基于S7—1200的吸附式干燥机控制系统设计及应用

李慧霞+张英伟

摘要：本文主要对吸附式干燥机的工艺流程和S7-1200系统的特点功能和具体设计流程，并且对基于S7-1200的吸附式干燥机控制系统的具体应用进行论述。希望通过本次研究能够在实际工作中更好的设计和应用。

关键词：吸附式干燥机；S7-1200；控制系统；设计；应用

中图分类号：TQ051.892 文献标识码：A

吸附式干燥机的主要作用就是需要将空气中含有的水蒸气采用分子筛吸附剂来进行去除[1]。在变压吸附的作用下实现再生循环，这样再充满了吸附剂的干燥罐当中需要压缩空气进行交流经过。西门子公司所推出的S7-1200控制系统产品可以开展高精度的自动化任务。本文主要对采用S7-1200的吸附式干燥机控制系统的软硬件设计进行分析，并且设计实例来进行验证。

1 吸附式干燥机的特点以及具体工艺

1.1 吸附式干燥机的特点表现

除去空气中包含的水蒸气就是吸附式干燥机最为主要的目的，在除去水蒸气的过程中需要使用到活性氧化铝及分子筛等作为吸附剂，另外借助于吸附式干燥机的两个干燥罐来处理压缩空气。两个充满吸附剂的干燥管分别具备不同的功能，一个罐体需要在高分压的工作压力下进行水蒸汽的吸附，另一个罐体则是需要在低分压，也就是接近大气压数值的情况下对水蒸气进行解析，再按照实现设定的程序来进行切换。

对于吸附式干燥机的控制系统，本次以西门子公司最新推出的S7-1200控制系统。S7-1200主要是介于西门子公司原有的S7-200和S7-300产品之间，新推出的S7-1200PLC控制系统能够进行精度更高的自动化任务，而且该控制系统当中包含了PROFINET接口，能够和当前所使用的以太网监控系统匹配[2]。在基于S7-1200的基础上设计吸附式干燥机的控制系统，需要使用到西门子公司的配套设施，即HMI精简面板，主要对吸附式干燥机系统的运行情况进行更好的可视化监控。

1.2 吸附式干燥机的具体工艺

吸附式干燥机具体的工作流程如下，图1为吸附式干燥机的工作流程图。

（1）湿空气需要通过下管系，从切换阀3口进入到A干燥罐当中，在A干燥罐当中需要从下岛上依次经过吸附剂床，干燥后的空气会直接从上管系排出去。（2）一部分的干燥空气则是需要通过上管系的再生气节流阀来进行减压。干燥空气经过减压被称为再生空气，需要在电加热器加热之后再从上到下的经过B干燥罐，经过B干燥罐当中的吸附剂来进行解析，使吸附剂的干燥能力恢复。再生气在B干燥罐下的2切换阀当中排到大气当中。（3）等到空气再生工作完成之后，电加热器的工作已经完成，再生气会对B管开展自然冷却。（4）吸附剂冷却结束之后，2切换阀会关闭，B干燥罐当中的气压会逐渐升高，为接下来的切换工作做准备。（5）切换过程中B干燥阀下侧的4切换阀会打开，然后切换阀3号关闭，切换阀1号打开，A干燥罐和B干燥罐之间的切换工作也就完成了。B干燥罐开始进行空气吸附工作，而A干燥罐则是负责卸压再生。

（2）吸附式干燥机整个工艺流程全部环节完成需要4个小时，也就是意味着每4个小时进行一次更换，每个干燥罐需要各自运行2个小时。两个干燥罐所开展的工作内容也都是相反的，即一个干燥罐完成吸附工作，另一个干燥罐则会处于再生状态。再生的温度需要控制在150℃左右，再生的时间通常情况下为1.5个小时，冷却的时间相对稍微短一些，为0.5个小时。控制器会对吸附式干燥机的工作时间和工作过程进行设置，所以可以自动完成。

2 基于S7-1200的吸附式干燥机控制系统设计

2.1 S7-1200PLC的特点

S7-1200PLC与之前西门子公司生产的控制系统相比，自身具备了更多明显的优点，主要表现为以下几点：（1）升级更加方面，设计更灵活；（2）实现了PROFINET接口的集成；（3）具备了强大的测量、闭环控制、运行控制以及计数功能。（4）借助于STEP7 Basic工程系统，能够更加直观高效的来进行同时组态控制器和控制屏。

2.2 S7-1200的吸附式干燥机控制系统硬件设计过程

结合吸附式干燥机的具体特点，采用S7-1200PLC的过程中控制器选择CPU1214，本次所选择的S7-1200控制系统中可以实现10路24V的数字输出，同时也可以实现14路24V的数字输入。温度模块可以同时实现对4路温度信号的采集工作，其型号为AI4×RTD。可视化监控界面则是选择触摸屏KTP600PN。基本的硬件设施选择完毕之后需要配置不同的输入输出点数据，表1为具体的输入输出点数据配置。

2.3 S7-1200的吸附式干燥机控制系统软件设计过程

本次S7-1200的吸附式干燥机控制系统软件设计所需要使用的软件为STEP7 Basic，这个软件的主要优点表现为：（1）项目单元的重复使用变得更加简单；（2）在集成工程框架中的编辑器当中能够实现智能拖拽；（3）由于具备的单一的接口点，所以能够对符号进行统一，实现数据的共同存储；（4）软件系统中包含有专门的任务入口视图，这个功能能够为初学者以及维修人员开展后期的维修工作提供便利。（5）在一个编辑器当中就可以包含网络和设备，从而使图形化配置变得更加清晰。（6）采用此种软件所编辑出的视图等都比较清晰，而且界面更加直观。（7）该软件的程序性能比较高，因此也必然会使工作效率进一步提升，创造高效率工程。

在软件具体的设计过程中应当按照以下步骤开展设计工作：

第一，完成软件的组态工作，首先需要創建一个新的项目，然后可以在任务入口视图当中的“网络和设备”当中选择添加PLC设备，而且还需要添加HMI设备，再完成了相关设备的添加工作之后，系统就会将需要添加的设备自动和网段相互连接。连接之后，需要点击PLC设备在电脑显示屏上的按钮，从而进入到硬件的编辑界面。需要在硬件编辑页面中按照实际的需要在CPU后面插入实际需要的RTD模块，并且需要对RTD模块的属性进行选择。endprint

第二，程序具体设计过程。在完成了软件的组态工作之后需要开展程序设计工作。程序设计环节需要按照吸附式干燥机控制系统的工艺流程分为不同的构成部分，其中完成干燥剂工作步骤的控制属于逻辑控制程序，完成对系统再生温度控制的程序属于温度控制程序[3]。

3 基于S7-1200的吸附式干燥机控制系统效果分析

吸附式干燥机所包含的性能主要为吸附、再生和吹冷、均压等环节，但是不同控制器控制下的设备可能会出现一定的不同[4]。本次利用S7-1200PLC所设计的吸附式干燥机控制系统投入到实际应用，并且和传统的常规控制系统吸附式干燥机的设备性能进行比较。发现利用S7-1200设计的吸附式干燥机可以使压缩空气的品质提高，同时可以使压缩空气处理系统的耗能有所降低。设备价格S7-1200的吸附式干燥机高于常规吸附式干燥机，但是维护周期更长，每3年至4年更换的吸附剂为8吨左右，而传统吸附式干燥机则需要每1至2年更换6.5吨左右的吸附剂。同时基于S7-1200的吸附式干燥机控制系统可以使吸附式干燥机的整体性能得到提高，比如在入口温度、再生气损耗以及直接耗电等方面都具有明显的优越性。总体上来说，基于S7-1200PLC设置的控制系统可以使吸附式干燥机的供气质量更高，而且还可以有效的降低能耗。

4 总结

西门子公司新推出的S7-1200PLC控制系统能够进行精度更高的自动化任务，与原有的控制系统相比，其在很多性能上得到优化改进，因此具备更多的优越性[5]。本次主要基于S7-1200PLC来设计吸附式干燥机的控制系统，分别对吸附式干燥机的性能特点、具体运转工艺以及控制系统的硬件和程序等进行设计，并且经过实际应用进行效用论证，结果显示，基于S7-1200控制系统的吸附式干燥机与常规吸附式干燥机相比，供气质量更高，有效降低能耗。

参考文献：

[1]李明晓，裴天军.无热再生吸附式干燥机的应用及优化[J].现代化工，2017，37（03）：168-170.

[2]郑越.基于S7-1200的海上风电控制系统设计[D].燕山大学，2015.

[3]张勇，丁逸民.吸附式干燥机露点测控仪[J].上海计量测试，2014，41（03）：28-31.

[4]朱明刚.无热再生吸附式干燥机的优化设计[J].广东化工，2014，41（06）：162-163.

[5]沈佳意. S7-1200在吸附式干燥機控制系统中的应用[J]. 可编程控制器与工厂自动化，2011（08）：53-55.endprint