S7-1200应用于吸附式干燥机控制

1 吸附式干燥机的主要用途：

通过分子筛吸附剂去除压缩空气中的水蒸气。

利用变压吸附，再生循环，使压缩空气交替流经A、B两个充满吸附剂的干燥罐，即一个罐体在高分压（工作压力）状态下吸附水蒸汽时，另一个罐体在低分压（接近大气压）下解析，然后按设定的程序切换。
对于干燥机控制系统的选择，我采用了西门子公司新推出的一款PLC S7-1200，该PLC定位在原有的S7-200和S7-300产品之间，可以实现简单而高精度的自动化任务。并且它集成了PROFINET接口，可以方便的接入公司现有的西门子工业以太网监控系统。同时选择了专门配合S7-1200使用的西门子HMI精简面板，用于实现对干燥机系统的可视化监控。

2 工艺流程

干燥机的工艺流程的工作步骤为：

（1）工作：湿空气从下管系（黄色）经A1阀进入A干燥罐，自下向上流过吸附剂床，干燥后的空气从上管系（红色）排出。
（2）再生：部分干燥空气（约10%）通过上管系再生气节流阀减压。减压后的干燥空气（称为再生气）经电加热器加热后自上向下对B干燥罐内的吸附剂解析再生，恢复吸附剂的干燥能力，再生气通过下管系B2阀和消音器排放到大气中。
（3）冷却：再生结束后，电加热器停止工作，通过再生气对B罐进行自然冷却。
（4）平衡：吸附剂冷却结束后，B2阀关闭，B干燥罐升压至在线工作压力，准备切换。
（5）切换：下管系B1阀打开，A1阀关闭，A2阀打开，A，B两个干燥罐体完成切换，B罐进入吸附，A罐卸压再生。
整个循环周期为4小时，每罐各运行2小时，一罐在吸附过程中，另一罐在再生状态，再生时间为1.5小时，再生温度控制在150℃，冷却时间为0.5小时。工作过程及工作时间由控制器自动控制完成。
A、B吸附塔3、4、6、7止回阀5 消音器
8 节流阀 9 程序控制器 10 电加热器

3 S7-1200特点

◆可升级及灵活的设计。
◆集成了PROFINET。
◆集成有强大的计数、测量、闭环控制及运动控制功能。
◆直观高效的STEP 7 Basic工程系统可以同时组态控制器和屏。

4 硬件设计

按照控制工艺的要求，选择了CPU1214C作为控制器，该S7-1200 PLC集成了14路24V数字量输入和10路24V数字量输出。同时还选择了温度模块AI4×RTD，该模块能够采集4路温度信号。选择触摸屏KTP600PN作为可视化监控界面。
硬件选定后对各输入输出点进行配置。

5 软件设计

5.1软件介绍

对S7-1200系统的组态和编程采用STEP7 Basic软件，该软件具有以下7大亮点：
◆库的应用使重复使用项目单元变得非常容易。
◆在集成的工程框架（PLC、HMI）中编辑器之间进行智能拖拽。
◆共同数据存储和统一符号（单一的入口点）。
◆任务入口视图为初学者和维修人员提供快速入门。
◆设备和网络可在一个编辑器中进行清晰的图形化配置。
◆所以的视图和编辑器具有清晰、直观的友好界面。
◆高性能程序编辑器创造高效率工程。

5.2软件组

首先创建一个新项目，通过选择任务入口视图中的“设备和网络”选项添加PLC设备（CPU）和HMI设备，添加完成后，系统会自动把两种设备连接到一个网段上
然后点击图2中PLC上的绿色方框进入硬件编辑界面，在CPU后面插入需要的RTD模块，并且在RTD模块通道属性选项中选择输入类型为三线制热敏电阻PT100。

5.3程序设计

组态完成后就可以进行程序设计了，按照系统工艺，可以把程序分为两个部分，第一部分是逻辑控制，主要完成干燥机的工作步骤。第二部分是温度控制，主要对系统再生时的温度进行PID控制。
首先在OB1内进行逻辑部分的程序设计，核心程序及说明如图4所示。
程序段8（图4）中M0.2为A、B罐工作标志位，当M0.2为1时表示在当前周期内为A罐工作、B罐再生，当M0.2为0时表示切换到B罐工作、A罐再生。当一个周期结束后会运行取反程序，使M0.2在0和1之间自动切换。DB4.DBW2为当前运行周期累计运行时间（分钟）。所以此段程序完成的任务为，当该周期切换为A罐运行时，且系统累计时间为0分钟时（即系统开始计时后），使Q0.2输出为1，也就是开A1阀。1分钟后使Q0.4输出为1，即开B2阀。这样工作和再生过程的阀动作就完成了。

        当系统运行2分钟后，Q0.5就输出为1 ，电加热接触器吸合。B罐开始再生进入加热，当累计运行达92分钟时，Q0.5输出为0 ，电加热接触器断开，进入自然冷却过程。
当冷却过程结束后程序段8中M0.1变为0，使得A1、B2阀关闭，系统压力自动平衡。
        平衡阶段后，根据M0.2的变换自动切换A、B工作。
以上为逻辑控制部分的主要程序，对于温度控制程序的设计，首先先建立中断组织块OB200，并且在其块属性中设置循环时间为100ms,也就是每隔100ms运行一次OB200中的程序，之后在OB200中调用PID扩展指令。
        程序的功能是通过Q0.0的PWM输出来控制电加热器的通断，使再生加热温度DB4.DBD8(经IW98转换后得到)控制在150℃（给定值MD14）。
        点击PID功能模块中的组态按钮，可对的基本参数进行组态，对于PID参数的设置可以手动给定，也可以通过自整定功能由系统设置参数。
        进入调试面板进行参数的自整定。首先，在监控表中将当前的PID控制器模式（PID_Compact_DB.sRet.i_Mode）设为0（Inactive）,此参数需要在参数访问工艺对象数据块时才能找到，之后将设定值设为150℃，选择Startup tuning(启动整定)选项，单击Start tuning按钮，使能启动整定模式。启动后，系统将会满量程输出，通过计算延时时间与平衡时间的比值等数据来给出建议的PID参数。除了使用启动自整定模式，也可使用运行自整定，系统在进入此模式时会自动调整输出，使系统进入振荡，反馈值在多次穿越设定值后，系统会自动计算出PID值。

6 结束语

采用S7-1200系统控制的吸附式干燥机经实际运行后工作状态稳定。而且该系统维护简单、可扩展性强。