本文介绍了制氮机的工作机理及简单的工艺流程，PLC控制系统设计方案、输入/输出接线图、软件流程图及调试结果，并介绍了设计过程中所用的节省输入/输出点数的技巧和方法及显示设定单元与主机之间的通讯问题。实际使用证明该控制系统性能稳定可靠，操作简便，经济实用且灵活性强。制氮机是以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，运用变压吸附原理，使充满微孔的碳分子筛对气体分子有选择性的吸附来获得纯度为98～99.99%的氮气的新型制氮技术。碳分子筛系由硬煤磨细后，经一系列加工成型烧结所得。经活化成型后的碳分子筛其晶粒体分布着无数微孔孔穴。碳分子筛属于速度分离型吸附剂，由于分子直径小的氧分子O2比分子直径稍大的氮分子N2在运动中的扩散速度要快十倍，所以，从分子动力学来讲，当空气进入碳分子筛床层时，分子直径小的氧以较快的速度进入碳分子结晶微孔中，氧被富集在碳分子固相中，而氮分子则在气相中富集，从而将氧气和氮气从空气中分离开来。碳分子筛对氧的平衡吸附量随吸附压力升高而增加，随压力的降低而减少，即所谓变压吸附。当进碳分子筛床层的空气压力降低到常压0.1MPa时，即所谓筛微孔中吸附的氧分子即被释放出来，即所谓常压解吸。为了能连续不断地生产出合格氮气，必须对生产过程中的各个流程进行自动控制。PSA制氮机控制系统原先采用的是继电接触控制方法，所用器件多，触点易损，控制单一，体积大，无法随时检测Y1～Y8电磁阀的好坏。通过对工艺流程和控制要求的分析，为了使控制系统更加灵活、可靠，操作方便且具有通用性，我们选用了无锡华光公司的SM-16T型PLC进行控制。PLC控制方法灵活，不需用时间继电器，可实时显示工作流程并监视工作时间，并具有简单、实用、美观、操作方便的人机界面。制氮系统控制要求分析空气压缩机用来提供足够的气量和相对恒定的输入压力0.75～0.8MPa的原料气，经冷干机除水、除油、除固态粒子等净化处理后，为了能连续不断地输出恒定的氮气，系统设置了A、两个吸附塔进行交替工作。由气源系统来的纯净压缩空气，经电磁气动控制阀Y1、Y2下部进入塔体，经吸附塔中碳分子筛床层吸附，并逐步向上推进，在此过程中，空气中的氧分子被吸附在碳分子筛微孔中，而氮被浓缩在气相中，由塔上部流出，经电磁气动控制阀Y6、Y8进入氮气贮罐，此过程即为A塔吸附制氮。与此同时，B吸附塔中吸附的氧分子经由电磁气动控制阀Y5排空，即B塔中碳分子筛对氧的吸附量将达到平衡时，则该塔立即停止吸附。此时Y1、Y4、Y5、Y8均处于关闭状态，而Y2、Y3、Y6、Y7同时处于开启状态，实行A、B两吸附塔均压，均压后即切换进入塔吸附、A塔解吸状态。此时压缩空气经电气控制阀Y1、Y3进入吸附塔下部，经B塔中碳分子筛床层吸附。分离出来的氮气经Y7、Y8进入氮气贮罐，即B塔吸附制氮。这样A、B两塔交替吸附、解吸，即形成连续不断的向氮气贮罐输送氮气。以上Y1～Y8电气控制阀的动作顺序、切换时间等全部由PLC控制，使二塔连续不断供应合格氮气。在正常工作时自动循环过程如下：按程序启动键冷干机启动延时秒空压机启动延时X秒进入吸附A延时X秒再次进入吸附A，如此自动循环。按停止键，系统全部停止工作。控制要求有手动和自动两种工作方式，并要求在手动方式时能进行Y1～Y8阀的检查。在手动时能独立起动、停止空压机和冷干机；能显示吸附四个阶段Y1～Y8的开启情况；各项操作均应有指示灯显示。自动工作时，应能按照自动工艺流程要求工作，并能在模拟工艺流程图中显示相应的工作状态。同时对自动运行过程中的各延时时间均要能任意调节，并能实时显示和查询当前延时设PLC控制系统3.1输入/输出点数的确定与PLC的选择根据工艺流程和控制要求分析，PSA制氮机的输入信号有19个，分别是手动操作按钮、自动操作按钮、自动起动按钮、停止按钮、空压机起动按钮、冷干机起动按钮、吸附A按钮、按钮、吸附B按钮、均压B＝A按钮、阀检测按钮、Y1～Y8阀检测按钮8阀检测按钮只有在手动方式下起作用，而Y1～Y8阀检测按钮只有在阀检测按钮按下后有阀检测指示后才起作用。输出信号也是19个，分别是Y1～Y8阀输出8个、手动状态指示、自动状态指示、自动起动指示、停止指示、空压机工作指示、冷干机工作指示、吸附A指示、均压A＝B指示、吸指示、均压B＝A指示，阀检测指示。即在每一个输入信号旁边均有相应的指示。