基于PLC的变频控制系统在纸业浆泵上的设计

秦 健，魏春光

(烟台南山学院，山东 烟台 265713)

造纸企业的电能消耗，从设备和类型来看50%以上为风机、泵类负载，这些设备目前基本上是采用阀门或挡板来调节风量或液体流量，大量的能源消耗在阀门或档板上。大多数制浆、造纸工业的装机容量大，能耗高。如果采用变频调速，可以减少设备维修，实现调速范围宽（1:100），具有调速准确、提高产品品质、降低电能损耗与降低用水量等优点。

1 控制系统硬件组成

系统由西门子S7-200系列PLC控制，由变频器实现无级加减速，可以实现纸业底浆泵、衬浆泵、芯浆泵的交流变频调速，采用4～20 mA电流作为传递信号，提高抗干扰能力。为方便操作，系统设置远程/近程功能，远程操作利用触摸屏输入启动指令，近程操作采用按钮启动，信号由PLC集中处理，系统总体组成示意图如图1。

图1 系统总体组成示意图

1.1 EM231、EM232模拟量输入输出模块

系统需要处理模拟量，采用西门子公司的EM231模拟量输入模块，单极性全量程输入范围对应的数字量输出为0～+32 000，电压输入时输入阻抗≥10 MΩ，电流输入时（0～20 mA）输入电阻为250 Ω。A/D转换的时间＜250 μs，模拟量输入的阶跃响应时间为1.5 ms（达到稳态值的95%时。）

输出采用EM232模拟量模块，量程有±10 V和0～20 mA两种，对应的数字量分别为

-32 000～+32 000和0～32 000。本系统采用电流输出，满量程时电流输出的分辨率为11位。25℃的精度典型值为±0.5%，电流输出的稳定时间分别为2 ms。

最大驱动能力如下：电压输出时负载电阻最小5 kΩ；电流输出时负载电阻最大500 Ω。

1.2 变频器

变频器选用欧瑞传动的F-2000P系列变频器，该变频器是风机水泵类专用变频器，是在通用变频器功能基础上，针对该系列电机负载情况全新设计的专用变频器。具有丰富的时段控制以及PID调节功能。拖动方式有单泵模式、一拖二固定模式、一拖二轮换模式、一拖多固定模式、一拖多轮换模式，更贴近风机水泵类负载的工控应用领域。系统变频器部分接线图见图2。

图2 变频器接线示意图

变频器参数设定如表1所列。

表1 变频器参数设定F-2000P

其他参数默认，无需调整。

2 PLC软件设计

软件采用模块化设计。全部软件由主程序、数据采集处理子程序组成。主程序是控制和管理的核心，限于篇幅，只给出主程序框图如图3所示。

图3 主程序流程图

3 结束语

本调速系统可广泛用于纸厂锅炉鼓风机、引风机、清水泵、循环泵、排污泵、污水处理搅拌泵、碱回收泵、风机等系统中，取代传统的阀门调节，不仅节电效果明显，高达10%～45%，而且改善了浓度、流量、流速和压力控制等精度，提高产品品质和产量，综合效益好。

[1]西门子（中国）有限公司.西门子S7-200系统手册[K].西门子（中国）有限公司,2004.

[2]欧瑞传动电气有限公司.欧瑞F-2000P变频器说明书[K].欧瑞传动电气有限公司,2008.

[3]廖常初.PLC编程及应用（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2005.