微熱再生干燥裝置PLC控制系統(tǒng)的深度改進(jìn)

鄧霍飛 梁劍雄

摘 要：通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行停電記憶，電接點(diǎn)溫度表傳感器的冗余程序設(shè)計(jì)，和對(duì)電加熱器進(jìn)行細(xì)化控制的手段，提高壓縮空氣微熱再生干燥裝置的運(yùn)行可靠性。

關(guān)鍵詞：PLC;控制系統(tǒng);冗余設(shè)計(jì);電加熱器;細(xì)化控制

1、前言

壓縮空氣是工業(yè)生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的能源，在大多數(shù)場(chǎng)合，需要對(duì)壓縮空氣進(jìn)行干燥。PQZ型微熱再生干燥裝置以其節(jié)能、可靠獲得了廣泛的應(yīng)用。PQZ型微熱再生干燥裝置最早是采用繼電器控制，控制系統(tǒng)的故障較高，后來(lái)改用了PLC控制系統(tǒng)，運(yùn)行可靠性得到了提高。針對(duì)PLC控制系統(tǒng)還存在的一些問(wèn)題，我們對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了提高運(yùn)行可靠性的深度改進(jìn)。

2、PQZ型微熱再生干燥裝置簡(jiǎn)介

PQZ型微熱再生干燥裝置流程圖見(jiàn)圖1，控制時(shí)序圖見(jiàn)圖2。

A塔和B塔內(nèi)裝填的是吸附劑活性氧化鋁，又稱(chēng)為干燥劑，兩塔輪流工作與再生。

1、4#閥為氣動(dòng)常閉閥，即電磁閥通電時(shí)閥門(mén)打開(kāi)，斷電時(shí)關(guān)閉。2、3#為氣動(dòng)常開(kāi)閥，即電磁閥通電時(shí)閥門(mén)關(guān)閉，斷電時(shí)打開(kāi)。5#閥為氣動(dòng)三通閥，電磁閥通電時(shí)，氣流上進(jìn)下出，電磁閥斷電時(shí)，氣流上進(jìn)側(cè)出。6、7、8、9#為單向閥。

4.1 增加停電保持功能當(dāng)干燥裝置在B工作，A再生狀態(tài)時(shí)，壓縮空氣從3#閥門(mén)進(jìn)入B塔，壓縮空氣中的水分被經(jīng)過(guò)再生的吸附劑吸收，變成干燥的成品氣，經(jīng)7#單向閥輸出。

同時(shí)，A塔內(nèi)的吸附劑進(jìn)行再生脫水。在加熱再生階段，5#三通閥動(dòng)作，一部分成品氣經(jīng)噴射器吸入一部分空氣后進(jìn)入電加熱器升溫，然后經(jīng)8#單向閥進(jìn)入A塔，對(duì)A塔內(nèi)的吸附劑進(jìn)行加熱再生，然后經(jīng)1#閥、消音器排放到大氣中。在加熱再生過(guò)程中，A塔內(nèi)的吸附劑溫度慢慢升高，并釋放出所吸水分，即脫水再生。

當(dāng)A塔下部溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，加熱再生停止，轉(zhuǎn)到冷再生階段，這時(shí)5#閥復(fù)位，一小部分成品氣經(jīng)過(guò)限流孔板降壓后，從8#單向閥對(duì)A塔內(nèi)吸附劑進(jìn)行冷再生，進(jìn)一步帶走吸附劑的水分并使其降溫。

B塔工作4小時(shí)后，切換到A塔工作、B塔再生的狀態(tài)。兩塔輪流工作與再生，確保干燥的成品氣源源不斷地輸出。

3、尚存在的問(wèn)題

問(wèn)題1：停電后不保持，再開(kāi)機(jī)后，又重新從時(shí)序圖的起始點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)行。這樣會(huì)使一個(gè)塔的工作時(shí)間超過(guò)4小時(shí)，干燥效果變差，并影響下一階段該塔的再生效果。

問(wèn)題2：使用電接點(diǎn)溫度計(jì)來(lái)作為溫度傳感器，接點(diǎn)會(huì)因?yàn)檠趸蛘咂渌驌p壞，使傳感器失效。如果再生塔下部的傳感器失效，熱再生將不會(huì)停止，直到切換工作狀態(tài)。由于吸附劑得不到冷卻，該塔轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)后，會(huì)使輸出的壓縮空氣變熱，影響后面的用氣環(huán)節(jié)。

問(wèn)題3：電加熱器控溫方式使溫度波動(dòng)較大。

這些問(wèn)題，在繼電器控制中，因?yàn)榭刂葡潴w積與功能的矛盾，得不到妥善的解決，但在PLC控制中，完全可能通過(guò)軟件的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)解決。

4、改進(jìn)

西門(mén)子S7-200系列PLC中，可以通過(guò)系統(tǒng)塊的設(shè)置，使一部分輔助繼電器、計(jì)數(shù)器、儲(chǔ)存器可以在停電時(shí)保持原來(lái)的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)塊中，設(shè)置了M10.0開(kāi)始的位和所有的計(jì)數(shù)器為停電保持，這樣就能夠把微熱再生干燥裝置的工作狀態(tài)和工作時(shí)間進(jìn)行記憶。

4.2 增加熱再生時(shí)間的限定

PQZ型微熱再生干燥裝置的熱再生，工藝設(shè)計(jì)在兩小時(shí)以內(nèi)可以完成。如果吸附塔下部的電接點(diǎn)溫度計(jì)失效后， PLC控制系統(tǒng)不能接收到該信號(hào)，認(rèn)為熱再生未完成，會(huì)一直進(jìn)行熱再生，直至切換工作狀態(tài)。全程熱再生將會(huì)影響該塔其后的工作。[1]

在程序中，增加一個(gè)C6計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)預(yù)置值為120分鐘即兩小時(shí)，當(dāng)熱再生達(dá)到兩小時(shí)的時(shí)候，即使再生塔下部的電接點(diǎn)溫度計(jì)（T62和T63）失效，PLC控制器也將停止熱再生，轉(zhuǎn)到冷再生狀態(tài)。

4.3 增加停停止加熱后噴射器工作時(shí)間限定

原來(lái)的控制系統(tǒng)，在電加熱器停止工作后，噴射器會(huì)繼續(xù)工作一段時(shí)間，把電加熱器內(nèi)的余熱帶走，直到溫度降到120度時(shí)才停止，轉(zhuǎn)到冷再生狀態(tài)。

如果電加熱的電接點(diǎn)溫度計(jì)失效后，即使電加熱器溫度降到120度也不能向PLC控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，噴射器會(huì)工作到AB塔切換狀態(tài)。因?yàn)閲娚淦魇抢蒙淞魑胍徊糠挚諝?，空氣含有水分，吸附劑?huì)吸收其中的水分，使再生效果大打折扣。

在程序中，增加一個(gè)C7計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器在停止電加熱后啟動(dòng)，計(jì)數(shù)預(yù)置值為10分鐘。如果電加熱器的電接點(diǎn)溫度計(jì)失效，噴射器最長(zhǎng)的工作時(shí)間也只是10分鐘，確保既能夠帶走電加熱器的余熱，也不影響再生工藝。

4.4 增加電接點(diǎn)溫度計(jì)輸入的抗干擾

由于PQZ型微熱再生干燥裝置一般安裝在壓縮機(jī)車(chē)間，大功率的電動(dòng)機(jī)較多，而大規(guī)格的PQZ型微熱再生干燥裝置傳感器到PLC控制箱的接線較長(zhǎng)，有可能竄入外界干擾。曾經(jīng)發(fā)生過(guò)巡檢人員在PQZ型微熱再生干燥裝置旁使用對(duì)講機(jī)，而干擾了輸入信號(hào)發(fā)生誤動(dòng)作的故障。

S7-200系列PLC的輸入點(diǎn)可以進(jìn)行濾波設(shè)置，但最長(zhǎng)的時(shí)間是12.8毫秒，可能不足以消除干擾。在程序中增加了用定時(shí)器的長(zhǎng)時(shí)間濾波（5秒鐘），進(jìn)一步排除外界的干擾，提高裝置的運(yùn)行可靠性。

I0.0是電加熱器出口電接點(diǎn)溫度表的上限接點(diǎn)，當(dāng)該接點(diǎn)接通5秒后（5秒種足可以濾除對(duì)講機(jī)按下瞬時(shí)產(chǎn)生的干擾），定時(shí)器T60的接點(diǎn)接通，使M4.1接通，電加熱器停止工作。

同樣的措施也運(yùn)用在A塔和B塔下部的電接點(diǎn)溫度計(jì)的接點(diǎn)中。

4.5 細(xì)化電加熱的控制

PQZ型微熱再生干燥裝置的電加熱器控制，原來(lái)使用一個(gè)接觸器進(jìn)行控制。當(dāng)電加熱器出口溫度超過(guò)設(shè)定的保護(hù)溫度時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)使電加熱器會(huì)停止工作5分鐘，然后再次投入。這種全功率投入，全功率停止的方式，使到經(jīng)過(guò)電加熱器加熱的再生氣溫度變化較大，影響熱再生的效果。

我們把電加熱器的發(fā)熱元件由原來(lái)的一組分成兩組，例如，把總功率36千瓦的一組發(fā)熱元件分為兩組18千瓦的發(fā)熱元件，由兩個(gè)PLC的輸出點(diǎn)單獨(dú)控制，實(shí)現(xiàn)電加熱器的細(xì)化控制。

當(dāng)電加熱器出口溫度超過(guò)設(shè)定溫度時(shí)，電接點(diǎn)溫度表的接點(diǎn)接通，控制系統(tǒng)發(fā)出指令讓第二組發(fā)熱元件停止工作。這樣保留了一半的加熱功率，令再生氣的溫度不至于有較大的波動(dòng)，確保熱再生的效果。

控制系統(tǒng)在2分鐘后再次檢測(cè)電加熱器出口溫度是否超溫，超溫，則再停止第一組發(fā)熱元件的工作。不超溫，則在3分鐘后發(fā)出指令，讓第二組發(fā)熱元件恢復(fù)工作。[2]

5、改進(jìn)后的效果與后繼改進(jìn)

經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，PQZ型微熱再生干燥裝置的運(yùn)行可靠性得到了很大的提高。電接點(diǎn)溫度計(jì)失效后，PQZ型微熱再生干燥裝置也能夠可靠運(yùn)行，但我們?cè)谑褂谜f(shuō)明書(shū)里提醒用戶，在巡檢時(shí)加強(qiáng)對(duì)電接點(diǎn)溫度計(jì)的檢查，發(fā)現(xiàn)故障后及時(shí)更換，確保干燥裝置的可靠運(yùn)行。

針對(duì)一些高端用戶，我們還增加了文本顯示器、觸摸屏，以及使用模擬輸入模塊，對(duì)溫度壓力等參數(shù)進(jìn)行數(shù)值顯示等不同的改進(jìn)版本，讓用戶有更多的選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶傳斌. 智能儀表在干燥器加熱控制中的應(yīng)用[J].本鋼技術(shù)，2015-6

[2]朱建萍. 有熱再生干燥器的優(yōu)化操作 [J].深冷技術(shù)，2006-6