造紙機電氣控制系統方案

引言

本文所設計的紙傳動(dòng)控制系統為應用美國AB變頻器和西門(mén)子PLC所組成的控制網(wǎng)絡(luò )來(lái)完成造紙機電氣控制系統設計的;其電氣傳動(dòng)控制系統是基于S7-300 PLC三級控制的交流變頻調速控制系統。

1 、紙機對電氣傳動(dòng)控制系統的要求

該造紙機的系統結構總圖如圖1所示。

圖1 系統結構總圖

該紙機正常運行對電氣傳動(dòng)控制系統的要求基本有以下幾點(diǎn)。

1.1紙機傳動(dòng)系統要有一定的穩速精度和快速動(dòng)態(tài)響應。其中穩態(tài)精度±0.02-- 0.01%，動(dòng)態(tài)精度0.1%-- 0.05%;

1.2工作速度要有較寬、均勻的調節范圍，適應生產(chǎn)不同品種、定量的需要。調節范圍為I=1：10之間;

1.3各傳動(dòng)分部間速比穩定、可調。為了使紙機可以生產(chǎn)良好的紙頁(yè)和提高紙機正常工作時(shí)間，紙機各分部的速度必須是穩定、可調的。各分部的調速范圍為±8～10%;

1.4 爬行速度。為方便檢查、清洗聚酯網(wǎng)、壓榨毛毯、以及檢查各分部的運行情況，各分部應具有15～30米/分可調的爬行速度。但這樣低速運轉時(shí)間不宜過(guò)長(cháng)，以減少無(wú)效的運行和機械磨損;

1.5 具有剛性或柔性連接的傳動(dòng)分部間，在維持速度鏈關(guān)系基礎上，還須具有負荷動(dòng)態(tài)調整的功能，以免造成由于負荷動(dòng)態(tài)轉移而引起有的分部因過(guò)載而過(guò)流，有的分部因輕載而過(guò)壓;

1.6 各分部具有微升、微降功能，必要的顯示功能，如線(xiàn)速度、電流、運行、故障信號等。相關(guān)聯(lián)的分部具有單動(dòng)、聯(lián)動(dòng)功能;

1.7 紙機傳動(dòng)控制系統，應具有良好接口能力，可與QCS控制、蒸汽控制等子系統上聯(lián)上位工控機及工廠(chǎng)管理級計算機;

2 、紙機控制系統結構

我們的選型原則是：優(yōu)化設計，程序通用化，界面美觀(guān)化，使整個(gè)控制系統穩定性好、可靠性高、魯棒性強。

紙機控制系統結構圖如圖2所示。該控制系統采用交流變頻分部傳動(dòng)控制，三級控制方式。第一級為驅動(dòng)級，變頻器采用AB公司系列變頻器，由閉環(huán)控制編碼器反饋板，組成閉環(huán)控制系統。第二級為PLC控制系統，采用西門(mén)子S7-300 PLC ， S7-300與變頻器組成Modbus總線(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò )，通訊速率可達19.2Kbit/s，并完成自動(dòng)卷取及輔助部分的機電一體化功能;第三級為上位控制系統，采用DELL公司工控機,用于紙機傳動(dòng)系統狀態(tài)監控，實(shí)現整個(gè)紙機自動(dòng)控制。并可通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與QCS系統、DCS系統、廠(chǎng)級管理級等聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現紙機控制系統優(yōu)化控制。

圖2 控制系統結構圖

3、 紙機電氣傳動(dòng)控制系統的設計

3.1 系統硬件選型

硬件選擇依據系統的控制精度、通訊速度、響應時(shí)間、高性?xún)r(jià)比、高可靠性的原則，選用SIEMENS S7 314PLC、CP340通信處理器，作為系統主控單元，控制整個(gè)系統。上位機選用采用DELL工控機,配置為“PIV2.0G/21”，用于紙機傳動(dòng)系統狀態(tài)監控。

變頻器選用Allen-Bradley公司的powerflex系列高性能矢量變頻器，它設計緊湊，節省空間，給用戶(hù)提供強大的電機速度控制功能，最大起動(dòng)轉矩可達150%的電機額定轉矩;可變的PWM允許變頻器在低頻下輸出更大的電流，數字PID功能提高了應用的靈活性，計時(shí)器、計數器、基本邏輯和步序邏輯功能可以減少硬件設計成本并簡(jiǎn)化控制方案，總之，powerflex系列高性能矢量變頻器的精巧設計可較理想地滿(mǎn)足該機的高傳動(dòng)性能的需要。該紙機的電氣控制原理圖如圖3所示。

圖3 紙機電氣控制原理圖

3.2 系統的軟件設計與功能實(shí)現

程序模塊化結構設計，各種功能以子程序結構適時(shí)調用實(shí)現;程序采用循環(huán)掃描方式對速度鏈上的傳動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行處理，提高程序執行效率;程序設計通用性強，并具有必要的保護功能和一定的智能性。主程序的流程如圖4示。

圖4 主程序流程圖

3.2.1速度鏈設計

(1) 速度鏈結構設計。速度鏈結構采用二叉樹(shù)數據結構算法，先對各傳動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行數學(xué)抽象，確定速度鏈中各傳動(dòng)點(diǎn)編號，此編號應與變頻器設定的地址一致。即任一傳動(dòng)點(diǎn)由3個(gè)數據(“父子兄”或“父子弟”)確定其在速度鏈中的位置，填入位置寄存器相應的數值。由此可構成滿(mǎn)足該機正常工作需要的速度鏈結構。