基于S7—1200的吸附式干燥機控制系統設計及應用

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系統的特點功能和具體設計流程，并且對基于S7-1200的吸附式干燥機控制系統的具體應用進行論述。希望通過本次研究能夠在實際工作中更好的設計和應用。

關鍵詞：吸附式干燥機；S7-1200；控制系統；設計；應用

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再生循環，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過。西門子公司所推出的S7-1200控制系統產品可以開展高精度的自動化任務。本文主要對采用S7-1200的吸附式干燥機控制系統的軟硬件設計進行分析，并且設計實例來進行驗證。

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

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值的情況下對水蒸氣進行解析，再按照實現設定的程序來進行切換。

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

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流閥來進行減壓。干燥空氣經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過B干燥罐，經過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。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完成，再生氣會對B管開展自然冷卻。（4）吸附劑冷卻結束之后，2切換閥會關閉，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干燥閥下側的4切換閥會打開，然后切換閥3號關閉，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節完成需要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。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。控制器會對吸附式干燥機的工作時間和工作過程進行設置，所以可以自動完成。

2 基于S7-1200的吸附式干燥機控制系統設計

2.1 S7-1200PLC的特點

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

2.2 S7-1200的吸附式干燥機控制系統硬件設計過程

結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控制系統中可以實現10路24V的數字輸出，同時也可以實現14路24V的數字輸入。溫度模塊可以同時實現對4路溫度信號的采集工作，其型號為AI4×RTD。可視化監控界面則是選擇觸摸屏KTP600PN。基本的硬件設施選擇完畢之后需要配置不同的輸入輸出點數據，表1為具體的輸入輸出點數據配置。

2.3 S7-1200的吸附式干燥機控制系統軟件設計過程

本次S7-1200的吸附式干燥機控制系統軟件設計所需要使用的軟件為STEP7 Basic，這個軟件的主要優點表現為：（1）項目單元的重復使用變得更加簡單；（2）在集成工程框架中的編輯器當中能夠實現智能拖拽；（3）由于具備的單一的接口點，所以能夠對符號進行統一，實現數據的共同存儲；（4）軟件系統中包含有專門的任務入口視圖，這個功能能夠為初學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絡和設備，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，創造高效率工程。

在軟件具體的設計過程中應當按照以下步驟開展設計工作：

第一，完成軟件的組態工作，首先需要創建一個新的項目，然后可以在任務入口視圖當中的“網絡和設備”當中選擇添加PLC設備，而且還需要添加HMI設備，再完成了相關設備的添加工作之后，系統就會將需要添加的設備自動和網段相互連接。連接之后，需要點擊PLC設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，程序具體設計過程。在完成了軟件的組態工作之后需要開展程序設計工作。程序設計環節需要按照吸附式干燥機控制系統的工藝流程分為不同的構成部分，其中完成干燥劑工作步驟的控制屬于邏輯控制程序，完成對系統再生溫度控制的程序屬于溫度控制程序[3]。

3 基于S7-1200的吸附式干燥機控制系統效果分析

吸附式干燥機所包含的性能主要為吸附、再生和吹冷、均壓等環節，但是不同控制器控制下的設備可能會出現一定的不同[4]。本次利用S7-1200PLC所設計的吸附式干燥機控制系統投入到實際應用，并且和傳統的常規控制系統吸附式干燥機的設備性能進行比較。發現利用S7-1200設計的吸附式干燥機可以使壓縮空氣的品質提高，同時可以使壓縮空氣處理系統的耗能有所降低。設備價格S7-1200的吸附式干燥機高于常規吸附式干燥機，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越性。總體上來說，基于S7-1200PLC設置的控制系統可以使吸附式干燥機的供氣質量更高，而且還可以有效的降低能耗。

4 總結

西門子公司新推出的S7-1200PLC控制系統能夠進行精度更高的自動化任務，與原有的控制系統相比，其在很多性能上得到優化改進，因此具備更多的優越性[5]。本次主要基于S7-1200PLC來設計吸附式干燥機的控制系統，分別對吸附式干燥機的性能特點、具體運轉工藝以及控制系統的硬件和程序等進行設計，并且經過實際應用進行效用論證，結果顯示，基于S7-1200控制系統的吸附式干燥機與常規吸附式干燥機相比，供氣質量更高，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用及優化[J].現代化工，2017，37（03）：168-170.

[2]鄭越.基于S7-1200的海上風電控制系統設計[D].燕山大學，2015.

[3]張勇，丁逸民.吸附式干燥機露點測控儀[J].上海計量測試，2014，41（03）：28-31.

[4]朱明剛.無熱再生吸附式干燥機的優化設計[J].廣東化工，2014，41（06）：162-163.

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