微热再生干燥装置PLC控制系统的深度改进

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摘 要：通过对控制系统进行停电记忆，电接点温度表传感器的冗余程序设计，和对电加热器进行细化控制的手段，提高压缩空气微热再生干燥装置的运行可靠性。

关键词：PLC;控制系统;冗余设计;电加热器;细化控制

1、前言

壓缩空气是工业生产上广泛应用的能源，在大多数场合，需要对压缩空气进行干燥。PQZ型微热再生干燥装置以其节能、可靠获得了广泛的应用。PQZ型微热再生干燥装置最早是采用继电器控制，控制系统的故障较高，后来改用了PLC控制系统，运行可靠性得到了提高。针对PLC控制系统还存在的一些问题，我们对控制系统进行了提高运行可靠性的深度改进。

2、PQZ型微热再生干燥装置简介

PQZ型微热再生干燥装置流程图见图1，控制时序图见图2。

A塔和B塔内装填的是吸附剂活性氧化铝，又称为干燥剂，两塔轮流工作与再生。

1、4#阀为气动常闭阀，即电磁阀通电时阀门打开，断电时关闭。2、3#为气动常开阀，即电磁阀通电时阀门关闭，断电时打开。5#阀为气动三通阀，电磁阀通电时，气流上进下出，电磁阀断电时，气流上进侧出。6、7、8、9#为单向阀。

4.1 增加停电保持功能当干燥装置在B工作，A再生状态时，压缩空气从3#阀门进入B塔，压缩空气中的水分被经过再生的吸附剂吸收，变成干燥的成品气，经7#单向阀输出。

同时，A塔内的吸附剂进行再生脱水。在加热再生阶段，5#三通阀动作，一部分成品气经喷射器吸入一部分空气后进入电加热器升温，然后经8#单向阀进入A塔，对A塔内的吸附剂进行加热再生，然后经1#阀、消音器排放到大气中。在加热再生过程中，A塔内的吸附剂温度慢慢升高，并释放出所吸水分，即脱水再生。

当A塔下部温度达到设定温度后，加热再生停止，转到冷再生阶段，这时5#阀复位，一小部分成品气经过限流孔板降压后，从8#单向阀对A塔内吸附剂进行冷再生，进一步带走吸附剂的水分并使其降温。

B塔工作4小时后，切换到A塔工作、B塔再生的状态。两塔轮流工作与再生，确保干燥的成品气源源不断地输出。

3、尚存在的问题

问题1：停电后不保持，再开机后，又重新从时序图的起始点开始运行。这样会使一个塔的工作时间超过4小时，干燥效果变差，并影响下一阶段该塔的再生效果。

问题2：使用电接点温度计来作为温度传感器，接点会因为氧化或者其他原因损坏，使传感器失效。如果再生塔下部的传感器失效，热再生将不会停止，直到切换工作状态。由于吸附剂得不到冷却，该塔转为工作状态后，会使输出的压缩空气变热，影响后面的用气环节。

问题3：电加热器控温方式使温度波动较大。

这些问题，在继电器控制中，因为控制箱体积与功能的矛盾，得不到妥善的解决，但在PLC控制中，完全可能通过软件的优化设计来解决。

4、改进

西门子S7-200系列PLC中，可以通过系统块的设置，使一部分辅助继电器、计数器、储存器可以在停电时保持原来的数据。在系统块中，设置了M10.0开始的位和所有的计数器为停电保持，这样就能够把微热再生干燥装置的工作状态和工作时间进行记忆。

4.2 增加热再生时间的限定

PQZ型微热再生干燥装置的热再生，工艺设计在两小时以内可以完成。如果吸附塔下部的电接点温度计失效后， PLC控制系统不能接收到该信号，认为热再生未完成，会一直进行热再生，直至切换工作状态。全程热再生将会影响该塔其后的工作。[1]

在程序中，增加一个C6计数器，计数预置值为120分钟即两小时，当热再生达到两小时的时候，即使再生塔下部的电接点温度计（T62和T63）失效，PLC控制器也将停止热再生，转到冷再生状态。

4.3 增加停停止加热后喷射器工作时间限定

原来的控制系统，在电加热器停止工作后，喷射器会继续工作一段时间，把电加热器内的余热带走，直到温度降到120度时才停止，转到冷再生状态。

如果电加热的电接点温度计失效后，即使电加热器温度降到120度也不能向PLC控制系统发出信号，喷射器会工作到AB塔切换状态。因为喷射器是利用射流吸入一部分空气，空气含有水分，吸附剂会吸收其中的水分，使再生效果大打折扣。

在程序中，增加一个C7计数器，该计数器在停止电加热后启动，计数预置值为10分钟。如果电加热器的电接点温度计失效，喷射器最长的工作时间也只是10分钟，确保既能够带走电加热器的余热，也不影响再生工艺。

4.4 增加电接点温度计输入的抗干扰

由于PQZ型微热再生干燥装置一般安装在压缩机车间，大功率的电动机较多，而大规格的PQZ型微热再生干燥装置传感器到PLC控制箱的接线较长，有可能窜入外界干扰。曾经发生过巡检人员在PQZ型微热再生干燥装置旁使用对讲机，而干扰了输入信号发生误动作的故障。

S7-200系列PLC的输入点可以进行滤波设置，但最长的时间是12.8毫秒，可能不足以消除干扰。在程序中增加了用定时器的长时间滤波（5秒钟），进一步排除外界的干扰，提高装置的运行可靠性。

I0.0是电加热器出口电接点温度表的上限接点，当该接点接通5秒后（5秒种足可以滤除对讲机按下瞬时产生的干扰），定时器T60的接点接通，使M4.1接通，电加热器停止工作。

同样的措施也运用在A塔和B塔下部的电接点温度计的接点中。

4.5 细化电加热的控制

PQZ型微热再生干燥装置的电加热器控制，原来使用一个接触器进行控制。当电加热器出口温度超过设定的保护温度时，控制系统会使电加热器会停止工作5分钟，然后再次投入。这种全功率投入，全功率停止的方式，使到经过电加热器加热的再生气温度变化较大，影响热再生的效果。

我们把电加热器的发热元件由原来的一组分成两组，例如，把总功率36千瓦的一组发热元件分为两组18千瓦的发热元件，由两个PLC的输出点单独控制，实现电加热器的细化控制。

当电加热器出口温度超过设定温度时，电接点温度表的接点接通，控制系统发出指令让第二组发热元件停止工作。这样保留了一半的加热功率，令再生气的温度不至于有较大的波动，确保热再生的效果。

控制系统在2分钟后再次检测电加热器出口温度是否超温，超温，则再停止第一组发热元件的工作。不超温，则在3分钟后发出指令，让第二组发热元件恢复工作。[2]

5、改进后的效果与后继改进

经过改进后，PQZ型微热再生干燥装置的运行可靠性得到了很大的提高。电接点温度计失效后，PQZ型微热再生干燥装置也能够可靠运行，但我们在使用说明书里提醒用户，在巡检时加强对电接点温度计的检查，发现故障后及时更换，确保干燥装置的可靠运行。

针对一些高端用户，我们还增加了文本显示器、触摸屏，以及使用模拟输入模块，对温度压力等参数进行数值显示等不同的改进版本，让用户有更多的选择。

参考文献：

[1]陶传斌. 智能仪表在干燥器加热控制中的应用[J].本钢技术，2015-6

[2]朱建萍. 有热再生干燥器的优化操作 [J].深冷技术，2006-6