纸机传动控制系统的设计与应用.pdf

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1、第6期孟宪坤等．纸机传动控制系统的设计与应用691纸机传动控制系统的设计与应用孟宪坤李明辉(陕西科技大学机电工程学院，西安710021)摘要根据纸机的工艺结构及要求，提出了采用光纤主／从宏连接的方式，并根据偏差信号的大小选择先进的PID控制算法来调节实现对负荷分配的控制，利用二又树数据结构算法实现速度链结构的控制，设计了基于Profibus的纸机传动控削系统。关键词纸机传动控制现场总线变频器中图分类号TP273文献标识码A现代高速纸机的运行负载基本上是一个恒转矩负载，要求在运行期间速度恒定、负荷均衡，在传动控制系统中，多台电机的同步控制是传动控制系统设计的关键，它直接影响系统的可靠性和控

2、制精度，影响产品的质量和产量。纸机传动系统控制的难点主要在于：控制系统需具有较高的稳态精度及动态性能；控制系统内部需要交换大量的数据，如何实现数据的高速传输；在高速运行时，负荷分配控制和速度链控制如何实现才能有效地克服控制对象的非线性和耦合性⋯。据此，笔者根据自身相关经验并结合西安某纸厂纸机的工艺结构及要求设计了基于Profibus总线的纸机传动控制系统，以上位机、PLC和多传动驱动器构成三级控制系统实现顺序逻辑的控制及数据的高速传输，并采用光纤主／从宏的连接实现对负荷分配的控制，采用二叉树数据结构算法实现速度链PLC文章编号1000—3932(2011)06-0691-05结构的控制，

3、确保了纸机高速、稳定、可靠的运行。1纸机的工艺机构及要求纸机是一个系统复杂的联动机械机组，其主体由网部、压榨部、干燥部、压光机以及卷纸机等部分组成，其工艺流程(图1)可以简要概括为：由纸机流浆箱流出的纸浆在网部脱去约80％的水分，同时纤维相互交织形成湿纸被压榨、脱水，再在烘干部烘干到含水分5％一8％，然后经压光部压光，最后由卷纸机卷成成品纸嵋1。期间，由于纸张的伸缩，各分部之间应有一定的速度差。通常，为了控制速度差，必须调整纸机各分部辊子的线速度，即驱动电机的转速，使各分部之间的相对速度保持恒定。保持速度差恒定所必须达到的精度为：纸机±0．1％左右，高速大型纸机±0．01％一0．05％。

4、网部压榨前干燥后压榨后干燥压光机卷纸机图1纸机工艺流程示意图纸机对传动系统的要求为：车速要有较高的力，并采用PLC作为控制单元，实现对整个控制稳定裕度，总车速提升、下降要平稳；数字化串、并系统的可靠、协调的控制，以满足纸机控制系统正联速度链调节，使各分部速度按比例协调控制并常工作的需要¨1。同步升、降速，速度比可调、稳定；各分部点具有速2纸机传动控制系统结构度微升、微降功能，引纸操作时的紧纸、松纸功能；采用基于PROFIBUS现场总线的三级控制方主副分部间应能实现联动工作、负荷自动平衡调案，选择西门子S7—300PLC和ABB-ACSS00全数节；纸机为恒转矩负载，要选择具有恒转矩控制性

5、能的变频器，并具有较高的分辨率，良好的通讯能收稿日期：2011州-2l(修改稿)基金项目：陕西科技大学研究生创新基金资助字多功能*锵控制变频器利用PROF[BUSDP戌场总线协议通信格式实现PIc。J尘凝器的通信功能埘成谈机的控制系缱．蛐罔2所m，：■銎。；Ⅱ和*14厂—产“Ⅲ“广]I嘲宣．：鸯鸯I目2‰“*自#割§‰T握目第1缎——变频器控制缎。变顿器采用ABB公司ACS300系列直接转矩控制变频器。ACSS00系列变频器的特点：将A接转矩控制技术(D丁c技术)和横糯控制Ⅱ论台=为一．拇威高性能、慨成本的变鞭器渊建产品．并H性能太^优于妊量控制变鞭器。第2缓——PLc控制系统，传动都控

6、制中一tL"选用S7-300PLC．CPU选用CPU315-2DP。CPU315-2DP有强大的通汛功能．可与操作屏、变频器组成PROFIBUStDP控崩网络；采用现场总线实现高速通讯，完成档十纸机传动过程巾的速度链、负荷分配．使S7400PLC与上啦机，操作屏高建通讯．完成操作控制厦过程数据显示。第3缎——上位计算机优化控制系统。造纸4：问计算机忧化控制系蛙催咎将整个纸机车间各控制部分联系起来．由车问管理级计算肌统符理控制。Qcs幂坑、DCS系统制浆系坑、流进系统、热泵控制系统和俦动拧制系统r位机通过L业“太搠将各自部分的i作状况送往车间管理纽计算机．车阃管理级it算机＆过分析得出并部

7、分的最佳I‘怍参数，使各部分处f最佳的r作状态。3控制蔡缝主要硬件选强31中央控制惟元PLc的琏择町绾样控制器PIIc作为系缱的梭0控制单i．其好坏往往对整十系统的性能起若g关重理的作用为系统选择PLC时应考虑系统的性能女求．包括控制转鹱．运行遣攫．响应时间等崩蘸；系统的通讯要求．包括通讯坼议接口薯求、通讯处理述廑监求等；性能价格比。在满足性能和通ill受求的条件下地摊有鞍高性价比的产品为《统的稳定性、可嚣忡挺供强存^的技术和质帚倮