微熱再生干燥裝置PLC控制系統(tǒng)的深度改進

鄧霍飛 梁劍雄

摘 要：通過對控制系統(tǒng)進行停電記憶，電接點溫度表傳感器的冗余程序設(shè)計，和對電加熱器進行細化控制的手段，提高壓縮空氣微熱再生干燥裝置的運行可靠性。

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

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)場合，需要對壓縮空氣進行干燥。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，后來改用了PLC控制系統(tǒng)，運行可靠性得到了提高。針對PLC控制系統(tǒng)還存在的一些問題，我們對控制系統(tǒng)進行了提高運行可靠性的深度改進。

2、PQZ型微熱再生干燥裝置簡介

PQZ型微熱再生干燥裝置流程圖見圖1，控制時序圖見圖2。

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

1、4#閥為氣動常閉閥，即電磁閥通電時閥門打開，斷電時關(guān)閉。2、3#為氣動常開閥，即電磁閥通電時閥門關(guān)閉，斷電時打開。5#閥為氣動三通閥，電磁閥通電時，氣流上進下出，電磁閥斷電時，氣流上進側(cè)出。6、7、8、9#為單向閥。

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

同時，A塔內(nèi)的吸附劑進行再生脫水。在加熱再生階段，5#三通閥動作，一部分成品氣經(jīng)噴射器吸入一部分空氣后進入電加熱器升溫，然后經(jīng)8#單向閥進入A塔，對A塔內(nèi)的吸附劑進行加熱再生，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A塔下部溫度達到設(shè)定溫度后，加熱再生停止，轉(zhuǎn)到冷再生階段，這時5#閥復(fù)位，一小部分成品氣經(jīng)過限流孔板降壓后，從8#單向閥對A塔內(nèi)吸附劑進行冷再生，進一步帶走吸附劑的水分并使其降溫。

B塔工作4小時后，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、尚存在的問題

問題1：停電后不保持，再開機后，又重新從時序圖的起始點開始運行。這樣會使一個塔的工作時間超過4小時，干燥效果變差，并影響下一階段該塔的再生效果。

問題2：使用電接點溫度計來作為溫度傳感器，接點會因為氧化或者其他原因損壞，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，會使輸出的壓縮空氣變熱，影響后面的用氣環(huán)節(jié)。

問題3：電加熱器控溫方式使溫度波動較大。

這些問題，在繼電器控制中，因為控制箱體積與功能的矛盾，得不到妥善的解決，但在PLC控制中，完全可能通過軟件的優(yōu)化設(shè)計來解決。

4、改進

西門子S7-200系列PLC中，可以通過系統(tǒng)塊的設(shè)置，使一部分輔助繼電器、計數(shù)器、儲存器可以在停電時保持原來的數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)塊中，設(shè)置了M10.0開始的位和所有的計數(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)和工作時間進行記憶。

4.2 增加熱再生時間的限定

PQZ型微熱再生干燥裝置的熱再生，工藝設(shè)計在兩小時以內(nèi)可以完成。如果吸附塔下部的電接點溫度計失效后， PLC控制系統(tǒng)不能接收到該信號，認為熱再生未完成，會一直進行熱再生，直至切換工作狀態(tài)。全程熱再生將會影響該塔其后的工作。[1]

在程序中，增加一個C6計數(shù)器，計數(shù)預(yù)置值為120分鐘即兩小時，當熱再生達到兩小時的時候，即使再生塔下部的電接點溫度計（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間限定

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

如果電加熱的電接點溫度計失效后，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，噴射器會工作到AB塔切換狀態(tài)。因為噴射器是利用射流吸入一部分空氣，空氣含有水分，吸附劑會吸收其中的水分，使再生效果大打折扣。

在程序中，增加一個C7計數(shù)器，該計數(shù)器在停止電加熱后啟動，計數(shù)預(yù)置值為10分鐘。如果電加熱器的電接點溫度計失效，噴射器最長的工作時間也只是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 增加電接點溫度計輸入的抗干擾

由于PQZ型微熱再生干燥裝置一般安裝在壓縮機車間，大功率的電動機較多，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，有可能竄入外界干擾。曾經(jīng)發(fā)生過巡檢人員在PQZ型微熱再生干燥裝置旁使用對講機，而干擾了輸入信號發(fā)生誤動作的故障。

S7-200系列PLC的輸入點可以進行濾波設(shè)置，但最長的時間是12.8毫秒，可能不足以消除干擾。在程序中增加了用定時器的長時間濾波（5秒鐘），進一步排除外界的干擾，提高裝置的運行可靠性。

I0.0是電加熱器出口電接點溫度表的上限接點，當該接點接通5秒后（5秒種足可以濾除對講機按下瞬時產(chǎn)生的干擾），定時器T60的接點接通，使M4.1接通，電加熱器停止工作。

同樣的措施也運用在A塔和B塔下部的電接點溫度計的接點中。

4.5 細化電加熱的控制

PQZ型微熱再生干燥裝置的電加熱器控制，原來使用一個接觸器進行控制。當電加熱器出口溫度超過設(shè)定的保護溫度時，控制系統(tǒng)會使電加熱器會停止工作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PLC的輸出點單獨控制，實現(xiàn)電加熱器的細化控制。

當電加熱器出口溫度超過設(shè)定溫度時，電接點溫度表的接點接通，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，確保熱再生的效果。

控制系統(tǒng)在2分鐘后再次檢測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、改進后的效果與后繼改進

經(jīng)過改進后，PQZ型微熱再生干燥裝置的運行可靠性得到了很大的提高。電接點溫度計失效后，PQZ型微熱再生干燥裝置也能夠可靠運行，但我們在使用說明書里提醒用戶，在巡檢時加強對電接點溫度計的檢查，發(fā)現(xiàn)故障后及時更換，確保干燥裝置的可靠運行。

針對一些高端用戶，我們還增加了文本顯示器、觸摸屏，以及使用模擬輸入模塊，對溫度壓力等參數(shù)進行數(shù)值顯示等不同的改進版本，讓用戶有更多的選擇。

參考文獻：

[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