紙板造紙機PLC控制系統

1 引言

　　目前，我國造紙行業(yè)的控制系統主要采用集散控制系統(dcs)，控制器和現場(chǎng)設備之間靠大量的i/o電纜連接，不僅增加成本，而且降低了系統的可靠性。

　　控制系統傳送4～20ma信號，并以此監控現場(chǎng)設備，這樣，由于控制器獲得的信息量有限，現場(chǎng)級設備的在線(xiàn)故障診斷、報警、記錄功能比較弱；另一方面也很難完成現場(chǎng)設備的動(dòng)態(tài)監控、遠程參數設定、修改等功能，造成造紙控制系統的信息集成能力不強和可維護性較差，影響工廠(chǎng)的生產(chǎn)效率，并給生產(chǎn)管理帶來(lái)諸多不便。

　　隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，串行現場(chǎng)總線(xiàn)通信技術(shù)已深入到自動(dòng)控制的各個(gè)領(lǐng)域。應用這項技術(shù)可以將可編程序控制器、交直流驅動(dòng)器、監控計算機、遠程i/o及智能傳感器等連接起來(lái)，實(shí)現分布式計算機控制，可提高檢測和控制的精度，改善系統的動(dòng)態(tài)響應速度，提高系統的安全性，因而建立基于現場(chǎng)總線(xiàn)的紙機控制系統成為解決這一問(wèn)題的有效途徑。

　　profibus過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)是一種全數字化的、串行、雙向傳輸、多分支結構的通信網(wǎng)絡(luò )，用于工廠(chǎng)/車(chē)間儀表和控制設備的局域網(wǎng)。profibus-dp是profibus過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議的工廠(chǎng)自動(dòng)化控制子集。因此其在紙機控制系統中的應用，將大大減少布線(xiàn)工作量與電纜投資，避免信號干擾，使系統更可靠，操作更簡(jiǎn)便，監控更直觀(guān)。正是基于上述原因，山東中茂圣源紙漿有限公司紙板紙機項目工程中采用了profibus-dp現產(chǎn)總線(xiàn)技術(shù)，實(shí)現了該機組的通信及分布式控制，取得了良好的效果。

2 紙板造紙工藝分析

　　圖1所示的紙板造紙機示意圖中，可以看到該紙機是一種由多臺設備組成的聯(lián)動(dòng)機。濕部包括漿料流送設備、網(wǎng)部和壓榨部；干部包括干燥部、切紙機和理紙機。具有適合抄紙性能的漿料進(jìn)入造紙機的漿料流送設備，經(jīng)漿流分布器和流漿箱的分布和勻整以后，均勻而穩定的流送到運動(dòng)著(zhù)的成形網(wǎng)的網(wǎng)面上。漿流在網(wǎng)部逐漸地過(guò)濾、脫水，形成連續的濕的紙幅。當濕紙幅脫水到一定干度，便可以從網(wǎng)面剝離，送至壓榨部繼續脫水。壓榨部是由若干組輥式壓榨組成。濕紙幅是由壓榨毛毯支托著(zhù)，在壓輥間用機械擠壓的方法脫水。為了保持壓榨毛毯的良好脫水性能，壓榨輥上配設有毛毯洗滌裝置。經(jīng)壓榨部后，濕紙幅的干度一般可達40%左右。然后濕紙幅經(jīng)氣墊式烘干箱進(jìn)一步脫水。干燥后的紙板經(jīng)牽引輥進(jìn)入切紙機，經(jīng)縱切刀由送紙輥進(jìn)入橫切部分，橫切甩刀將紙幅切斷送出。切斷的紙經(jīng)輸送輥、高速輸送帶、低速輸送帶、壓紙帶送往理紙機。最后打包稱(chēng)重，整個(gè)工序完成。

圖1 紙板紙機示意圖

　　2.1 穩速的要求

　　造紙機由紙漿到形成紙張，需經(jīng)過(guò)多個(gè)分部，因此是一個(gè)多單元的速度協(xié)調系統，各個(gè)分部間的速度要求嚴格配合，根據工藝流程，一般有以下關(guān)系：只要其中一個(gè)分部速度不穩，就會(huì )無(wú)法維持生產(chǎn)，紙幅不是斷裂，就是松垮下來(lái)。如果整臺紙機車(chē)速不穩，就不能保證紙張的定量(每平方米紙頁(yè)的重量)不變。因此要求紙機的各分部都能穩速。但是，在實(shí)際運行中，有許多干擾因素破壞速度的穩定，例如電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、頻率的變化、負載的波動(dòng)、溫度的變化等等，對電氣傳動(dòng)自動(dòng)化控制的要求是克服這些干擾的影響，保證車(chē)速的穩定。

2.2 平穩起動(dòng)的要求

　　紙機中有的分部要求平穩起動(dòng)，例如網(wǎng)部起動(dòng)太快就會(huì )損壞銅網(wǎng)；干燥部傳動(dòng)慣量比較大，起動(dòng)太猛會(huì )把機械連軸扭斷，因此要求整個(gè)系統能平穩起動(dòng)，而且各分部要能單獨起動(dòng)和停止。

　　2.3 紙機速度鏈

　　由于各分部傳送著(zhù)生產(chǎn)過(guò)程中的紙張，根據造紙工藝的要求，各分部間要求達到線(xiàn)速度比例協(xié)調(相鄰兩個(gè)分部間的線(xiàn)速度比值應保持恒定)，高精度地、可靠地保持這個(gè)比例系數是保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)正常運行的重要條件，任何原因破壞這種比例協(xié)調，就會(huì )降低產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，紙機的這種速度比例協(xié)調關(guān)系應在該變車(chē)速或停機后重新開(kāi)機時(shí)繼續保持，而不需重新調節。其次，這種比例協(xié)調應具有微調功能，以調節相鄰兩分部間的速差，避免紙張在傳送過(guò)程中的松弛和繃緊現象，并且速度微調應該靈敏、可靠，不應在調過(guò)程中有明顯的滯后現象。比例協(xié)調關(guān)系如下：

　　n1=k1(n0+δn0)
　　n2=k2(n1+δn1)

　　n3=k3(n2+δn2)
　　n4=k4(n3+δn3)

　　本系統中，采用profibus-dp過(guò)程現場(chǎng)總線(xiàn)結合plc程序來(lái)完成速度鏈的控制，避免了運算放大器的速度鏈給定環(huán)節的信號漂移，提高了穩定性。