紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)方案選擇與程序設(shè)計(jì)

1、紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)方案選擇與程序設(shè)計(jì) 摘 要 紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)紙機(jī)能否正常運(yùn)行起著決定性的作用，對(duì)本次設(shè)計(jì)將完成紙 機(jī)傳動(dòng)的方案選擇和程序設(shè)計(jì)。在方案選擇中，本文結(jié)合所選器件的可靠性、穩(wěn)定性、 市場(chǎng)價(jià)格等因素，使傳動(dòng)控制系統(tǒng)與造紙機(jī)整體裝備水平相適應(yīng)，以確保整個(gè)紙機(jī)系 統(tǒng)的高性價(jià)比和穩(wěn)定。在程序設(shè)計(jì)時(shí)，針對(duì)不同要求的紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)和硬件設(shè)備,本課 題將試著完成一套通用 PLC 程序，在使用時(shí)當(dāng)變頻器發(fā)生變化，只需改變它的初始 設(shè)定值,此程序具有很強(qiáng)的通用性和可移植性，可以滿足不同紙機(jī)的傳動(dòng)控制要求，從 而節(jié)約工程成本和提高工程可靠性的并節(jié)約了大量的設(shè)計(jì)工作。 文中介紹的紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，PLC 是

2、控制核心，它通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與變頻器構(gòu) 成 DCS 控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)紙機(jī)傳動(dòng)過(guò)程中的加速、減速、緊紙、速度鏈等功能。 本論文對(duì)其中所用到的歐姆龍 PLC、ABB 變頻器作了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì) RS485 網(wǎng)絡(luò)組 建的技術(shù)要點(diǎn)及其在紙機(jī)傳動(dòng)中的實(shí)際運(yùn)用作了比較詳細(xì)闡述。 關(guān)鍵字：PLC，變頻器，變頻器，RS485 Options and Procedures Designed in the Drive Control System of Paper Machine ABSTRACT Will the paper engine drive control system to the paper mac

3、hine normal operation decisive function, be completing whether the paper engine drive to this design the plan choice and the programming. In the plan choice, this article unifies chooses factors and so on component reliability, stability, market price, causes the transmission control system and the

4、paper mill whole equipment level adapts, guarantees the entire paper machine system the high performance-to-price ratio and stable. When programming, in view of different request paper engine drive system and hardware equipment,This topic will try to complete a set of general PLC procedure, when use

5、 when the frequency changer will change, will only have to change its initial setting value,This procedure has the very strong versatility and the probability, may satisfy the different paper machine transmission control request, thus saved the project cost and enhances engineering reliability and s

6、aved the massive design work. In the article introduced in the paper engine drive control system, PLC controls the core, it constitutes the DCS control system through the field bus and the frequency changer, has realized entire paper engine drive functions and so on in process acceleration, decelera

7、tion, tight paper, speed chain. The present paper to ohm dragon PLC, the ABB frequency changer which used has given the detailed explanation, transported to the RS485 network creation technical main point and in the paper engine drive reality has served as the quite detailed elaboration. KEYWORDS: P

8、rogrammable Logic Controller，Inverter，Speed Chain，RS485 目 錄 摘 要 .I ABSTRACT.II 1 緒論.1 1.1 紙機(jī)變頻控制系統(tǒng)的發(fā)展概況.1 1.2 PLC 技術(shù)的發(fā)展概況和趨勢(shì).2 1.3 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容及意義.3 2 紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)與原理.4 2.1 典型造紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工藝流程.4 2.2 紙機(jī)傳動(dòng)工藝控制主要特點(diǎn).4 2.3 紙機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu).6 2.4 系統(tǒng)工作原理.8 2.4.1 速度鏈控制.8 2.4.2 負(fù)荷分配控制.10 2.4.3 張力控制.11 2.4.4 加壓順序控制.12 2.4.5 轉(zhuǎn)移施膠涂

9、布機(jī)控制.12 2.4.6 斷紙連鎖控制.12 3 傳動(dòng)控制系統(tǒng)的方案選擇和硬件設(shè)計(jì).13 3.1 方案選擇的原則和注意事項(xiàng).13 3.2 大型紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的方案選擇.13 3.3 中、小型紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的方案選擇和相關(guān)設(shè)計(jì).14 3.2.1 交流變頻的選擇與參數(shù)設(shè)置.15 3.2.2 變頻的接線及說(shuō)明.18 3.2.3 PLC 的選擇和外圍接線.20 3.2.4 通訊系統(tǒng)的方案選擇.21 4 RS485 通訊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).23 4.1 RS485 標(biāo)準(zhǔn).23 4.1.1 RS485 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及硬件組建.23 4.1.2 RS485 組網(wǎng)技術(shù)及其特點(diǎn).24 4.2 RS485 通訊參數(shù)

10、設(shè)置.24 4.3 通訊協(xié)議分析.25 5 PLC 程序設(shè)計(jì).28 5.1 總程序設(shè)計(jì).28 5.1.1 程序要求.28 5.1.2 數(shù)據(jù)區(qū)分配和子程序代碼.28 5.1.3 程序流程圖及說(shuō)明.29 5.2 速度鏈的設(shè)計(jì).30 5.2.1 速度鏈算法設(shè)計(jì).30 5.2.2 查詢掃描子程序設(shè)計(jì)流程圖.31 5.3 通訊程序設(shè)計(jì).36 5.3.1 通訊程序流程圖.37 5.3.2 通訊循環(huán)控制程序.37 5.3.3 信息打包子程序.38 5.3.4 通訊發(fā)送子程序.39 5.3.5 信息解包子程序.40 5.3.6 CRC 子程序.41 5.4 程序的擴(kuò)展性.42 致 謝.43 參 考 文 獻(xiàn).4

11、4 1 緒論 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，書(shū)刊、報(bào)紙、印刷量的急劇增加，加大了對(duì)紙張的需 求，因此，造紙技術(shù)的改進(jìn)也就迫在眉睫。變頻器技術(shù)的推廣應(yīng)用已經(jīng)取得了明顯的 經(jīng)濟(jì)效益，變頻器是一種集電力、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)為一體的一種典型 的高科技產(chǎn)品。在造紙機(jī)傳動(dòng)應(yīng)用的控制領(lǐng)域，隨著變頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò) 通訊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使造紙廠的自動(dòng)化程度、控制精度、控制速度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性 和可靠性提高到了一個(gè)新的水平。但是，對(duì)于不同的情況和技術(shù)要求，仍然存在著選 取不同的控制系統(tǒng)和編寫不同程序的問(wèn)題。本課題將對(duì)目前多種典型造紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng) 的傳動(dòng)工藝過(guò)程進(jìn)行分析和學(xué)習(xí)，綜合紙機(jī)傳動(dòng)特點(diǎn)，完成對(duì)紙機(jī)

12、傳動(dòng)系統(tǒng)硬件、軟 件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，以滿足不同紙機(jī)的傳動(dòng)控制要求，從而節(jié)約了大量的設(shè)計(jì)工作。 1.1 紙機(jī)變頻控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 紙機(jī)變頻傳動(dòng)技術(shù)水平是和變頻器的技術(shù)發(fā)展水平緊密相關(guān)的。按變頻器的技術(shù) 水平分，紙機(jī)傳動(dòng)水平大致可以分為以下幾個(gè)階段:1）模擬開(kāi)環(huán)階段：V/F 控制通用 型變頻器+模擬外部速度鏈控制是這一時(shí)期的系統(tǒng)主要形式。隨著變頻速度技術(shù)逐步 進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)真正應(yīng)用的主要是開(kāi)環(huán)和 V/F 曲線控制的通用型變頻器。此外， 模擬給定電位器，或外部放大器模擬速度鏈控制器是這一階段系統(tǒng)的主要組成形式。 2）數(shù)字式 PLC 邏輯控制和電動(dòng)電位器工作方式：這種方式是隨著變頻器功能的完善

13、而開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，可以是開(kāi)環(huán)工作（視變頻器的性能而定） 。其設(shè)計(jì)的依據(jù)是變頻 器的電動(dòng)電位器功能而定。 隨著 DCS 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，PLC 和變頻器的通訊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開(kāi)始出現(xiàn) 并應(yīng)用到變頻傳動(dòng)控制中來(lái)，這種控制方式依賴于變頻器和 PLC 通訊功能的完善和 實(shí)用化。以 PLC 或工控機(jī)通過(guò)總線協(xié)議方式實(shí)現(xiàn)同步速度鏈控制的紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)開(kāi) 始成為主要形式。由于通訊功能和 PLC 的引入使變頻傳動(dòng)系統(tǒng)在自動(dòng)化和可編程方 面產(chǎn)生了質(zhì)的變化，使傳動(dòng)系統(tǒng)不再是變頻器的簡(jiǎn)單應(yīng)用，而真正成為系統(tǒng)中的一個(gè) 控制和信息傳遞單元。 隨著對(duì)交流電機(jī)研究的不斷深入，交流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型也日漸完善，在此基礎(chǔ)上， 一些

14、電機(jī)的變頻控制方式也相繼問(wèn)世，如矢量控制，直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC ) ,磁場(chǎng)定向 控制(FORCE)等，基于這些技術(shù)，一些大公司也相繼推出了自己的變頻器，如 ABB 公司的 ACS600, ACS800 系列，SIEMENS 公司的 6SE70 系列，ROCKWELL 公司的 1336 系列等，由于這些產(chǎn)品的出現(xiàn)，交流傳動(dòng)系統(tǒng)的功能指標(biāo)及動(dòng)靜態(tài)特性己能與直 流傳動(dòng)系統(tǒng)相媲美。在造紙行業(yè)，目前廣泛采用的是用晶閘管等靜止變頻裝置構(gòu)成變 頻電源(如變頻器)對(duì)紙機(jī)上的異步電機(jī)進(jìn)行調(diào)速和功率分配，就其系統(tǒng)構(gòu)成方式而言， 目前比較流行的主要有以下兩種： （a）交流母排，即將多個(gè)變頻器直接掛在交流母排上，通過(guò)

15、通訊的方式將各個(gè) 變頻器聯(lián)接起來(lái)。這類系統(tǒng)，目前主要用于中小型的低速紙機(jī)上。 （b）公共直流母排，將交流電源整流后，設(shè)一公共直流母排，在直流母排上再掛 有多個(gè)逆變器，通過(guò)逆變器來(lái)控制各個(gè)傳動(dòng)電機(jī)。 紙機(jī)變頻傳動(dòng)系統(tǒng)正在進(jìn)入一個(gè)通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展時(shí)期，紙機(jī)變頻傳動(dòng)系統(tǒng)也 正在進(jìn)入以通訊網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)框架的大型控制系統(tǒng)，并且成為車間乃至 DCS 系統(tǒng)的部 分或子系統(tǒng)，在配置結(jié)構(gòu)上都采用公共直流母線式結(jié)構(gòu)。雖然在硬件上國(guó)內(nèi)可以和國(guó) 外相齊并論，但是，在系統(tǒng)的軟件及程序上，國(guó)外的發(fā)展水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了國(guó)內(nèi)。要達(dá) 到乃至趕上國(guó)外的發(fā)展水平，需在軟件及程序設(shè)計(jì)上下工夫。另外，從工業(yè)自動(dòng)化的 方向來(lái)看，紙機(jī)傳動(dòng)控制

16、系統(tǒng)在朝著多功能化、智能化發(fā)展。 1.2 PLC 技術(shù)的發(fā)展概況和趨勢(shì) 第一臺(tái)可編程控制器(以下簡(jiǎn)稱 PLC)的設(shè)計(jì)規(guī)范是美國(guó)通用汽車公司提出的。當(dāng) 時(shí)的目的是要求設(shè)計(jì)一種新的控制裝置以取代繼電器盤，在保留了繼電器控制系統(tǒng)的 簡(jiǎn)單易懂。操作方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，同時(shí)具有現(xiàn)代化生產(chǎn)線所要求的時(shí) 間響應(yīng)快、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)接口、維 修方便等諸多高品質(zhì)與功能。這一設(shè)想提出后，美國(guó)數(shù)字設(shè)備公司(DEC)于 1969 年研 制成第一臺(tái) PLC，型號(hào)為 PDP-14,投入通用汽車公司的生產(chǎn)線控制中，取得了令人滿 意的效果，從此開(kāi)創(chuàng)了 PLC 的新紀(jì)元。在短時(shí)

17、間內(nèi)，PLC 在其他工業(yè)部門也得到應(yīng) 用。到 20 世紀(jì) 70 年代初，食品、金屬和制造等工業(yè)部門相繼使用 PLC 代替繼電器 控制設(shè)備，邁出其實(shí)用化階段的第一步。70 年代中期，由于大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)， 使 8 位微處理器和位片處理器相繼問(wèn)世，在邏輯運(yùn)算功能的基礎(chǔ)上，增加了數(shù)值運(yùn)算。 閉環(huán)控制，提高了運(yùn)算速度，擴(kuò)大了輸入輸出規(guī)模。在這個(gè)時(shí)期，日本、西德和法國(guó) 相繼研制出自己的 PLC，我國(guó)在 1974 年也開(kāi)始研制。70 年代末由于超大規(guī)模集成電 路的出現(xiàn)，使 PLC 向大規(guī)模、高速性能方向發(fā)展，形成了多種系列化產(chǎn)品。進(jìn)入八 九十年代后，PLC 的軟硬件功能進(jìn)一步得到加強(qiáng)，PLC 已發(fā)展成

18、為一種可提供諸多功 能的成熟的控制系統(tǒng)，能與其他設(shè)備通信，生成報(bào)表，調(diào)度產(chǎn)出，可診斷自身故障及 機(jī)器故障。PLC 未來(lái)的發(fā)展不僅依賴于對(duì)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，還在于 PLC 與其他工業(yè)控 制設(shè)備和工廠管理技術(shù)的綜合。無(wú)疑，PLC 將在今后的工業(yè)自動(dòng)化中扮演重要角色。 在未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)中，PLC 技術(shù)和機(jī)器人、CAD/CAM 將成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的 三大支柱。目前 PLC 朝以下幾個(gè)方向發(fā)展： （a）大型網(wǎng)絡(luò)化:主要朝 DCS 方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)化和強(qiáng)通信能力是 PLC 發(fā)展的一 個(gè)主要的方面，向下與多個(gè)智能裝置相連，向上與工業(yè)計(jì)算機(jī)、以太網(wǎng)等相連構(gòu)成 特殊的控制任務(wù)。 （b）多功能:為了適應(yīng)特殊功能的

19、需要，連續(xù)推出多種智能模塊，如模擬量模輸 入輸出、回路控制、通信控制、機(jī)械運(yùn)動(dòng)控制、高速技術(shù)、中斷輸入等。這些智能模 塊以為處理器為基礎(chǔ)，其 CPU 與 PLC 的 CPU 并行工作，占用主機(jī) CPU 時(shí)間很 少，有利于提高 PLC 掃描速度和完成特殊的控制任務(wù)。 （c）高可靠性、好兼容性:由于現(xiàn)代控制系統(tǒng)的可靠性和兼容性日漸受到人們的 重視，一些公司強(qiáng)自診斷技術(shù)、冗余技術(shù)、容錯(cuò)技術(shù)廣泛應(yīng)用到現(xiàn)有產(chǎn)品中，推 出了高可靠的冗余系統(tǒng)。 （d）編程語(yǔ)一言向高級(jí)語(yǔ)言發(fā)展:PLC 的編程語(yǔ)言在原有梯形圖語(yǔ)言、順序功能 塊和指令表語(yǔ)言基礎(chǔ)上，推出了可運(yùn)行與計(jì)算機(jī) windows 環(huán)境下，界面友好的強(qiáng)勁 的

20、梯形圖和語(yǔ)句表兩種形式的編程、調(diào)試、診斷等功能。SIMATIC 則使用 C/C+等 高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編程，體現(xiàn)了面向未來(lái)的種種特征。 1.3 課題設(shè)計(jì)內(nèi)容及意義 本文介紹了一種紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)，PLC 通過(guò)通訊控制與變頻器構(gòu)成 DCS 控制系 統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)紙機(jī)傳動(dòng)過(guò)程中的速度鏈、負(fù)荷分配、張力控制等功能，對(duì)其中所用 到的儀器如 C200HG 型 PLC、ACS600 的變頻器都作了詳細(xì)的說(shuō)明,并對(duì) RS485 網(wǎng)絡(luò) 組建的技術(shù)要點(diǎn)及其在紙機(jī)傳動(dòng)中的實(shí)際運(yùn)用作了比較詳細(xì)地闡述。通過(guò) PLC 與變 頻器的鏈接應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)紙機(jī)傳動(dòng)的自動(dòng)控制，從而達(dá)到節(jié)約工程成本、提高工程可靠 性和控制精確度的目的。 本

21、課題通過(guò)對(duì)造紙機(jī)不同分部的傳動(dòng)工藝過(guò)程分析，綜合紙機(jī)傳動(dòng)特點(diǎn)對(duì)紙機(jī)傳 動(dòng)系統(tǒng)硬件、軟件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，能夠滿足不同類型紙機(jī)的傳動(dòng)控制要求，當(dāng)所用 紙機(jī)的變頻器不同時(shí)，只需改變程序的初始化值。從而節(jié)約了大量的設(shè)計(jì)工作。 本程序設(shè)計(jì)體現(xiàn)了諸多優(yōu)點(diǎn)。一是對(duì)于不同的紙機(jī)只需對(duì)程序數(shù)據(jù)區(qū)重新設(shè)定， 而程序的不作變化；二是充分利用了 PLC 掃描周期；三是如果所用變頻器發(fā)生變化， 只需重新編寫信息打包程序和解包程序，就可以再次使用。程序具有很強(qiáng)的通用性和 可移植性。 2 紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)與原理 2.1 典型造紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工藝流程 造紙工業(yè)中廣泛使用的造紙機(jī)可以看作是一種由多臺(tái)設(shè)備組成的聯(lián)動(dòng)機(jī)（如圖

22、2- 1 所示） 。通?？煞譃闈癫亢透刹?jī)纱蟛糠?。濕部包括漿料流送設(shè)備、網(wǎng)部和壓榨部； 干部包括干燥部、壓光機(jī)和卷紙機(jī)。 圖 2-1 造紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 經(jīng)過(guò)配漿、施膠、加填和凈化以后，具有適于抄紙的性能的漿料，在 0.31.3 的濃度下進(jìn)入造紙機(jī)的漿料流送設(shè)備。在這里，紙料經(jīng)過(guò)漿流分布器和流漿箱對(duì)漿流 的分布和勻整以后，均勻而穩(wěn)定地流送到運(yùn)動(dòng)著的成形網(wǎng)的網(wǎng)面上。漿流在網(wǎng)案的胸 輥中心線附近上網(wǎng)以后，逐漸地過(guò)濾、脫水，形成連續(xù)的濕的紙幅。網(wǎng)案上通常設(shè)有 案輥、真空吸水箱、伏輥等成形-脫水元件。當(dāng)濕紙幅脫水到一定干度(通常是 20%左 右)，便可以從網(wǎng)面剝離，送至壓榨部繼續(xù)脫水。 造紙機(jī)的壓榨部

23、是由若干組輥式壓榨組成。濕紙幅是由壓榨毛毯支托著，在壓輥 間用機(jī)械擠壓的方法脫水的。為了保持壓榨毛毯的良好脫水性能，壓榨上輥配設(shè)有毛 毯洗滌裝置。經(jīng)壓榨部后，濕紙幅的干度一般可達(dá) 40%左右。 濕紙幅在紙機(jī)上進(jìn)一步脫水，通常是用加熱蒸發(fā)干燥的方法。造紙機(jī)的干燥部通 常是 由許多用蒸汽從內(nèi)部加熱的烘缸組成。烘缸上包覆著干毯(或帆布、干網(wǎng))，目 的是將紙幅緊壓到缸面上，提高傳熱效率和增進(jìn)紙幅的表面質(zhì)量。 干燥后，通常使用由 68 輥組成的壓光機(jī)來(lái)提高紙幅表面質(zhì)量。最后用卷紙機(jī) 卷成紙筒，供整飾工段進(jìn)一步加工使用。 2.2 紙機(jī)傳動(dòng)工藝控制主要特點(diǎn) （1）網(wǎng)部 底網(wǎng)驅(qū)網(wǎng)輥、真空伏輥和底網(wǎng)第二驅(qū)網(wǎng)輥負(fù)

24、荷分配自動(dòng)控制 芯網(wǎng)驅(qū)網(wǎng)輥、芯網(wǎng)復(fù)合輥和芯網(wǎng)第二驅(qū)網(wǎng)輥負(fù)荷分配自動(dòng)控制 面網(wǎng)復(fù)合輥、面網(wǎng)驅(qū)網(wǎng)輥負(fù)荷分配自動(dòng)控制 襯網(wǎng)驅(qū)網(wǎng)輥、襯網(wǎng)復(fù)合輥負(fù)荷分配自動(dòng)控制 頂網(wǎng)驅(qū)網(wǎng)輥與芯網(wǎng)的速差控制 底網(wǎng)、芯網(wǎng)、襯網(wǎng)、面網(wǎng)的速差控制與速差保護(hù)等自動(dòng)控制 （2）榨部 真吸移輥、真空壓榨輥的負(fù)荷分配自動(dòng)控制 真吸移輥、靴型壓榨的負(fù)荷分配自動(dòng)控制 光壓上輥、光壓下輥的負(fù)荷分配自動(dòng)控制 （3）烘干部 各組烘缸的速度同步自動(dòng)控制 各組烘缸主傳動(dòng)與輔助傳動(dòng)的速度同步自動(dòng)控制與負(fù)荷平衡控制 引紙輥與烘缸之間的速度同步控制 前烘干部與轉(zhuǎn)移施膠機(jī)之間的直接（或間接）張力自動(dòng)控制 后烘干部與可控中高壓光機(jī)之間的直接（或間接）張力自動(dòng)

25、控制 （4）轉(zhuǎn)移施膠機(jī) 施膠機(jī)在分輥時(shí)的速差自動(dòng)控制 施膠機(jī)在合輥加壓后的負(fù)荷分配自動(dòng)控制 轉(zhuǎn)移輥、計(jì)量輥的速差控制功能 引紙輥、弧形輥的速度同步控制 施膠機(jī)張力控制 （5）可控中高壓光機(jī) 壓光機(jī)兩輥之間的速差控制與負(fù)荷分配控制 壓光機(jī)張力控制 （6）涂布機(jī)控制 涂布機(jī)各傳動(dòng)點(diǎn)的速度同步控制 涂布機(jī)各傳動(dòng)點(diǎn)的直接轉(zhuǎn)矩控制,在操作臺(tái)上能夠直接設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)矩，并能夠控制 電機(jī)轉(zhuǎn)矩，使其工作在設(shè)定值 涂布區(qū)負(fù)荷分配：統(tǒng)一協(xié)調(diào)分析各涂布區(qū)的負(fù)荷狀況，根據(jù)張力傳感器的檢測(cè)值， 計(jì)算并依據(jù)整體涂布區(qū)工藝設(shè)定負(fù)荷分配，調(diào)節(jié)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行恒張力自動(dòng)調(diào)節(jié) （7）卷紙機(jī) 卷紙機(jī)的直接（或間接）張力自動(dòng)控制 卷紙

26、機(jī)的自動(dòng)計(jì)長(zhǎng)控制 （8）其它控制 引紙繩為速度跟隨控制，出現(xiàn)斷紙時(shí)自動(dòng)重新啟動(dòng)，正常抄紙時(shí)停止 2.3 紙機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 根據(jù)以上的工藝流程，一般紙紙控制系統(tǒng)采用交流變頻傳動(dòng)控制，系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu) 圖如圖 2-2 所示。系統(tǒng)為三級(jí)控制方式。 變頻器控制級(jí)為傳動(dòng)系統(tǒng)的第一級(jí)，配有閉環(huán)控制編碼器反饋板，組成閉環(huán)控制 系統(tǒng)。變頻器上有 MODBUS 通訊接口，與 PLC 組成 MODBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)。 圖 2-2紙機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 PLC 控制系統(tǒng)為傳動(dòng)系統(tǒng)的第二級(jí)，PLC 上配有通訊板，能與變頻器組成現(xiàn)場(chǎng)總線控 制網(wǎng)絡(luò)，完成整個(gè)紙機(jī)操作控制 PLC 還與上位機(jī)進(jìn)行通訊，完成信號(hào)的集中顯示和 監(jiān)

27、控功能。上位優(yōu)化控制系統(tǒng)為傳動(dòng)系統(tǒng)的第三級(jí)，采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，用于整個(gè) 紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控。上位機(jī)采用組態(tài)軟件，可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與 QCS 上位機(jī)、 DCS 上位機(jī)、車間管理級(jí)、廠級(jí)管理級(jí)等聯(lián)網(wǎng)控制，實(shí)現(xiàn)紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化控制 和自動(dòng)控制。 （1）上位計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)： 造紙車間計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)能夠?qū)⒄麄€(gè)紙機(jī)車間各控制部分聯(lián)系起來(lái)，由車間 管理級(jí)計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理控制。QCS 系統(tǒng)、DCS 系統(tǒng)制漿系統(tǒng)、流送系統(tǒng)、熱泵控制 系統(tǒng)、和傳動(dòng)控制系統(tǒng)上位機(jī)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)將各自部分的工作狀況送往車間管理級(jí) 計(jì)算機(jī)，車間管理級(jí)計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)分析得出各部分的最佳工作參數(shù)，使各部分處于最佳 的工作狀態(tài)。

28、如車速發(fā)生了變化，則紙漿流送系統(tǒng)，三段通氣系統(tǒng)都將跟隨進(jìn)行調(diào)節(jié)。 在生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)市場(chǎng)的變化可能經(jīng)常更換生產(chǎn)品種，傳動(dòng)系統(tǒng)可以做到自動(dòng) 更換。車間管理級(jí)計(jì)算機(jī)可以通過(guò)以太網(wǎng)與廠級(jí)管理計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，接受廠級(jí)管理計(jì)算 機(jī)管理。若需要更換品種，由其發(fā)出所需的生產(chǎn)品種、車速等指令，則各紙機(jī)控制部 分統(tǒng)一動(dòng)作，調(diào)節(jié)工作狀況滿足當(dāng)前生產(chǎn)需求，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的自動(dòng)化控制。 傳動(dòng)部上位機(jī)對(duì)傳動(dòng)部分進(jìn)行優(yōu)化控制，它負(fù)責(zé)將紙機(jī)傳動(dòng)部分工作狀況送往車 間管理級(jí)和其它過(guò)程控制部分，同時(shí)接受車間管理級(jí)和其它過(guò)程控制部分的指令，調(diào) 節(jié)整個(gè)傳動(dòng)部使之滿足生產(chǎn)要求。上位機(jī)能夠記錄各種狀態(tài)下紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況， 能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)顯示紙

29、機(jī)運(yùn)行狀況，便于操作人員及時(shí)了解生產(chǎn)狀況。上位機(jī)采用動(dòng)畫 技術(shù)可以模擬再現(xiàn)紙機(jī)實(shí)際運(yùn)行狀況，使您在工作的同時(shí)有身臨其境的感受。 傳動(dòng)部上位機(jī)備有通訊接口，系統(tǒng)軟件組態(tài)軟件具有開(kāi)放性、兼容性，可以與任意其 它系統(tǒng)方便聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)行綜合控制。傳動(dòng)部上位機(jī)與 PLC 之間采用 RS232 通訊方式控 制，上位機(jī)的具有監(jiān)控功能。完成紙機(jī)傳動(dòng)過(guò)程的優(yōu)化控制。 （2）PLC 控制系統(tǒng) 在紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，PLC 為控制中心， 它通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線 MODBUS 與變頻器構(gòu) 成 DCS 控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 2-3 所示。PLC 與上位機(jī)、變頻器實(shí)行高速 通訊。 圖 2-3 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 傳動(dòng)部控制中心選用的

30、 PLC 上配有 MODBUS 接口，可與變頻器組成 MODBUS 控制網(wǎng)絡(luò)，采用現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)高速通訊，完成整個(gè)紙機(jī)傳動(dòng)過(guò)程中的速度鏈、負(fù)荷分 配，完成操作控制及過(guò)程數(shù)據(jù)顯示。PLC 作為控制的第二級(jí)，在控制中有承上啟下的 作用，其作為控制的核心，有如下控制功能1。 PLC 主要控制功能： （a）現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)的采集，PLC 循環(huán)掃描檢測(cè)操作臺(tái)上的按鈕、開(kāi)關(guān)等信號(hào)。 （b）速度鏈的控制及計(jì)算，PLC 根據(jù)工藝要求完成速度鏈的控制處理。調(diào)節(jié)前 一級(jí)速度時(shí)后一級(jí)緊隨前一級(jí)的速度變化。調(diào)節(jié)后一級(jí)的速度時(shí)前一級(jí)速度不變。 （c）速度控制的執(zhí)行。PLC 接受上位機(jī)控制指令，通過(guò)上位機(jī)操作，PLC 可以 根

31、據(jù)紙張生產(chǎn)品種自動(dòng)調(diào)節(jié)車速、分部變比以適應(yīng)生產(chǎn)需求，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線控制各 分部變頻器的運(yùn)行速度。 （d）自動(dòng)負(fù)荷分配控制功能，對(duì)于負(fù)荷分配點(diǎn)，PLC 要完成負(fù)荷分配運(yùn)算及控 制。 （e）PLC 與變頻器實(shí)行高速通訊，將傳動(dòng)各分部點(diǎn)工作狀態(tài)采集到內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)， 并實(shí)時(shí)將信號(hào)送入上位機(jī)。 （f）斷紙報(bào)警連鎖控制及電氣一體化連鎖控制。 （g）與其它工藝過(guò)程的連鎖控制。 操作臺(tái)控制： 操作系統(tǒng)配有多個(gè)操作臺(tái)，分別設(shè)立在控制現(xiàn)場(chǎng)。操作臺(tái)設(shè)有速度微調(diào)增加、速 度微調(diào)減少、啟動(dòng)、停止、爬行/運(yùn)行等開(kāi)關(guān)按鈕，設(shè)有變頻器運(yùn)行狀態(tài)指示等。并設(shè) 有數(shù)字線速度顯示表顯示各分部傳動(dòng)點(diǎn)的工作車速和電機(jī)電流。可以對(duì)各傳動(dòng)點(diǎn)實(shí)

32、現(xiàn) 全部控制功能，具體控制功能如下： 起動(dòng)/停止：用于控制本分部電機(jī)的起?？刂?。 爬行/運(yùn)行：用于低速調(diào)試檢修、正常抄紙切換。 單動(dòng)/聯(lián)動(dòng)：對(duì)于要求負(fù)荷分配各傳動(dòng)點(diǎn)的單動(dòng)/聯(lián)動(dòng)控制。 速度微增： 用于本傳動(dòng)點(diǎn)的速度微調(diào)。 速度微減： 用于本傳動(dòng)點(diǎn)的速度微調(diào)。 緊紙： 用于本傳動(dòng)點(diǎn)的緊紙調(diào)節(jié)。 負(fù)荷分配功能：負(fù)荷分配點(diǎn)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)分配。 監(jiān)測(cè)顯示功能有： 變頻器運(yùn)行、故障等狀態(tài)顯示。 電機(jī)的電流、分部線速度顯示。 單獨(dú)設(shè)置緊急停車，按照需要安裝在紙機(jī)上，當(dāng)紙機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)意外事故， 威脅到設(shè)備安全及人身安全時(shí)才可使用。緊急停車采用按鈕控制,信號(hào)直接送入 PLC 和變頻器,確保系統(tǒng)得可靠性。 （3）

33、變頻控制系統(tǒng) 變頻器一般為新一代的全數(shù)字交流變頻器，它直接實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)控制。變頻器 可以通過(guò)設(shè)置參數(shù)來(lái)選擇不同的操作方式和各種功能，其配有編碼器反饋板，實(shí)現(xiàn)閉 環(huán)控制。變頻器上帶有 MODBUS 通訊接口，與 PLC 組成 MODBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線通訊控 制系統(tǒng)。 2.4 系統(tǒng)工作原理 在紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，根據(jù)紙機(jī)系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和造紙工藝流程，需要注意控制方 式的選擇和設(shè)計(jì)。 2.4.1 速度鏈控制 依據(jù)紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，速度鏈的設(shè)計(jì)采用了調(diào)節(jié)變比的控制方法實(shí)現(xiàn)速 度鏈功能，這樣可以構(gòu)成任意分支控制速度鏈控制系統(tǒng)。 （1）速度鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 速度鏈結(jié)構(gòu)采用二叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，用于完成傳遞功能

34、。首先對(duì)各傳動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行 數(shù)字抽象，確定速度鏈中各傳動(dòng)點(diǎn)編號(hào)，此編號(hào)應(yīng)與逆變器內(nèi)部地址一致。然后根據(jù) 二叉樹(shù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定各結(jié)點(diǎn)的上下、左或右編號(hào)。在此過(guò)程中，我們要按一定的順 序，保證前級(jí)（父）的編號(hào)要小于后級(jí)（子）的編號(hào)。這樣任一傳動(dòng)點(diǎn)由 2 個(gè)數(shù)據(jù) （其父和其子）確定其在速度鏈中的位置，填位置寄存器數(shù)值。 傳動(dòng)點(diǎn)速度送給逆變器后，PLC 訪問(wèn)位置寄存器，確定子寄存器結(jié)點(diǎn)號(hào)，若不為 0，則對(duì)該經(jīng)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)處理，直到該鏈完全處理完；再查兄弟寄存器結(jié)點(diǎn)號(hào)，處理 另一支鏈。故只須對(duì)位置寄存器初始化，即可構(gòu)成任意分支速度鏈。 （2）算法設(shè)計(jì)： 例如，如圖 2-4 所示我們把紙機(jī)第一分部點(diǎn)作為速度鏈中的

35、主節(jié)點(diǎn)，即它的給定 速度就決定整個(gè)紙機(jī)的工作車速，調(diào)節(jié)其給定速度就調(diào)節(jié)了整個(gè)紙機(jī)車速。在 PLC 內(nèi)，我們檢測(cè)到車速調(diào)節(jié)信號(hào)則改變車速單元值，1 點(diǎn)處的速度就為第一臺(tái)逆變器的 運(yùn)行速度設(shè)定值，將其送第一臺(tái)逆變器執(zhí)行，并送給第二臺(tái)計(jì)算。第一分部的速度值 乘以第二分部的變比 b1/a 則為第二臺(tái)逆變器的給定值。若第二分部速度不滿足運(yùn)行要 圖 2-4 速度鏈控制示意圖 求，說(shuō)明第二分部變比不合適，可通過(guò)操作第二分部的加速、減速按鈕實(shí)現(xiàn)，PLC 測(cè) 到按鈕信號(hào)后調(diào)節(jié) b1 即調(diào)整了變比，使其適應(yīng)生產(chǎn)要求。相當(dāng)于在 PLC 內(nèi)部有一個(gè) 高精度的齒輪變速箱，可以任意無(wú)級(jí)調(diào)速。若正常生產(chǎn)中變比合適，某種原因

36、需要用 緊紙、松紙時(shí)，按下該分部緊紙、松紙按鈕，PLC 將對(duì)應(yīng)在速度鏈上附加一正或負(fù)的 偏移量則實(shí)現(xiàn)緊紙、松紙功能。圖中 2 點(diǎn)就包含了調(diào)速和緊紙、松紙等操作指令的速 度值，將它送給第二臺(tái)逆變器執(zhí)行，同時(shí)送下一級(jí)計(jì)算。依此類推，構(gòu)成速度鏈控制 系統(tǒng)。速度鏈的分支設(shè)計(jì)采用父子算法，可以構(gòu)成任意分支的速度鏈結(jié)構(gòu)。 本速度鏈的設(shè)計(jì)不僅只是為實(shí)現(xiàn)紙機(jī)傳動(dòng)控制要求，而且為后續(xù)的計(jì)算機(jī)優(yōu)化控 制提供了可能。在 PLC 內(nèi)部有非常精確的傳動(dòng)變比，我們?cè)O(shè)計(jì)為精度為 0.001%，通 過(guò)設(shè)定參數(shù)可以做到更高。這樣有精確的傳動(dòng)變比上位計(jì)算機(jī)可以精確地記憶紙機(jī)傳 動(dòng)過(guò)程參數(shù)，當(dāng)需要更換品種或車速時(shí)，上位計(jì)算機(jī)可以準(zhǔn)

37、確地將紙機(jī)運(yùn)行參數(shù)傳入 到 PLC，由 PLC 執(zhí)行，將紙機(jī)調(diào)整到當(dāng)前工作狀態(tài)。 2.4.2 負(fù)荷分配控制 如圖 2-5 所示，網(wǎng)部、壓榨 部要求有負(fù)荷分配，它們之間要 求速度同步的同時(shí)要求負(fù)載率均 衡，否則會(huì)影響正常抄紙。當(dāng)負(fù) 荷不能均勻分布時(shí)，有可能撕壞 毛布或造成斷紙，這些傳動(dòng)部分 的各自傳動(dòng)點(diǎn)之間實(shí)施負(fù)荷分配 自動(dòng)控制功能。 負(fù)荷分配原理2： 在紙機(jī)、印染機(jī)或其他傳動(dòng) 系統(tǒng)中，只是電動(dòng)機(jī)速度同步并 圖2-5 負(fù)荷分配示意圖 N i ei Liei N i P MP M 1 1 * 不能滿足實(shí)際系統(tǒng)的工作要求，實(shí)際系統(tǒng)還要求各傳動(dòng)點(diǎn)電機(jī)負(fù)載率相同，即 =Pi/Pie相同（Pi 為 i 電

38、機(jī)所承擔(dān)負(fù)載功率，Pie為電機(jī)額定功率） ?，F(xiàn)在以三點(diǎn)負(fù)荷分 配為例，P1e、P2e、P3e為三臺(tái)電機(jī)額定功率，Pe為額定總負(fù)載功率，Pe= P1e+P2e+P3e 。P 為實(shí)際總負(fù)載功率，P1、P2、P3為電機(jī)實(shí)際負(fù)載功率，則 P=P1+P2+P3。系統(tǒng)工作 要求 P1=P*P1e/Pe ，P2=P*P2e/Pe，P3=P*P3e/Pe。負(fù)荷分配的目的就是使 P1、P2、P3滿 足上述要求。 在實(shí)際控制當(dāng)中，電機(jī)功率是一間接量，實(shí)際控制近似以電機(jī)定子電流或轉(zhuǎn)矩代 替電機(jī)功率。 負(fù)荷分配采樣各分部電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，這樣計(jì)算出系統(tǒng)總負(fù)荷轉(zhuǎn)矩，根據(jù)系統(tǒng)總負(fù)荷 轉(zhuǎn)矩可以計(jì)算出負(fù)載平衡時(shí)的期望值轉(zhuǎn)矩。計(jì)算平

39、均負(fù)荷轉(zhuǎn)矩方法如下列公式所示。 （2-1） 其中： MLi 第 i 臺(tái)電機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩； Pei 第 i 臺(tái)電機(jī)額定功率； M 為負(fù)荷平衡期望轉(zhuǎn)矩。 負(fù)荷分配控制器根據(jù)平均期望轉(zhuǎn)矩 M 和自己實(shí)際轉(zhuǎn)矩 MLi比較進(jìn)行調(diào)節(jié)。紙機(jī)負(fù)載隨 時(shí)波動(dòng)，所以計(jì)算出的平均期望轉(zhuǎn)矩 M 也根據(jù)實(shí)際負(fù)載變化，所以這種控制算法可 以準(zhǔn)確計(jì)算出總負(fù)荷和每臺(tái)電機(jī)應(yīng)該輸出轉(zhuǎn)矩，為準(zhǔn)確控制提供了方便。 紙機(jī)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)要求快、準(zhǔn)、穩(wěn)，所以負(fù)荷分配控制也要求快速穩(wěn)定無(wú)震蕩。負(fù) 荷分配控制器根據(jù)平均期望轉(zhuǎn)矩 M 和自己實(shí)際轉(zhuǎn)矩 MLi比較，得到偏差，應(yīng)該根據(jù)偏 差信號(hào)的大小進(jìn)行 PID 控制算法調(diào)節(jié)。負(fù)荷分配可以有兩種控制方法

40、，一種是通過(guò) PLC 來(lái)完成，另一種是利用變頻器內(nèi)部軟件主從應(yīng)用宏來(lái)實(shí)現(xiàn)。 通過(guò) PLC 來(lái)完成的負(fù)荷分配方法是 PLC 通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)得到電機(jī)轉(zhuǎn)矩參數(shù)，利用 上述原理再配以先進(jìn)的 PID 調(diào)節(jié)算法調(diào)節(jié)逆變器的輸出使電機(jī)轉(zhuǎn)矩百分比一樣，即各 電機(jī)轉(zhuǎn)矩電流和額定電流比值應(yīng)相等。這樣完成負(fù)荷分配的自動(dòng)控制。對(duì)于網(wǎng)部，由 于驅(qū)網(wǎng)輥和伏輥可能出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，所以對(duì)于驅(qū)網(wǎng)輥和伏輥設(shè)有最大速差保護(hù)，若超 過(guò)最大速差還不能達(dá)到負(fù)荷平衡，則自動(dòng)負(fù)荷分配停止，處于速度控制模式。對(duì)于壓 榨部根據(jù)紙機(jī)的壓榨部上下壓榨輥的加壓信號(hào)進(jìn)行控制，當(dāng)上下輥加壓后，吸移輥與 上下壓輥處于負(fù)荷分配控制模式，PLC 啟動(dòng)負(fù)荷分配調(diào)節(jié)控

41、制，上下輥分開(kāi)時(shí)從機(jī)處 于速度控制模式，PLC 停止負(fù)荷分配，維持速度同步不變。 另一種負(fù)荷分配控制方法是利用變頻器內(nèi)部軟件主從應(yīng)用宏來(lái)實(shí)現(xiàn)，主應(yīng)用宏是 變頻器之間的多電機(jī)通訊控制系統(tǒng)。以 ABB 變頻器為例，當(dāng)主機(jī)處于速度控制模式、 從機(jī)處于帶速度限幅的轉(zhuǎn)矩控制模式或速度控制模式時(shí)，主機(jī)與從機(jī)之間通過(guò) DDCS 光纖通訊，可以使從機(jī)工作在轉(zhuǎn)矩控制的模式下。在紙機(jī)負(fù)荷分配控制中可以采用轉(zhuǎn) 矩/速度可以相互切換的控制模式。在要求負(fù)荷分配時(shí)處于轉(zhuǎn)矩控制模式，在調(diào)試時(shí) 采用速度控制模式。 由于負(fù)荷分配控制點(diǎn)屬于共同帶同一負(fù)載，所以要求同時(shí)啟動(dòng)，同時(shí)停止。但在 調(diào)試檢修過(guò)程中要能單獨(dú)起停，因此對(duì)負(fù)荷分

42、配各傳動(dòng)點(diǎn)采用單動(dòng)/聯(lián)動(dòng)控制。 此外，在負(fù)荷分配控制調(diào)節(jié)過(guò)程中，要求速度恒定，不能影響后邊的傳動(dòng)點(diǎn)，所 以我們速度鏈控制采用主鏈與子鏈相結(jié)合的方法。 2.4.3 張力控制 根據(jù)紙機(jī)工藝要求，在轉(zhuǎn)移施膠機(jī)、壓光機(jī)、涂布機(jī)加張力傳感器。張力傳感器 檢測(cè)紙頁(yè)的張力信號(hào)送入 PLC 內(nèi)，PLC 根據(jù)張力設(shè)定值和張力傳感器的反饋值進(jìn)行 調(diào)節(jié)，維持紙頁(yè)張力恒定，實(shí)現(xiàn)張力閉環(huán)控制。在張力傳感器前加有斷紙檢測(cè)，出現(xiàn) 斷紙，可以自動(dòng)退出張力控制模式，自動(dòng)轉(zhuǎn)為速度控制模式。待紙頁(yè)重新引上后，斷 紙信號(hào)消失，自動(dòng)轉(zhuǎn)換為張力控制模式。 PLC 內(nèi)采用 PID 控制算法，并帶有速度限幅，防止斷紙時(shí)出現(xiàn)飛車現(xiàn)象。PLC

43、對(duì) 張力傳感器信號(hào)進(jìn)行分析，可以及時(shí)報(bào)警并有效預(yù)防張力傳感器故障對(duì)生產(chǎn)的影響。 2.4.4 加壓順序控制 紙機(jī)的大輥徑壓榨采用 PLC 控制加壓順序控制，要求這個(gè)部位為電、液一體化 控制。操作臺(tái)設(shè)計(jì) 1 個(gè)兩位開(kāi)關(guān)，功能為加壓/分輥，當(dāng)在加壓狀態(tài)時(shí)，先抬起棍子及 液壓站的輥閉合狀態(tài)，當(dāng)接近開(kāi)關(guān)信號(hào)到達(dá)時(shí)立即切換到保壓狀態(tài)，即液壓系統(tǒng)的預(yù) 備狀態(tài)。當(dāng)主傳動(dòng)運(yùn)行速度同步時(shí)自動(dòng)切換到加壓狀態(tài)。當(dāng)油路出現(xiàn)故障時(shí)自動(dòng)分輥。 在停止和爬行時(shí)可以實(shí)現(xiàn)合輥動(dòng)作但不執(zhí)行加壓動(dòng)作，只有當(dāng)主傳動(dòng)處于運(yùn)行狀態(tài)并 加速過(guò)程結(jié)束進(jìn)入恒速，且速度同步時(shí)才可以執(zhí)行加壓狀態(tài)。 2.4.5 轉(zhuǎn)移施膠涂布機(jī)控制 機(jī)內(nèi)涂布機(jī)可用于單

44、面涂布或雙面涂布，裝于紙機(jī)烘干部的烘缸組之間，本紙機(jī) 位四輥門輥涂布機(jī)。下涂布轉(zhuǎn)移輥的軸承是固定的，其位置不需改變。上涂布輥是移 動(dòng)的，可以開(kāi)啟或閉合。上涂布轉(zhuǎn)移輥線速度大于下涂布轉(zhuǎn)移輥線速度，且較紙速快 2%左右，使得紙幅象包附在上涂布轉(zhuǎn)移輥一樣離開(kāi)壓區(qū)，從而使涂層在紙面上均勻 分布。轉(zhuǎn)移輥和計(jì)量輥各輥同相鄰兩輥旋轉(zhuǎn)方向相反，采用速差控制，線速度不同， 由此增大對(duì)涂料的剪切力，以利于涂料均勻分布于輥面和控制涂布量的大小。 紙頁(yè)在轉(zhuǎn)移輥 1、轉(zhuǎn)移輥 2 之間完成涂布工作，所以兩轉(zhuǎn)移輥必須同步跟隨紙機(jī) 工作車速，為了達(dá)到涂抹效果，轉(zhuǎn)移輥 2 線速度較紙速快 2%左右。對(duì)涂布機(jī)采用張 力控制，使紙

45、張?jiān)诤愣ǖ膹埩ο逻B續(xù)進(jìn)入涂布機(jī)。 2.4.6 斷紙連鎖控制 在紙機(jī)的壓榨部、轉(zhuǎn)移施膠機(jī)、涂布機(jī)和壓光機(jī)前裝有斷紙檢測(cè)光電開(kāi)關(guān)，當(dāng)出 現(xiàn)斷紙時(shí)迅速聲光報(bào)警，并在操作屏上指示斷紙部位。同時(shí)可以控制引紙繩立即啟動(dòng) 加速至當(dāng)前同步速度，為引紙做好準(zhǔn)備工作。并可以控制使密閉汽罩門自動(dòng)提升等相 關(guān)控制。 3 傳動(dòng)控制系統(tǒng)的方案選擇和硬件設(shè)計(jì) 我國(guó)造紙工業(yè)發(fā)展速度很快，目前紙廠、造紙機(jī)械廠眾多，規(guī)模大小不等，技術(shù) 與裝備水平差異甚大，傳動(dòng)控制系統(tǒng)也是各種各樣。紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)紙機(jī)能否正 常運(yùn)行起著決定性的作用，這需要我們結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際根據(jù)具體情況進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。 3.1 方案選擇的原則和注意事項(xiàng) 傳動(dòng)控制系統(tǒng)

46、的方案選擇6時(shí)，我們遵循的原則是：充分考慮所選器件的可靠性、 穩(wěn)定性、市場(chǎng)價(jià)格等因素，使傳動(dòng)控制系統(tǒng)與紙機(jī)整體裝備水平相適應(yīng)，以確保整個(gè) 紙機(jī)系統(tǒng)的高性價(jià)比和穩(wěn)定。在造紙機(jī)控制系統(tǒng)傳動(dòng)選擇過(guò)程，應(yīng)當(dāng)注意的以下事項(xiàng)： （1）不能盲目追求高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 合理的選擇適合本紙機(jī)傳動(dòng)技術(shù)方案，不要盲目地追求采用新技術(shù)、新方法。要 根據(jù)紙機(jī)對(duì)傳動(dòng)工藝要求合理選擇。公共直流母線系統(tǒng)、大型 PLC 組成的現(xiàn)場(chǎng)總線 控制系統(tǒng)都是目前的先進(jìn)技術(shù)，但是在中、小紙機(jī)上采用體現(xiàn)不出優(yōu)越性，反而會(huì)極 大地增加成本，造成資源的浪費(fèi)。應(yīng)該根據(jù)自己的紙機(jī)選擇合適配套的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 （2）必須充分滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，不能因?yàn)閮r(jià)格因素而降

47、低設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 不同檔次的產(chǎn)品有不同的價(jià)格，應(yīng)該在滿足技術(shù)性能的前提下選擇合理的系統(tǒng)配 置方案，選擇高的性能價(jià)格比，而不能僅僅依靠?jī)r(jià)格。即使依靠?jī)r(jià)格也應(yīng)該以相同的 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作為依據(jù)。 PLC PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP OP1OPnOP2 傳動(dòng)部上位機(jī) DCS上位機(jī)QCS上位機(jī) 管理級(jí) 以太網(wǎng) 第一級(jí) 第二級(jí) 第三級(jí) 作為設(shè)計(jì)者充分考慮各方面的因素后確定最終的詳細(xì)技術(shù)方案，詳細(xì)規(guī)定所選擇 的各種設(shè)備型號(hào)和技術(shù)性能指標(biāo)。不能把價(jià)格作為選擇傳動(dòng)系統(tǒng)的依據(jù)，必須在確定 技術(shù)性能的基礎(chǔ)上再考慮價(jià)格。 （3）傳動(dòng)系統(tǒng)的性能指標(biāo)做到滿足生產(chǎn)需求即可，不能盲目追求高指標(biāo)。 傳動(dòng)系統(tǒng)的性能主

48、要取決于系統(tǒng)的硬件性能，所以在選擇控制系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該注重系 統(tǒng)的硬件配置水平。比如穩(wěn)速精度、動(dòng)態(tài)精度取決于變頻器產(chǎn)品自身的性能，過(guò)載能 力取決于工作狀況。這些與傳動(dòng)公司自身的技術(shù)水平?jīng)]有必要的關(guān)系，而且這些性能 指標(biāo)必須是由專業(yè)的機(jī)構(gòu)才能測(cè)試。所以在選擇傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)注重系統(tǒng)的硬件水 平及性能，而不要去注重那些由傳動(dòng)公司自己提出的性能指標(biāo)，以科學(xué)的態(tài)度對(duì)待系 統(tǒng)的性能指標(biāo)。 3.2 大型紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的方案選擇 大型紙機(jī)車速比較高，速度在 500m/min 以上，傳動(dòng)點(diǎn)多在 40 點(diǎn)以上，甚至達(dá)到 100 點(diǎn)以上，所以傳動(dòng)要求自動(dòng)化控制程度高。大型紙機(jī)一般采用典型的三級(jí)控制， 如圖 3-1 所

49、示。 圖 3-1 大型紙機(jī)的三級(jí)控制結(jié)構(gòu)圖 傳動(dòng)系統(tǒng)第一級(jí)為變頻控制級(jí)，變頻器采用由各大公司生產(chǎn)的高性能變頻器（如 ABB ACS800、西門子 6SE70 等） ，配有閉環(huán)控制編碼器反饋板，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 變頻器上還配有現(xiàn)場(chǎng)總線通訊板，與上位 PLC 組成現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)。 傳動(dòng)系統(tǒng)第二級(jí)為 PLC 控制系統(tǒng)，PLC 采用大型 PLC，要求支持高速現(xiàn)場(chǎng)總線 功能，操作臺(tái)控制選用操作屏，PLC 與變頻器、操作屏組成現(xiàn)場(chǎng)總線控制網(wǎng)絡(luò)3，完 成整個(gè)紙機(jī)操作控制。 傳動(dòng)系統(tǒng)第三級(jí)為上位優(yōu)化控制系統(tǒng)，采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī),用于整個(gè)紙機(jī)傳動(dòng)系 統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控。上位機(jī)一般采用組態(tài)軟件，可以通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與

50、QCS 上位機(jī)、DCS 上位機(jī)、車間管理級(jí)、廠級(jí)管理級(jí)等聯(lián)網(wǎng)控制，實(shí)現(xiàn)紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化控制和自 動(dòng)控制。 3.3 中、小型紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的方案選擇和相關(guān)設(shè)計(jì) 中、小型紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，小型紙機(jī)車速比較低，速度在 500m /min 以下， 傳動(dòng)點(diǎn)少，在 30 點(diǎn)以下，一般采用三級(jí)或二級(jí)控制。為了學(xué)習(xí)紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的基 礎(chǔ)和方便實(shí)驗(yàn)，在本次設(shè)計(jì)中，我們主要以中、小型織機(jī)傳統(tǒng)系統(tǒng)為研究對(duì)象。 3.2.1 交流變頻的選擇與參數(shù)設(shè)置 在中、小型紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，各部分傳動(dòng)電機(jī)都在 800-1200KW 以下，故變頻器 宜選用 380V 電壓等級(jí)。它線路簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，可靠性高，dv/dt 小，價(jià)格

51、相對(duì)便宜。 另外，高速紙機(jī)、薄頁(yè)紙機(jī)、涂布白板等紙機(jī)對(duì)傳動(dòng)穩(wěn)定性要求比較高，因此應(yīng)該選 擇高性能變頻器，如 ABB ACS800、SIMENS 6SE70 等；而一般的低速紙機(jī)、文化紙 機(jī)等可以選擇低一檔變頻器，如 ABB ACS400、SIMENS MM440 等。 在本次設(shè)計(jì)中，我們以用 ABB 公司的 ACS6004和 ACS4005為例進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)， 它們的參數(shù)設(shè)置如下： ACS600 參數(shù)設(shè)置 （1）啟動(dòng)參數(shù) （a）這些參數(shù)是設(shè)定電機(jī)信息的一組參數(shù)，只需在第一次運(yùn)行時(shí)設(shè)置以后就不 需要再改變了，這一組參數(shù)代碼范圍從 9601-9910 共十個(gè)參數(shù)。 電機(jī)信息。包括電機(jī)額定電壓（990

52、5） 、額定電流（9906） 、額定頻率（9907） 、額定 速度（9908） 、額定功率（9909） 。這些參數(shù)的獲得是從電機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)中得到。例如 一臺(tái)四極三相異步電動(dòng)機(jī) Pn=30Kw、In=59A、Nn=1450rpm、fN=50Hz、UN=380V， 則設(shè)置參數(shù)時(shí)：9906=59.0、9907=50.0、9908=1450、9909=30.0。 （b）電機(jī)控制模式（9904） ，ACS600 系列變頻器有兩種控制模式：（1）DTC 即直接轉(zhuǎn)矩控制。 （2）SCALAR 即標(biāo)量控制。在直接轉(zhuǎn)矩控制模式下，系統(tǒng)中給定信 號(hào)為轉(zhuǎn)矩，即使在沒(méi)有反饋的情況下（即開(kāi)環(huán))也可對(duì)電機(jī)進(jìn)行精確的速度及

53、轉(zhuǎn)矩控 制。而標(biāo)量控制相對(duì)來(lái)說(shuō)控制精度要差一些。 （c）應(yīng)用宏的選擇（9902） 所謂應(yīng)用宏就是根據(jù)變頻器在一些常用的場(chǎng)合中所需的一些功能在出廠時(shí)已經(jīng)經(jīng)過(guò)預(yù) 編程的參數(shù)集。利用這些應(yīng)用宏，用戶可以快速完成對(duì)變頻器的設(shè)置。ABB600 系列 變頻器的應(yīng)用宏有以下幾種：Factory（工廠宏） 、Hand/Auto Ctrl（手動(dòng)/自動(dòng)宏） 、 PIDControl（PID 控制宏） 、Sequential Control（順序控制宏） 、Torque Control（轉(zhuǎn)矩控 制宏） 。用戶可以根據(jù)需要選擇應(yīng)用宏，例如在利用變頻做壓力或流量控制系統(tǒng)中， 就可以用 PID 控制宏實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。 （2

54、）變頻控制參數(shù) 這些參數(shù)主要規(guī)定了變頻器起動(dòng)方式，包括：10.01、10.02 起動(dòng)/停機(jī)/方向的命令 的信號(hào)源，在外部控制時(shí)，變頻器的起動(dòng)和停止應(yīng)適用外部端子或通信的方式，而 ABB600 變頻器用外部端子又有多種組合，常用的可以設(shè)為 DI1-DI6 的任何一個(gè)作用 起動(dòng)/停止的命令的輸入端。10.03 是規(guī)定變頻器所拖動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，根據(jù)電機(jī)學(xué) 我們知道三相異步電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于輸入三相電源的像序，在需要雙向運(yùn)行（如 電梯、升降機(jī)等）的場(chǎng)合可以把這個(gè)參數(shù)設(shè)為 REQUEST，由數(shù)字輸入端子來(lái)控制電 機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。16.01 允許信號(hào)：要啟動(dòng)變頻器將參數(shù)必需設(shè)為 YES。 （a）給定選擇

55、 外部控制選擇 11.02ABB600 有兩個(gè)控制源可以選擇即 EXT1，EXT2。當(dāng)選擇 EXT1 時(shí)，變頻器的起動(dòng)由 10.01 所指定的輸入端子控制，頻率由 11.03 所指定的方式 給定。對(duì)于 PID 應(yīng)用宏，此時(shí)為開(kāi)環(huán)控制，對(duì)于轉(zhuǎn)矩控制宏，此時(shí)為速度控制，當(dāng)選 擇 EXT2 時(shí)，變頻器的起動(dòng)及頻率來(lái)源分別為 10.02，11.06；在 PID 宏及轉(zhuǎn)矩控制宏 下分別為閉環(huán)控制及轉(zhuǎn)矩控方式。 頻率給定源的選擇 10.03，11.06 分別是 EXT1，EXT2 的給定源，對(duì)于使用模擬 作為給定時(shí)可以選擇模擬輸入端子（AI1-AI3）的任何一個(gè)作為給定，這里要說(shuō)明的 是 AI1 為 0-

56、10V DC 電壓信號(hào)，AI2-AI3 位 0-20mA 電流信號(hào)，當(dāng)然也可以通信或數(shù)字 端子（即電動(dòng)電位器）進(jìn)行設(shè)定頻率。 恒速給定。在有些場(chǎng)合中，如紙機(jī)在爬行時(shí)，不需要改變變頻器的運(yùn)行頻率就可 以用恒速功能，ABB600 變頻器有 15 種恒速可以供用戶選擇。 （b）加、減速時(shí)間 加、減速時(shí)間及積分類型的選擇十分重要，特別是在拖動(dòng)大慣性負(fù)載時(shí)，如在紙 機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，拖動(dòng)烘缸的變頻器在設(shè)置加、減速時(shí)間應(yīng)大一些，如加速時(shí)間過(guò)短， 起動(dòng)時(shí)電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，容易發(fā)生過(guò)流故障，如減速時(shí)間過(guò)短則可能發(fā)生慣性負(fù)載 拖動(dòng)電機(jī)，使電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，則變頻器發(fā)生過(guò)壓故障，建議在這些場(chǎng)合中如允許 可用自由停機(jī)方

57、式（即 21.03 設(shè)為 COAST） 。 在紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中，烘缸傳動(dòng)加速時(shí)間 20.02 可設(shè)為 30-40s，減速時(shí)間可稍長(zhǎng)一 些，即 22.03 可設(shè)為 40-80s，其余傳動(dòng)點(diǎn)加、減速時(shí)間均可設(shè)為 20-30s。 對(duì)于參數(shù) 22.06 加速/減速積分又分為線型積分、S 形曲線兩種。一般傳動(dòng)系統(tǒng)中 均可用線型積分，在電梯及復(fù)卷機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)中則用 S 形曲線。 （c）限幅參數(shù) 限幅參數(shù)主要規(guī)定電流轉(zhuǎn)矩最高運(yùn)行頻率等參數(shù)，在 ABB600 系列變頻器中，最 大輸出電流能達(dá)到 200%Ihd，在轉(zhuǎn)矩控制模式下最大輸出能達(dá)到 300%，一般來(lái)說(shuō)， 在紙機(jī)傳動(dòng)控制中，都能滿足要求，這些參數(shù)基本上不用

58、修改。 （參數(shù)代碼 20.03、20.04） 對(duì)于最高運(yùn)行頻率，一般出廠設(shè)定 50Hz，如果傳動(dòng)系統(tǒng)減速器選擇合適的話，也不 用修改，如果要修改這一參數(shù)時(shí)，要注意的是在運(yùn)行頻率大于 50Hz 時(shí)為恒功率調(diào)速， ABB600 變頻器修改最高運(yùn)行頻率時(shí)也設(shè)定以下幾個(gè)參數(shù)（以改為 65Hz 為例）： 99.07 改為 65Hz；20.08 改為 65Hz；11.05 改為 1950rpm（對(duì)于四極電機(jī)） 。 （d）閉環(huán)控制參數(shù) 閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)對(duì)于 ABB600 變頻器有兩種途徑，其一是配編碼器反饋卡的速度 閉環(huán)控制，其二是過(guò)程 PID 控制。 速度閉環(huán)控制，此時(shí)要設(shè)定的參數(shù)有：編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，這

59、一參數(shù)根據(jù)所選 編碼器來(lái)確定，一般有 360，500，1024，2048規(guī)格；50.02 編碼器脈沖的計(jì)算， 一般在紙機(jī)傳動(dòng)中，不需正反轉(zhuǎn)運(yùn)行可以設(shè)定為單 A 或 B 輸入即可；23.01 速度控制 增益；23.02 速度控制器的微分時(shí)間。這三個(gè)參數(shù)要根據(jù)具體的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行整定， 使穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)均能滿足要求；98.01 脈沖編碼器可選模塊選擇應(yīng)設(shè)為 YES。 過(guò)程 PID 閉環(huán)控制，反饋量往往是把壓力或流量通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換為電壓或電流信 號(hào)，這時(shí)就可以用過(guò)程 PID 控制，穩(wěn)定 PID 的參數(shù)設(shè)置如下：40.01PID 控制器增益； 40.02PID 控制器積分時(shí)間；40.03PID 控制

60、器微分時(shí)間。 ACS400 參數(shù)設(shè)置 ACS400 與 ACS600 變頻器相比較，其功能簡(jiǎn)單一些，它的缺陷主要有：（a） 不能實(shí)現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制；（b）不能實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制；（c）功率等級(jí)只有 2.230Kw。但是在紙機(jī)傳動(dòng)可以用于某些功率小、不需要多臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)的傳動(dòng)點(diǎn)。 ACS400 參數(shù)設(shè)置基本與 600 系列變頻器相似，這里就不再詳細(xì)介紹。紙機(jī)傳動(dòng)控制 系統(tǒng)中的經(jīng)常用到的參數(shù)見(jiàn)表 3-1。 表 3-1 ACS400 系列變頻器參數(shù)常用表 參數(shù)代碼參數(shù)名稱設(shè)定值及內(nèi)容 9902 應(yīng)用宏 6：PID 控制宏 9905 電機(jī)額定電壓 380：380V 9907 電機(jī)額定功率 50：50Hz 9