1、發(fā)酵空氣預(yù)處理裝置自動控制系統(tǒng)的設(shè)計作者：李佳郭健 邢書芳趙俊城來源：科技創(chuàng)新導(dǎo)報2015年第21期李佳1郭健1邢書芳1趙俊城2（1.核工業(yè)理化工程研究院 天津300180； 2.天津鋼管集團(tuán)公司 天津300301）摘要:該文給出了一套以PLC （基礎(chǔ)程序控制器）為核心的發(fā)酵空氣預(yù)處理自動控制裝置 的設(shè)計方案，介紹了系統(tǒng)組成、控制原理和工作過程等內(nèi)容。該系統(tǒng)通過對氣動調(diào)節(jié)閥的PID 控制，實(shí)現(xiàn)了對發(fā)酵預(yù)處理空氣溫濕度的自動調(diào)節(jié)。該裝置在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用表明，系統(tǒng)性 能穩(wěn)定、操作便捷，可有效提高發(fā)酵空氣溫濕度的調(diào)節(jié)精度，降低勞動強(qiáng)度并達(dá)到節(jié)約能源的 目的。關(guān)鍵詞:PLC自動控制 發(fā)酵 空氣預(yù)處理

2、中圖分類號:TP273文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1674-098X（2015）07（c）-0112-02發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的空氣必須是潔凈無菌的，并且要有一定的壓力、溫度和濕度，從而能控制 發(fā)酵罐內(nèi)原料不受污染。所謂“無菌空氣”，是指通過除菌后的壓縮空氣中含菌量降低到零或 除菌效率達(dá)到99.9999%后的潔凈空氣。因此，發(fā)酵工廠要對空氣進(jìn)行凈化除菌和調(diào)節(jié)處理，為 保證過濾后的發(fā)酵空氣達(dá)到凈化標(biāo)準(zhǔn)，過濾前的空氣一般要經(jīng)過冷卻、除水及雜質(zhì)、加熱以降 低相對濕度的一系列預(yù)處理過程。當(dāng)預(yù)處理后的空氣溫濕度不能滿足設(shè)計要求時，普遍采用手動調(diào)節(jié)閥門的方式調(diào)節(jié)空氣的 溫濕度，這樣做會暴露出很多不足，如調(diào)節(jié)精度低、反

3、應(yīng)時間長、需要人工干預(yù)等。若采用 PLC自動控制的方法，相比于以往的手動調(diào)節(jié)過程，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)溫濕度的自動調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié) 精度高，無需人工干預(yù)，可靠性強(qiáng)，使用方便。1工藝路線發(fā)酵空氣凈化流程是根據(jù)發(fā)酵生產(chǎn)對無菌空氣的質(zhì)量要求進(jìn)行設(shè)計的，吸氣環(huán)境如地理位 置、氣候條件各異，則空氣的溫度、濕度、粉塵含量不同，選用的設(shè)備、過濾介質(zhì)和工藝流程 也不同。該裝置采用的是冷熱空氣直接混合升溫的空氣預(yù)處理流程，整套裝置是由空壓機(jī)、儲氣罐、 冷卻器，氣液分離器，混合器等設(shè)備組成，其工藝流程（見圖1）。經(jīng)粗過濾的大氣吸入壓縮機(jī)， 被壓縮的空氣經(jīng)兩級冷卻器降溫后進(jìn)入氣液分離器，除去壓縮空氣中絕大部分的水份，與部分 來

4、自空壓機(jī)的熱空氣直接混合升溫后，進(jìn)入總空過濾器后，最終供給發(fā)酵罐。該裝置在一級冷卻器前端、混合器高溫進(jìn)氣口、混合器進(jìn)氣口和混合器出氣口分別安裝四 個溫濕度傳感器用來監(jiān)測預(yù)處理空氣的溫濕度，當(dāng)混合器出口的溫濕度不能滿足設(shè)定值時，控 制系統(tǒng)將通過PLC對調(diào)節(jié)閥分別進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，滿足參數(shù)在設(shè)定范圍內(nèi)：溫度為45C1C， 濕度40%RH （可設(shè)定）。2 控制系統(tǒng)設(shè)計2.1控制系統(tǒng)組成發(fā)酵空氣預(yù)處理裝置的自動控制系統(tǒng)主要由兩大部分組成：硬件部分和軟件部分。硬件部分是指構(gòu)成整個控制系統(tǒng)的操作顯示元件（觸摸控制屏）、外部電路（PLC控制單 元）、檢測元件（溫濕度信號傳感器）、執(zhí)行元件（氣動調(diào)節(jié)閥）等。軟件

5、部分是指來控制完成空氣凈化溫濕度調(diào)節(jié)整個工作過程的程序，包括控制軟件和畫面 軟件。控制軟件是指存放于PLC （基礎(chǔ)程序控制器）內(nèi)部的，用來完成指定工作循環(huán)的程序； 畫面軟件是指用來顯示當(dāng)前工作狀態(tài)及參數(shù)輸入的人機(jī)交互程序，它存放于觸摸屏內(nèi)部。系統(tǒng)的控制流程圖。（見圖2）2.2控制系統(tǒng)I/O配置本控制系統(tǒng)的核心控制部件采用西門子S7200-224高性能可編程序控制器，根據(jù)溫濕度自 動控制的要求，共有1個數(shù)字量輸入、10個模擬量輸入、2個數(shù)字量輸出和2個模擬量輸出， 設(shè)計的I/O配置。（見表1）2.3溫度調(diào)節(jié)軟件設(shè)計混合器出口溫度傳感器對高溫空氣調(diào)節(jié)閥的控制用于對混合器出口空氣溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使 其

6、達(dá)到工藝要求的最接近值。當(dāng)靜態(tài)混合器出口溫度不滿足設(shè)定值時，控制系統(tǒng)通過PLC對高 溫空氣調(diào)節(jié)閥做PID調(diào)節(jié)。在調(diào)節(jié)過程中，由于溫濕度傳感器存在惰性，從冷態(tài)達(dá)到穩(wěn)定工作 狀態(tài)需要一段時間，所以整個溫度調(diào)節(jié)過程大約需要34h。溫度調(diào)節(jié)的梯形圖。（見圖3）2.4濕度調(diào)節(jié)軟件設(shè)計混合器進(jìn)口溫度傳感器對二冷水調(diào)節(jié)閥的控制用于對混合器出口濕度的調(diào)節(jié)，現(xiàn)場試驗(yàn)證 明，當(dāng)混合器進(jìn)口溫度設(shè)定值低于混合器出口溫度設(shè)定值3C5C時，通過PID調(diào)節(jié)二冷水調(diào) 節(jié)閥，即可滿足濕度V40%RH的要求。在極端氣候條件下（高溫高濕天氣），當(dāng)混合器出口濕度值大于設(shè)定值時，控制系統(tǒng)會自 動將混合器進(jìn)口溫度設(shè)定值下調(diào)5C，通過PI

7、D調(diào)節(jié)二冷水調(diào)節(jié)閥使混合器出口濕度值滿足設(shè) 定。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，混合器進(jìn)口溫度下調(diào)5C后，混合器出口濕度可下降10%RH20%RH。濕度調(diào)節(jié)的梯形圖。（見圖4）2.5人機(jī)交互系統(tǒng)該裝置采用Smart700-7英寸彩色觸摸屏作為人際相互界面。通過該系統(tǒng)，操作人員可以了 解設(shè)備實(shí)時的運(yùn)轉(zhuǎn)情況和工作狀態(tài)，調(diào)整設(shè)備的參數(shù)設(shè)定等。監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能包括以 下幾方面。顯示功能：工藝流程、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)溫濕度值、報警顯示等。操作控制功能：根據(jù)界面上的按鈕可以對系統(tǒng)進(jìn)行啟動/停止操作。參數(shù)設(shè)定功能：畫面系統(tǒng)對各監(jiān)測點(diǎn)的溫濕度設(shè)定值進(jìn)行修改。報警功能：系統(tǒng)溫濕度超過報警值后進(jìn)行報警，提示操作信息，并直觀地顯示在畫面上。3應(yīng)用效果該裝置經(jīng)過測試，并于2014年12月在山東濰坊某發(fā)酵工廠成功應(yīng)用。試驗(yàn)及應(yīng)用結(jié)果表 明：采用PLC控制與未使用前的裝置比較，性能穩(wěn)定，控制精確（溫度調(diào)節(jié)精度可控制在1C 以內(nèi)），抗干擾能力強(qiáng)，操作簡單，完全滿足發(fā)酵空氣預(yù)處理后的各項(xiàng)性能指標(biāo)，保證了供氣 的質(zhì)量。該全自動控制模式可有效降低工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)約工時，保證了工程質(zhì)量及工程進(jìn) 度。同時，冷熱空氣直接混合升溫的空氣預(yù)處理流程省去了蒸汽加熱工藝，而且通過溫度對二 冷水進(jìn)行實(shí)時調(diào)節(jié)的過程，能夠節(jié)省二冷水的用量，這些做法既節(jié)約了工程投