1、常州工学院第 1 页 共 20 页摘 要本论文是根据 PLC 的可编程来控制余热再生干燥机。CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接
2、口及有关电路。内存主要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。余热再生干燥机由两个双联机筒组成，机筒里装满干燥剂。两个机筒轮流接通和关闭气流，交替进行干燥和再生运行，从而使气流能持续接触干的干燥剂来达到脱湿干燥的目的。关键词：CPU PLC 干燥机 余热 再生第 1 章 PLC 的有关知识1.1 PLC 基础知识简介在自动化控制领域，PLC 是一种重要的控制设备。目前，世界上有 200 多厂家生产 300 多品种 PLC 产品，应用在汽车（23%） 、粮食加工（16.4%） 、化学/制药（14.6% ） 、金属/矿山（11.5% ） 、纸浆 /造纸（11.3%）等行业。为了使各位初
3、学者更方便地了解 PLC，本文对 PLC的发展、基本结构、配置、应用等基本知识作一些简介。在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968 年美国 GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称 Programmable Controller（PC） 。个人计算机（简称 PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能
4、特点，可编程序控制器定名为 Programmable Logic Controller（PLC） ，现在，仍常常将 PLC 简称 PC。PLC 的定义有许多种。国际电工委员会（IEC）对 PLC 的定义是：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。上世纪 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 发展最快的时期，年增长
5、率一直保持为 3040%。在这时期，PLC 在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC 逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的 DCS 系统。PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC 在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。余热再生干燥机第 2 页 共 20 页从结构上分，PLC 分为固定式和组合式（模块式）两种。固定式 PLC 包括 CPU 板、I/O板、显示面板、内存块、电源等，这些元素组合成一个不可拆卸的整体。模块式 PLC 包括CPU 模块、I/
6、O 模块、内存、电源模块、底板或机架，这些模块可以按照一定规则组合配置。CPU 是 PLC 的核心，起神经中枢的作用，每套 PLC 至少有一个 CPU，它按 PLC 的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和 PLC 内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路。CPU 主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，CPU 单元还包括外围芯片、总线接口及有关电路。内存主
7、要用于存储程序及数据，是 PLC 不可缺少的组成单元。在使用者看来，不必要详细分析 CPU 的内部电路，但对各部分的工作机制还是应有足够的理解。CPU 的控制器控制 CPU 工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU 速度和内存容量是 PLC 的重要参数，它们决定着 PLC 的工作速度，IO 数量及软件容量等，因此限制着控制规模。1.2 PLC 的硬件设施PLC 与电气回路的接口，是通过输入输出部分（I/O）完成的。I/O 模块集成了 PLC 的 I/
8、O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。输入模块将电信号变换成数字信号进入 PLC 系统，输出模块相反。I/O 分为开关量输入（DI） ，开关量输出（DO） ，模拟量输入（AI ） ，模拟量输出（AO）等模块。开关量是指只有开和关（或 1 和 0）两种状态的信号，模拟量是指连续变化的量。常用的I/O 分类如下：开关量：按电压水平分，有 220VAC、110VAC、24VDC，按隔离方式分，有继电器隔离和晶体管隔离。模拟量：按信号类型分，有电流型、电压型等，按精度分，有 12bit,14bit,16bit 等。除了上述通用 IO 外，还有特殊 IO 模块，如热电阻、热电偶
9、、脉冲等模块。按 I/O 点数确定模块规格及数量，I/O 模块可多可少，但其最大数受 CPU 所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。PLC 电源用于为 PLC 各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V 的工作电源。电源输入类型有：交流电源（220VAC 或 110VAC） ，直流电源（常用的为24VAC） 。大多数模块式 PLC 使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使 CPU能访问底板上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。（A） 、编程设备：编程器是 PLC 开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，用于编程
10、、对系统作一些设定、监控 PLC 及 PLC 所控制的系统的工作状况，但它不直接参与现场控制运行。小编程器 PLC 一般有手持型编程器，目前一般由计算机（运行编程软件）充当编程器。常州工学院第 3 页 共 20 页（B） 、人机界面：最简单的人机界面是指示灯和按钮，目前液晶屏（或触摸屏）式的一体式操作员终端应用越来越广泛，由计算机（运行组态软件）充当人机界面非常普及。（C） 、输入输出设备：用于永久性地存储用户数据，如写入器、条码阅读器，输入模拟量的电位器，打印机等。PLC 的通信联网依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显
11、著，甚至有人提出“网络就是控制器“ 的观点说法。PLC 具有通信联网的功能，它使 PLC 与 PLC 之间、PLC 与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数 PLC 具有 RS-232 接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC 的通信，还未实现互操作性，IEC 规定了多种现场总线标准，PLC 各厂家均有采用。对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制
12、的前提下进行；再次，综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。1.3 PLC 的程序设计语言在可编程控制器中有多种程序设计语言,它们是梯形图语言、布尔助记符语言、功能表图语言、功能模块图语言及结构化语句描述语言等。梯形图语言和布尔助记符语言是基本程序设计语言，它通常由一系列指令组成，用这些指令可以完成大多数简单的控制功能，例如，代替继电器、计数器、计时器完成顺序控制和逻辑控制等，通过扩展或增强指令集，它们也能执行其它的基本操作。功能表图语言和语句描述语言是高级的程序设计语言，它可根据需要去执行更有效的操作，例如，模拟量的控制，数据的操纵，报表的报印和
13、其他基本程序设计语言无法完成的功能。功能模块图语言采用功能模块图的形式，通过软连接的方式完成所要求的控制功能，它不仅在可编程序控制器中得到了广泛的应用，在集散控制系统的编程和组态时也常常被采用，由于它具有连接方便、操作简单、易于掌握等特点，为广大工程设计和应用人员所喜爱。梯形图程序设计语言是用梯形图的图形符号来描述程序的一种程序设计语言。采用梯形图程序设计语言，程序采用梯形图的形式描述。这种程序设计语言采用因果关系来描述事件发生的条件和结果。每个梯级是一个因果关系。在梯级中，描述事件发生的条件表示在左面，事件发生的结果表示在后面。梯形图程序设计语言是最常用的一种程序设计语言。它来源于继电器逻辑
14、控制系统的描述。在工业过程控制领域，电气技术人员对继电器逻辑控制技术较为熟悉，因此，由这种逻辑控制技术发展而来的梯形图受到了欢迎，并得到了广泛的应用。梯形图程序设计语言的特点是：（A）与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；（B）与原有继电器逻辑控制技术相一致，对电气技术人员来说，易于撑握和学习；（C）与原有的继电器逻辑控制技术的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，因此，应用时，需与原有继电器逻辑控制技术的有关余热再生干燥机第 4 页 共 20 页概念区别对待；（D）与布尔助记符程序设计语言有一一对应关系，便于相互的转换和程序的检查。布尔助记符程
15、序设计语言是用布尔助记符来描述程序的一种程序设计语言。布尔助记符程序设计语言与计算机中的汇编语言非常相似，采用布尔助记符来表示操作功能。布尔助记符程序设计语言具有下列特点：（A）采用助记符来表示操作功能，具有容易记忆，便于撑握的特点；（B）在编程器的键盘上采用助记符表示，具有便于操作的特点，可在无计算机的场合进行编程设计；（C）与梯形图有一一对应关系。其特点与梯形图语言基本类同。功能表图程序设计语言是用功能表图来描述程序的一种程序设计语言。它是近年来发展起来的一种程序设计语言。采用功能表图的描述，控制系统被分为若干个子系统，从功能入手，使系统的操作具有明确的含义，便于设计人员和操作人员设计思想
16、的沟通，便于程序的分工设计和检查调试。功能表图程序设计语言的特点是：（A）以功能为主线，条理清楚，便于对程序操作的理解和沟通；（B）对大型的程序，可分工设计，采用较为灵活的程序结构，可节省程序设计时间和调试时间；（C）常用于系统的规模校大，程序关系较复杂的场合；（D）只有在活动步的命令和操作被执行，对活动步后的转换进行扫描，因此，整个程序的扫描时间较其他程序编制的程序扫描时间要大大缩短。功能模块图程序设计语言是采用功能模块来表示模块所具有的功能，不同的功能模块有不同的功能。它有若干个输入端和输出端，通过软连接的方式，分别连接到所需的其它端子，完成所需的控制运算或控制功能。功能模块可以分为不同的
17、类型，在同一种类型中，也可能因功能参数的不同而使功能或应用范围有所差别，例如，输入端的数量、输入信号的类型等的不同使它的使用范围不同。由于采用软连接的方式进行功能模块之间及功能模块与外部端子的连接，因此控制方案的更改、信号连接的替换等操作可以很方便实现。功能模块图程序设计语言的特点是：（A）以功能模块为单位，从控制功能入手，使控制方案的分析和理解变得容易；（B）功能模块是用图形化的方法描述功能，它的直观性大大方便了设计人员的编程和组态，有较好的易操作性；（C）对控制规模较大、控制关系较复录的系统，由于控制功能的关系可以较清楚地表达出来，因此，编程和组态时间可以缩短，调试时间也能减少；（D）由于
18、每种功能模块需要占用一定的程序内存，对功能模块的执行需要一定的执行时间，因此，这种设计语言在大中型可编程控制器和集散控制系统的编程和组态中才被采用。结构化语句描述程序设计语言是用结构化的描述语句来描述程序的一种程序设计语言。它是一种类似于高级语言的程序设计语言。在大中型的可编程序控制器系统中，常采用结构化语句描述程序设计语言来描述控制系统中各个变量的关系。它也被用于集散控制系统的编程和组态。结构化语句描述程序设计语言采用计算机的描述语句来描述系统中各种变量之间的各种运常州工学院第 5 页 共 20 页算关系，完成所需的功能或操作。大多数制造厂商采用的语句描述程序设计语言与语言、语言或语言等高级
19、语言相类似，但为了应用方便，在语句的表达方法及语句的种类等方面都进行了简化。结构化程序设计语言具有下列特点：（A）采用高级语言进行编程，可以完成较复杂的控制运算；（B）需要有一定的计算机高级程序设计语言的知识和编程技巧，对编程人员的技能要求较高，普通电气人员无法完成。（C）直观性和易操作性等性能较差；（D）常被用于采用功能模块等其他语言较难实现的一些控制功能的实施。部分可编程序控制器的制造厂商为用户提供了简单的结构化程序设计语言，它与助记符程序设计语言相似，对程序的步数有一定的限制，同时，提供了与可编程序控制器间的接口或通信连接程序的编制方式，为用户的应用程序提供了扩展余地。第 2 章 有关吸
20、附式干燥机的知识2.1 吸附式干燥机的分类及原理吸附式干燥机分为简易型吸附式干燥机（一次性）和再生型吸附式(干燥机自动循环型)。我们日常多采用再生型吸附式干燥机，简易型吸附式干燥机多用于小型实验室。 再生型吸附式干燥机一般分为无热再生吸附式干燥机和有热再生吸附式干燥机。有热再生吸附式干燥机根据加热方式又可分为内加热型吸附式干燥机和外加热型吸附式干燥机。再生吸附式干燥机由两个双联机筒组成，机筒里装满剂（干燥剂的表面能吸收水分） 。两个机筒轮流接通和关闭气流，交替进行干燥和再生运行，从而使气流能持续接触干的干燥剂来达到脱湿干燥的目的。无热再生吸附式干燥机是通过“压力变化”来达到干燥效果。由于空气容
21、纳水汽的能力与压力呈反比，其干燥后的一部分干燥空气（称为再生气）减压膨胀至大气压，其中压力变化膨胀空气变得更加干燥，然后让它流过未接通气流的需再生的干燥剂层（即已吸收足够水汽的干燥塔） ，干燥的再生气吸出干燥剂里的水分，将其带出干燥机来达到脱湿并干燥的目的。无热再生吸附式干燥机一般要消耗 15%左右的再生压缩空气。有热再生吸附式干燥机是通过“温度变化”来达到干燥效果。因为空气容纳水汽的能力与温度呈正比。内加热型吸附式干燥机是让少量干燥空气（称为再生气）流过需再生的干燥剂层并启动内置的机筒的加热器，产生的高温空气会吸出干燥剂里的水分，将其带出干燥机。外加热型吸附式干燥机一种是让少量干燥空气（称为
22、再生气）流过外置的加热器再吹过须再生的干燥剂层，产生的高温干燥空气会吸出干燥剂里的水分，将其带出干燥机。余热再生干燥机第 6 页 共 20 页外加热型吸附式干燥机另一种是通过鼓风机将普通空气吹出外置的机筒的加热器，产生的高温空气可吸出干燥剂里的水分，将其带出干燥机。次种外加热型吸附式干燥机不需要消耗压缩空气，即再生气消耗量为 0%。2.2 吸附式干燥机的干燥剂有哪些吸附式干燥机一般采用硅胶、活性氧化铝、分子筛作为干燥剂。各种干燥剂的特点硅胶较易遇水份潮解。活性氧化铝的吸附性能很强、很稳定，遇到水分不潮解，且具有高抗碎强度和抗腐蚀性，使用范围较广。分子筛由于在相对湿度 20%以下有较好的干燥性能
23、，常常仅作为深度干燥的干燥剂。2.3 吸附式干燥机的适用范围吸附式干燥机用于的压力露点要求在零度以下的场合。它能达到冷冻式干燥机远远不能达到的干燥效果。2.4 吸附式干燥机的干燥效率与气流温度的关系对吸附式干燥机的干无热的温度低，吸附式干燥机的干燥效率越高。因为空气温度越低，容纳的水分越少，干燥负载就越低，吸附式干燥机的干燥能力越强，故而效率越高。2.5 无热吸附式干燥机的干燥效率和气流压力的关系无热吸附式干燥机是通过变压（即压力变化）来进行干燥达到除湿效果的。干燥剂再生时气流的压力差越大，再生气吸出的干燥剂里水分就越多，干燥剂的再生效果就越好，下一工作周期时的干燥效果就越佳。一般来说，无热吸
24、附式干燥机都有它额定的最小工作压力，否则达不到干燥机设定的干燥效果。2.6 吸附式干燥机前置过滤器的作用 吸附式干燥机的前置过滤器用于清除压缩空气中的固态和液态污染物，延长干燥剂曾的使用寿命（尤其是油污染会造成干燥剂因“中毒”而失效） 。吸附式干燥机后置过滤器用于清除干燥剂粉尘，防止下游有尘埃污染物。2.7 加大吸附式干燥机的吸附床的作用A、增加压缩空气与吸附剂的接触时间；B、额外的吸附剂用于补偿干燥剂的自然老化；C、确保出口露点温度稳定；D、保存足够吸附热以备正常再生之需。2.8 国产吸附式干燥机与进口吸附式干燥机的差距首先，由于国内的干燥剂（例如活性氧化铝等）的吸附性能不佳，国产吸附式干燥
25、机在压力露点-20 以下就无能为力了。其次，国内的阀门阀件的性能不佳，开启不很顺畅，造成国产吸附式干燥机的故障不断工常州工学院第 7 页 共 20 页作不稳定。再次，国产吸附式干燥机的设计落后。要知道合适的干燥剂层、机筒、管路、阀门设计可以减少压降，提高干燥效果。特别是塔体尺寸和分流器的设计关系到气体在塔体内的均匀走向和气流与干燥剂的接触时间，从而直接影响干燥机的干燥效果。2.9 吸附式干燥机常见的故障及排故吸附式干燥机电源指示灯不亮有何原因和解决A、电源未接通。检查电路终端板上的电压。B、开关置于关的位置。将开关置于开的位置。C、开关失灵，更换开关。D、指示灯被烧毁，更换指示灯。吸附式干燥机
26、出口露点为什么过高A、超过最大流量值和超过设计条件。B、干燥剂没有吸附作用：a、使用寿命已结束；b、干燥剂已被污染（如被油污染） ；c、过早饱和（吸水过多） 。C、气流进入干燥机前没有预处理除去液态水。干燥悸过早饱和的原因A、 再生气率不足：a) 再生气阀排放不出；b) 再生循环时，工作塔压力并未安全下降，造成压力差过大。B、排气消音器堵塞；C、排气阀无法打开；D、单向阀卡住无法正常关闭：a、设置不当；b、定时器故障。吸附式干燥机工作塔压为什么达不到系统压力A、再生气/升压阀无法关闭；B、下游空气的需求量过大。吸附式干燥机再生塔压为什么无法降到 2kgf/cm 以下A、消音器堵塞；B、单向阀失
27、灵；C、排气阀开启过久；D、再生气/升压阀无法开启。吸附式干燥机再生循环时再生气排放量为什么过大A、进气阀无法关闭；B、单向阀失灵；余热再生干燥机第 8 页 共 20 页吸附式干燥机两塔不能循环再生和干燥有何后果 缘故 和解决吸附式干燥机两塔不能循环再生和干燥会造成一塔持续再生，而另一塔持续工作，工作塔因不堪负荷而饱含水分，出口露点温度持续上升直至超出设计的露点温度要求。吸附式干燥机两塔不能循环再生和干燥的原因与解决方案如下：A、进气阀、再生气/升压阀失灵：检查所有阀门的工作状况，维修或更换有关阀门。B、电控箱内的压力开关失灵：a) 更换压力开关；b) 如果机器所有工作条件正常，所有阀门工作正
28、常，可以将压力开关短接（即旁通关掉）应急。2.10 余热再生干燥机图 1 余热再生干燥机控制系统：（A）控制系统采用 PLC 系统程序控制和设置（B）对每个阀门的动作反馈信号进行处理（C）在运行过程中，解析、吸附、吹冷，可定时循环运行2.11 余热再生干燥机的主要参数常州工学院第 9 页 共 20 页项目型号处理量进排气管接口口径长（L/mm）宽（W/mm）高（ H/mm）重量（WE/mm）F-2000MH200 DN200 5250 3700 3500 8625表 12.12 余热再生干燥机流程图湿空气入口冷却器气液分离器A 塔 B 塔加热器12345 67 810 1112 1314 15
29、S干燥空气出口9余热再生干燥机第 10 页 共 20 页图 2 系统流程图第 3 章 电磁阀关于电磁阀的工作原理电磁阀是用来控制流体的方向的自动化基础元件，属于执行器；通常用于机械控制和工业阀门上面，对介质方向进行控制，从而达到对阀门开关的控制。工作原理电磁阀里有密闭的腔，在不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。分类
30、1.电磁阀从原理上分为三大类：1）直动式电磁阀：原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过 25mm。2）分布直动式电磁阀：原理：它是一种直动和先导式相结合的原理，当入口与出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。特点：在零压差或真空、高压时亦能可*动作，但功率较大，要求必须水平安装。3）先导式电磁阀：
