫度信號的采集工作，其型號為AI4×RTD?？梢暬O(jiān)控界面則是選擇觸摸屏KTP600PN?；镜挠布O(shè)施選擇完畢之后需要配置不同的輸入輸出點數(shù)據(jù)，表1為具體的輸入輸出點數(shù)據(jù)配置。

2.3 S7-1200的吸附式干燥機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計過程

本次S7-1200的吸附式干燥機控制系統(tǒng)軟件設(shè)計所需要使用的軟件為STEP7 Basic，這個軟件的主要優(yōu)點表現(xiàn)為：（1）項目單元的重復(fù)使用變得更加簡單；（2）在集成工程框架中的編輯器當中能夠?qū)崿F(xiàn)智能拖拽；（3）由于具備的單一的接口點，所以能夠?qū)Ψ栠M行統(tǒng)一，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共同存儲；（4）軟件系統(tǒng)中包含有專門的任務(wù)入口視圖，這個功能能夠為初學(xué)者以及維修人員開展后期的維修工作提供便利。（5）在一個編輯器當中就可以包含網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備，從而使圖形化配置變得更加清晰。（6）采用此種軟件所編輯出的視圖等都比較清晰，而且界面更加直觀。（7）該軟件的程序性能比較高，因此也必然會使工作效率進一步提升，創(chuàng)造高效率工程。

在軟件具體的設(shè)計過程中應(yīng)當按照以下步驟開展設(shè)計工作：

第一，完成軟件的組態(tài)工作，首先需要創(chuàng)建一個新的項目，然后可以在任務(wù)入口視圖當中的“網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備”當中選擇添加PLC設(shè)備，而且還需要添加HMI設(shè)備，再完成了相關(guān)設(shè)備的添加工作之后，系統(tǒng)就會將需要添加的設(shè)備自動和網(wǎng)段相互連接。連接之后，需要點擊PLC設(shè)備在電腦顯示屏上的按鈕，從而進入到硬件的編輯界面。需要在硬件編輯頁面中按照實際的需要在CPU后面插入實際需要的RTD模塊，并且需要對RTD模塊的屬性進行選擇。endprint

第二，程序具體設(shè)計過程。在完成了軟件的組態(tài)工作之后需要開展程序設(shè)計工作。程序設(shè)計環(huán)節(jié)需要按照吸附式干燥機控制系統(tǒng)的工藝流程分為不同的構(gòu)成部分，其中完成干燥劑工作步驟的控制屬于邏輯控制程序，完成對系統(tǒng)再生溫度控制的程序?qū)儆跍囟瓤刂瞥绦騕3]。

3 基于S7-1200的吸附式干燥機控制系統(tǒng)效果分析

吸附式干燥機所包含的性能主要為吸附、再生和吹冷、均壓等環(huán)節(jié)，但是不同控制器控制下的設(shè)備可能會出現(xiàn)一定的不同[4]。本次利用S7-1200PLC所設(shè)計的吸附式干燥機控制系統(tǒng)投入到實際應(yīng)用，并且和傳統(tǒng)的常規(guī)控制系統(tǒng)吸附式干燥機的設(shè)備性能進行比較。發(fā)現(xiàn)利用S7-1200設(shè)計的吸附式干燥機可以使壓縮空氣的品質(zhì)提高，同時可以使壓縮空氣處理系統(tǒng)的耗能有所降低。設(shè)備價格S7-1200的吸附式干燥機高于常規(guī)吸附式干燥機，但是維護周期更長，每3年至4年更換的吸附劑為8噸左右，而傳統(tǒng)吸附式干燥機則需要每1至2年更換6.5噸左右的吸附劑。同時基于S7-1200的吸附式干燥機控制系統(tǒng)可以使吸附式干燥機的整體性能得到提高，比如在入口溫度、再生氣損耗以及直接耗電等方面都具有明顯的優(yōu)越性。總體上來說，基于S7-1200PLC設(shè)置的控制系統(tǒng)可以使吸附式干燥機的供氣質(zhì)量更高，而且還可以有效的降低能耗。

4 總結(jié)

西門子公司新推出的S7-1200PLC控制系統(tǒng)能夠進行精度更高的自動化任務(wù)，與原有的控制系統(tǒng)相比，其在很多性能上得到優(yōu)化改進，因此具備更多的優(yōu)越性[5]。本次主要基于S7-1200PLC來設(shè)計吸附式干燥機的控制系統(tǒng)，分別對吸附式干燥機的性能特點、具體運轉(zhuǎn)工藝以及控制系統(tǒng)的硬件和程序等進行設(shè)計，并且經(jīng)過實際應(yīng)用進行效用論證，結(jié)果顯示，基于S7-1200控制系統(tǒng)的吸附式干燥機與常規(guī)吸附式干燥機相比，供氣質(zhì)量更高，有效降低能耗。

參考文獻：

[1]李明曉，裴天軍.無熱再生吸附式干燥機的應(yīng)用及優(yōu)化[J].現(xiàn)代化工，2017，37（03）：168-170.

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[5]沈佳意. S7-1200在吸附式干燥機控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 可編程控制器與工廠自動化，2011（08）：53-55.endprint