西门子SMART PLC的控制回路、PLC程序和上位机程序设计

一．引言

流浆箱（又称网前箱）是纸机的一个重要组成部分，其主要作用是产生一个稳定的上网浆流，保证纸张的均匀度等特性。成纸的均匀度取决于纤维在流浆箱中的分散程度和流浆箱唇口的均匀度。车速低于200米／分的纸机，一般采用敞开式流浆箱，也就是自压式流浆箱，由浆位高低控制总压；车速超过200米／分的纸机上，一般配备气垫式流浆箱或（半）水力式流浆箱，其控制的参数主要有总压、浆位和浆网速比，控制总压的目的是为了获得均匀的从流浆箱喷到网上的纸浆流量和流速，控制浆位的目的是为了获得适当的纸浆流域，以减少横流和浓度的变化,产生和保持可控的喘流以限制纤维的絮聚。本文以气垫式流浆箱为例，介绍其系统软硬件设计。

二．现场工艺要求及设备概述

1．总压头控制概述

在气垫式流浆箱中，P＝P’+H，其中，P为总压头，P’为气垫压力，H为浆位。通过改变P’来稳定H，总压头控制着流浆箱的喷浆速度，它由上浆泵的转速来调节，总压头的稳定与否对纸张纵向定量有较大的影响，必须保证总压控制回路工作在最佳状态。

1）总压头检测:采用压力变送器PT—101，检测压头，压力变送器的测量范围为0～40KPa(可根据实际情况进行调整)，输出电信号为4～20mA DC。 实物安装如图

2）总压头设定:总压头设定值Ps有两种设定方法，一是在上位机直接设定(给定值)，通过通讯接口送给SIEMENSPLC；二是在上位机上投入网速w和浆网速比αs，计算机根据公式Ps＝K×（αs×W）2计算确定总压值，通过通信接口送给SIEMENSPLC。

3）总压头控制:计算机根据总压头的设定值、实测值及总压头与浆位之间的耦合关系，经过相应的控制处理后，给出控制信号(4～20mA DC)，通过上浆泵变频器控制上浆泵的转速，若总压头的实际值低于给定值，则增大上浆泵的转速，反之，则减小上浆泵的转速，直至总压头达到设定值。上浆泵也可手动控制，即在人机界面上将对变频器的输出置于“手动”位置，直接控制上浆泵的转速。

4）浆速／网速比控制：纸页在纵横方向的组成是否一致，与纸浆在流浆箱唇口的喷浆速度和网速的关系十分密切，而流浆箱总压又决定了纸浆的喷浆速度，其关系为α＝J／W＝60√2gP/V其中P为总压头，W为网速，α为浆速网速比，在实际使用时，由于唇板开度、流浆箱形状等各不相同，α的设定值αs值亦不相同，因此需要根据实际情况来如以确定，在没有浆网速比控制的设备上，一般都通过人工计算列出对照表，操作工根据不同车速手动调节总压头设定值。在本系统中，总压可自动跟随车速变化(配备网速输入模块)，而且通过键盘输入，可容易地改变αs值以适应工艺的要求；同时又给出了不同浆网速比条件下的总压—网速对照表，供操作者查询。

总压参数表如下

总压头对照表：（αS=0.

5）正常运行：系统运行时，计算机会自动控制上浆泵的转速，保证总压头的实际值在其给定值附近允许的范围内变化。

2．浆位控制

在双匀浆辊气垫式流浆箱中，浆位控制回路是总压控制回路中的一个中间环节，在总压调节过程中，会使浆位产生不断的波动，这就要依靠浆位调节回路不断进行调整，使液位稳定在一定的高度上。

1）浆位检测：利用差压式液位变送器LT—102检测浆位，其法兰部安装在流浆箱底部外侧。低压侧通过导引管安装在流浆箱上部的外侧，根据其差压测定浆位高度。如

2）浆位设置：根据实际要求设置在0.2-0.4米之间

3）浆位控制：计算机根据浆位的设定值、实测值及浆位于总压头之间的耦合关系，经过相应的控制处理后，给出控制信号（4~20mA DC），通过风机变频器控制罗茨风机的鼓风量。若浆位偏低则减少风量，反之，若浆位偏高则增加风量，直到液位达到设定值为止。风机速度也可在人机界面上设置成手动状态，由手动确定其转速。此功能在调试时可加以利用。

4）正常运行：理想浆位调节，应使浆位的波动在允许的范围既要确保浆面的浮浆和气泡通过溢流槽全部溢流，又要使浆位调节对总压头的影响为最小。

3.控制示意图

三．电气硬件设计

根据技术协议，采用西门子200SMART系列的PLC，系统控制一台罗茨风机，一台冲浆泵及两个匀浆辊共4个电机，（风机与两台匀浆辊采用易能ENC600控制，冲浆泵用户自备）另外设备开启后必须设计运行反馈以达到用户要求，同时必须控制流浆箱内的液位变送器及压力变送器，另外为方便操作增加冗余作为预留，设计图纸如下

四．PLC程序设计

程序中某些数据必须具备掉电保存功能，必须设置以下参数

五.上位机程序设计

依据用户要求设计相应的按钮，棒图，趋势图等，如下图

六.现场调试

此设备中有三相动力电缆，也有信号线，为系统稳定性必须分开单独敷设，以达到控制要求。

上电后，检查通讯是否正常；测试压力液位通道是否正常；启动设备观察电机转向，反馈等是否正常；设备启动前，设定好合适的液位，根据车速设定总压，先打成手动模式，观察压力液位是否正常，待压力，液位达到设定值附近，切换成自动模式，观察有无异常。

七．总结

本文介绍了以西门子SMART PLC的流浆箱控制系统，粗略介绍了控制回路设计，PLC程序设计，上位机程序设计等，希望能给用到SMART PLC的同行有所帮助。