基于PLC的變頻控制系統在紙業漿泵上的設計

秦 健，魏春光

(煙臺南山學院，山東 煙臺 265713)

造紙企業的電能消耗，從設備和類型來看50%以上為風機、泵類負載，這些設備目前基本上是采用閥門或擋板來調節風量或液體流量，大量的能源消耗在閥門或檔板上。大多數制漿、造紙工業的裝機容量大，能耗高。如果采用變頻調速，可以減少設備維修，實現調速范圍寬（1:100），具有調速準確、提高產品品質、降低電能損耗與降低用水量等優點。

1 控制系統硬件組成

系統由西門子S7-200系列PLC控制，由變頻器實現無級加減速，可以實現紙業底漿泵、襯漿泵、芯漿泵的交流變頻調速，采用4～20 mA電流作為傳遞信號，提高抗干擾能力。為方便操作，系統設置遠程/近程功能，遠程操作利用觸摸屏輸入啟動指令，近程操作采用按鈕啟動，信號由PLC集中處理，系統總體組成示意圖如圖1。

圖1 系統總體組成示意圖

1.1 EM231、EM232模擬量輸入輸出模塊

系統需要處理模擬量，采用西門子公司的EM231模擬量輸入模塊，單極性全量程輸入范圍對應的數字量輸出為0～+32 000，電壓輸入時輸入阻抗≥10 MΩ，電流輸入時（0～20 mA）輸入電阻為250 Ω。A/D轉換的時間＜250 μs，模擬量輸入的階躍響應時間為1.5 ms（達到穩態值的95%時。）

輸出采用EM232模擬量模塊，量程有±10 V和0～20 mA兩種，對應的數字量分別為

-32 000～+32 000和0～32 000。本系統采用電流輸出，滿量程時電流輸出的分辨率為11位。25℃的精度典型值為±0.5%，電流輸出的穩定時間分別為2 ms。

最大驅動能力如下：電壓輸出時負載電阻最小5 kΩ；電流輸出時負載電阻最大500 Ω。

1.2 變頻器

變頻器選用歐瑞傳動的F-2000P系列變頻器，該變頻器是風機水泵類專用變頻器，是在通用變頻器功能基礎上，針對該系列電機負載情況全新設計的專用變頻器。具有豐富的時段控制以及PID調節功能。拖動方式有單泵模式、一拖二固定模式、一拖二輪換模式、一拖多固定模式、一拖多輪換模式，更貼近風機水泵類負載的工控應用領域。系統變頻器部分接線圖見圖2。

圖2 變頻器接線示意圖

變頻器參數設定如表1所列。

表1 變頻器參數設定F-2000P

其他參數默認，無需調整。

2 PLC軟件設計

軟件采用模塊化設計。全部軟件由主程序、數據采集處理子程序組成。主程序是控制和管理的核心，限于篇幅，只給出主程序框圖如圖3所示。

圖3 主程序流程圖

3 結束語

本調速系統可廣泛用于紙廠鍋爐鼓風機、引風機、清水泵、循環泵、排污泵、污水處理攪拌泵、堿回收泵、風機等系統中，取代傳統的閥門調節，不僅節電效果明顯，高達10%～45%，而且改善了濃度、流量、流速和壓力控制等精度，提高產品品質和產量，綜合效益好。

[1]西門子（中國）有限公司.西門子S7-200系統手冊[K].西門子（中國）有限公司,2004.

[2]歐瑞傳動電氣有限公司.歐瑞F-2000P變頻器說明書[K].歐瑞傳動電氣有限公司,2008.

[3]廖常初.PLC編程及應用（第2版）[M].北京：機械工業出版社，2005.