1 引言
吸附式乾燥機的主要用途是通過分子篩吸附劑去除壓縮空氣中的水蒸氣。利用變壓吸附，再生循環，使壓縮空氣交替流經A、B兩個充滿吸附劑的乾燥罐，即一個罐體在高分壓（工作壓力）狀態下吸附水蒸汽時，另一個罐體在低分壓（接近大氣壓）下解析，然後按設定的程序切換。
對於乾燥機控制系統的選擇，我採用了西門子公司新推出的一款PLC S7-1200，該PLC定位在原有的S7-200和S7-300產品之間，可以實現簡單而高精度的自動化任務。並且它集成了PROFINET介面，可以方便的接入公司現有的西門子工業乙太網監控系統。同時選擇了專門配合S7-1200使用的西門子HMI精簡面板，用於實現對乾燥機系統的可視化監控。
A、B 吸附塔 3、4、6、7 止回閥
5 消音器8 節流閥 9 程序控制器
10 電加熱器A1,A2,B1,B2 切換閥
圖1 乾燥機工藝流程圖
2 工藝流程
乾燥機的工藝流程如圖1所示，工作步驟為：
（1）工作：濕空氣從下管系（黃色）經A1閥進入A乾燥罐，自下向上流過吸附劑床，乾燥后的空氣從上管系（紅色）排出。
（2）再生：部分乾燥空氣（約10%）通過上管系再生氣節流閥減壓。減壓后的乾燥空氣（稱為再生氣）經電加熱器加熱后自上向下對B乾燥罐內的吸附劑解析再生，恢復吸附劑的乾燥能力，再生氣通過下管系B2閥和消音器排放到大氣中。
（3）冷卻：再生結束后，電加熱器停止工作，通過再生氣對B罐進行自然冷卻。
（4）平衡：吸附劑冷卻結束后，B2閥關閉，B乾燥罐升壓至在線工作壓力，準備切換。
（5）切換：下管系B1閥打開，A1閥關閉，A2閥打開，A，B兩個乾燥罐體完成切換，B罐進入吸附，A罐卸壓再生。
整個循環周期為4小時，每罐各運行2小時，一罐在吸附過程中，另一罐在再生狀態，再生時間為1.5小時，再生溫度控制在150℃，冷卻時間為0.5小時。工作過程及工作時間由控制器自動控制完成。
A、B吸附塔3、4、6、7止回閥5 消音器
8 節流閥 9 程序控制器 10 電加熱器
3 S7-1200特點
◆可升級及靈活的設計。
◆集成了PROFINET。
◆集成有強大的計數、測量、閉環控制及運動控制功能。
◆直觀高效的STEP 7 Basic工程系統可以同時組態控制器和屏。
圖2 設備和網路
4 硬體設計
按照控制工藝的要求，選擇了CPU1214C作為控制器，該S7-1200 PLC集成了14路24V數字量輸入和10路24V數字量輸出。同時還選擇了溫度模塊AI4×RTD，該模塊能夠採集4路溫度信號。選擇觸摸屏KTP600PN作為可視化監控界面。
硬體選定后對各輸入輸出點進行配置，如表1所示。
圖3 硬體編輯界面
5 軟體設計
5.1軟體介紹
對S7-1200系統的組態和編程採用STEP7 Basic軟體，該軟體具有以下7大亮點：
◆庫的應用使重複使用項目單元變得非常容易。
◆在集成的工程框架（PLC、HMI）中編輯器之間進行智能拖拽。
◆共同數據存儲和統一符號（單一的入口點）。
◆任務入口視圖為初學者和維修人員提供快速入門。
◆設備和網路可在一個編輯器中進行清晰的圖形化配置。
◆所以的視圖和編輯器具有清晰、直觀的友好界面。
◆高性能程序編輯器創造高效率工程。
圖4 A工作，B再生
5.2軟體組態
首先創建一個新項目，通過選擇任務入口視圖中的「設備和網路」選項添加PLC設備（CPU）和HMI設備，添加完成後，系統會自動把兩種設備連接到一個網段上（見圖2）。
然後點擊圖2中PLC上的綠色方框進入硬體編輯界面（圖3），在CPU後面插入需要的RTD模塊，並且在RTD模塊通道屬性選項中選擇輸入類型為三線制熱敏電阻PT100。
5.3程序設計
組態完成後就可以進行程序設計了，按照系統工藝，可以把程序分為兩個部分，第一部分是邏輯控制，主要完成乾燥機的工作步驟。第二部分是溫度控制，主要對系統再生時的溫度進行PID控制。
首先在OB1內進行邏輯部分的程序設計，核心程序及說明如圖4所示。
程序段8（圖4）中M0.2為A、B罐工作標誌位，當M0.2為1時表示在當前周期內為A罐工作、B罐再生，當M0.2為0時表示切換到B罐工作、A罐再生。當一個周期結束後會運行取反程序，使M0.2在0和1之間自動切換。DB4.DBW2為當前運行周期累計運行時間（分鐘）。所以此段程序完成的任務為，當該周期切換為A罐運行時，且系統累計時間為0分鐘時（即系統開始計時后），使Q0.2輸出為1，也就是開A1閥。1分鐘后使Q0.4輸出為1，即開B2閥。這樣工作和再生過程的閥動作就完成了。
圖5 電加熱
當系統運行2分鐘后，Q0.5就輸出為1 ，電加熱接觸器吸合。B罐開始再生進入加熱，當累計運行達92分鐘時，Q0.5輸出為0 ，電加熱接觸器斷開，進入自然冷卻過程（見圖5）。
當冷卻過程結束后程序段8中M0.1變為0，使得A1、B2閥關閉，系統壓力自動平衡。
平衡階段后，根據M0.2的變換自動切換A、B工作。
以上為邏輯控制部分的主要程序，對於溫度控制程序的設計，首先先建立中斷組織塊OB200，並且在其塊屬性中設置循環時間為100ms,也就是每隔100ms運行一次OB200中的程序，之後在OB200中調用PID擴展指令（見圖6）。
圖6 PID功能模塊
圖6中程序的功能是通過Q0.0的PWM輸出來控制電加熱器的通斷，使再生加熱溫度DB4.DBD8(經IW98轉換后得到)控制在150℃（給定值MD14）。
點擊PID功能模塊中的組態按鈕，可對的基本參數進行組態，對於PID參數的設置可以手動給定，也可以通過自整定功能由系統設置參數。
進入調試面板進行參數的自整定。首先，在監控表中將當前的PID控制器模式（PID_Compact_DB.sRet.i_Mode）設為0（Inactive）,此參數需要在參數訪問工藝對象數據塊時才能找到，之後將設定值設為150℃，選擇Startup tuning(啟動整定)選項，單擊Start tuning按鈕，使能啟動整定模式。啟動后，系統將會滿量程輸出，通過計算延時時間與平衡時間的比值等數據來給出建議的PID參數。除了使用啟動自整定模式，也可使用運行自整定，系統在進入此模式時會自動調整輸出，使系統進入振蕩，反饋值在多次穿越設定值后，系統會自動計算出PID值（見圖7）。
圖7 PID參數
6 結束語
採用S7-1200系統控制的吸附式乾燥機經實際運行后工作狀態穩定。而且該系統維護簡單、可擴展性強，值得推廣。
表1 點位配置表
作者簡介
沈佳意 男 助理工程師，現就職於無錫華瑞製藥有限公司，主要從事自動控制方面的工作。
參考文獻
[1]西門子（中國）有限公司．深入淺出S7-1200 PLC[M]．北京：航空航天大學出版社，西門子（中國）有限公司，2009(11)．
[2]關於吸附式乾燥機的特點以及吸附式乾燥機與冷凍式乾燥機的區別[J]．中國粉體工業，2007(4)．
