2022年ProfibusDP总线的层瓦楞纸板生产线传动控制系统.docx

基于 Profibus DP总线地五层瓦楞纸板生产线传动掌握系统2021-5-4 13:41:00四川职业技术学院 郑辉供稿摘 要： 本文介绍了一条基于 Profibus DP总线地五层瓦楞纸板生产线传动掌握系统.以上位机、 PLC 和多传动驱动器构成三级掌握系统 , 实现了速度链结构、压力闭环掌握、张力掌握及相关帮助连锁掌握等掌握要求, 保证了生产线稳固牢靠地运行 .关键词： Profibus DP； plc ；速度链；负荷安排一、引言近年来我国经济始终保持高速增长地态势, 沱牌集团酒类产品、食品、饮料产量在内需和出口地迅猛发展下, 促使与其相关地包装需求也有很快地进展、瓦楞纸板箱在其包装领域里占相当大地比重,所以沱牌集团 2007年地重点技术改造工程中提出对其原先地生产线进行技术改造, 提高生产线地产品质量和效率 , 要实现治理 掌握一体化 , 能依据酒类产品、食品、饮料产量来掌握包装纸箱地生产.瓦楞纸板生产线就是由卷筒原纸经过压制瓦楞、上胶、粘合定型、分纸压线、横切成规格纸板, 最终经堆码输出等工序组成地流水作业线 , 简称瓦楞板板生产线 . 生产线构成见图 11图 1 五层瓦楞纸板生产线Fig.1.The five corrugated cardboard production lines该生产线原先使用集中拖动 , 各级传动由机械变速箱和离合器来完成 ,掌握精度差 , 工人操作难度大 , 产品调整要停机来从新设置变比 , 效率低下 2. 打算使用采纳以可编程掌握器 PLC 和变频器为基础地集散掌握系统, 将 PLC 作为现场采集掌握站 ,profibus dp进行数据通信 , 同时仍可以利用 Ethernet构成上位治理 级, 以实现管控一体化 3.二、掌握系统构成纸板生产线掌握系统地结构图如下图2 所示：图 2 纸板生产线掌握系统地结构图Fig.2. The structure of control system of cardboard production lines系统为三级掌握方式 .传动系统第一级为变频器掌握级, 变频器采纳三菱公司 FR-A540系列多传动掌握器 ,配有闭环掌握编码器反馈板 , 组成闭环掌握系统 . 变频器上仍配有 Profibus DP通信模块 <FR-A5NP ） 完成速度同步功能 . 同时可通过人机介面设定有关速度微调参数, 再由主站 CPU 通过网络模块与变频器系统通讯及设定, 与 PLC 组成 PROFIBUS-DP现场总线掌握网络进行实时高速通讯 .传动系统其次级为 PLC 掌握系统 ,PLC 采纳西门子公司大型 S7-400 CPU为 414-2DP,执行输入及输出规律地处理 , 将同步数据运算 , 相关地信息通过 PROFIBUS-DP网络传输到各站 .PROFIBUS-DP主站设在中控室 , 该 PLC 负责通过 PROFIBUS-DP采集各种信息 ,并在模拟屏上实时显示整个车间运行状况, 一旦发生反常立刻报警 , 以提示操作员在第一时间作出相应调整S7-400与变频器、 OP270操作屏以及 S7-20 0 帮助 PLC 组成 PROFIBUS-DP现场总线掌握网络 , 完成整个生产线操作掌握 45传动系统第三级为上位优化掌握系统 , 采纳 DELL 公司工业掌握运算机 , 用于整个纸机传动系统状态监控. 上位机采纳西门子组态软件 WINCC, 可以通过工业以太网与 QCS 上位机、 DCS 上位机、车间治理级、厂级治理级等联网掌握 , 实现纸机传动掌握系统优化掌握和自动掌握6.三、掌握系统完成地功能在纸板生产线传动掌握系统中 , 依据工艺要求需要实现以下几个主要地掌握.1. 速度链掌握速度链结构采纳二叉树数据结构算法 , 先对各传动点进行数学抽象 ,确定速度链中各传动点地编号 , 此编号应与传动单元 < 本系统为逆变器）中设定地地址一样 . 即任一传动点由三个数据 <“父子兄 ”或“父子弟 ”）确定其在速度链中位置置 , 填入位置寄存器相应地数值 ,从而构成整个速度链结构 .图 3 速度链掌握系统结构Fig.2.The structure.of control system.of speed chain如图 3 所示我们把纸板生产线地胶合部分作为速度链中地主节点, 即它地给定速度就打算整个纸板生产线地工作车速 , 调剂其给定速度就调剂了整个纸板生产线纸机车速. 在 PLC 内,我们检测到车速调剂信号就转变车速单元值 ,1 点处地速度就为第一台变频器地运行速度设定值, 将其送第一台变频器执行 , 并送给其次台运算. 第一分部地速度值乘以其次分部地变比b1/a就为其次台变频器地给定值 .如其次分部速度不满意运行要求 , 说明其次分部变比不合适 , 可通过操作其次分部地加速、减速按钮实现,PLC 检测到按钮信号后调剂 b1 即调整了变比 , 使其适应生产要求 . 相当于在 PLC 内部有一个高精度地齿轮变速箱 ,可以任意无级调速. 如正常生产中变比合适 ,某种缘由需要用紧纸、松纸时 , 按下该分部紧纸、松纸按钮 ,PLC 将对应在速度链上附加一正或负地偏移量就实现紧纸、松纸功能. 图中 2 点就包含了调速和紧纸、松纸等操作指令地速度值, 将它送给其次台变频器执行 ,同时送下一级运算 . 依此类推 , 构成速度链掌握系统 .速度链地分支设计采纳父子算法 , 可以构成任意分支地速度链结构.本速度链地设计不仅只是为实现纸板生产线传动掌握要求, 而且为后续地运算机优化掌握供应了可能. 在 PLC 内部有特别精确地传动变比 , 我们设计为精度为 0.001%,通过设定参数可以做到更高 . 这样有精确地传动变比上位运算机可以精确地记忆纸板生产线传动过程参数, 当需要更换品种或车速时 ,上位运算机可以精确地将纸板生产线运行参数传入到PLC, 由 PLC 执行, 将纸板生产线调整到当前工作状态 .2. 负荷安排掌握在纸机传动掌握过程中常常遇到由几台电机同时拖动同一负载地情形. 例如胶合部两辊胶合 , 上下传动辊都有自己地传动电机 , 通过加压同步运行 .所以类似这样地传动只有电动机速度同步并不能满意实际系统地工作要求 , 实际系统仍要求各传动点电机负载率相同,否就会造成一个传动点由于过载而过流 , 另一传动点就由于被拖动而过压 , 由此可能造成传动单元报警甚至停机 , 影响生产 . 因此这两个传动点之间需要进行负荷安排掌握 .负荷安排原理：在多电机传动过程中要求各传动点电机负载率相同 , 即 =Pi/Pie 相同<Pi 为 i 电机所承担负载功率 ,Pie 为电机额定功率） . 而且在负荷安排调剂过程中不能影响其它各分部地速度 .所以我们采纳速度链主链与子链相结合地设计方法 .本系统中共有 11 组负荷安排传动点 . 包括网部 4 组, 压榨部 3 组, 烘缸部 3 组以及施胶部 1 组.PLC 采集负荷安排点地运行转矩 , 求出每组总地负载转矩 ,依据总负荷转矩运算负载均衡时地期望转矩值 , 如下式：其中： T 是均衡时地期望转矩值； Pie 是负荷安排各点地额定功率； Ti 是各点地实际转矩 .主控 PLC 由 DP 总线通过通讯取得各点地实际转矩 ,通过上式运算出负荷均衡时地期望转矩作为给定 值, 通过调剂驱动单元地输出 , 使各点地实际转矩值趋向一样 . 在实际设计中 ,使负荷安排传动点处于速度链地支链上, 就当调剂该点负荷时 , 不会影响其他传动点；同时仍要考虑到调剂负荷安排各点地输出时设置输出限幅, 以免速差过大造成设备损害 .3. 气压压力闭环掌握在原生产线中 , 瓦楞加压及热合部主臂加压大多采纳手动阀操作地开环掌握 ,压力调剂精度较差 , 压力不易保持稳固 . 在本系统中采纳压力闭环掌握系统 ,不但使得压力调剂精度提高 , 而且压力稳固 , 从而对生产线地正常生产供应了保证 .设计中要得到较高地掌握质量 , 第一要对压力值进行校准 . 由于压力传感器本身地非线性 , 因此可采纳分段线性化对压力值进行校准 , 即使得现场压力表地显示值和触摸屏上地显示值达到一样 .一般而言 , 可以把校准范畴分为三段 , 由于压力传感器两侧线性较差 ,而在中间段线性较好 .对压力值进行校准之后 , 通过 PID 掌握算法实施压力闭环掌握 , 适当整定 PID 参数即可达到压力地稳固输出掌握 . 实际设计中 , 压力地实际值通过加压部S7-200帮助 PLC 采集后滤波处理并进行闭环掌握程序设计, 并将相应地数据通过 PROFIBUS-DP总线送入主控 PLC 中,再通过触摸屏地模拟屏进行显示及参数设置.另外, 仍要考虑到压差自动抬辊 , 手动/ 自动切换 ,预压/ 加压掌握等掌握环节 . 4 . 张力掌握该系统主要用于瓦楞纸板生产线. 能对瓦线生产中地原纸张力进行自动检测和适时掌握,从而排除在瓦楞纸板生产过程中因原纸张力变化而产生地断纸现象, 大大提高了生产效率和原材料地利用率 ,除低生产成本. 依据生产线工艺要求 ,横切机前加入张力传感器 . 张力传感器将张力信号送入 PLC, 在操作台上地操作屏上进行张力设定 ,PLC 依据张力设定值和张力传感器地反馈值进行调剂. 保持张力恒定精确 .并在操作台地操作屏上显示实际张力 .张力传感器检测纸板地张力信号送入 PLC 内,依据在操作屏上地张力设定进行运算 , 调剂其后传动辊地输出转矩 , 维护纸页张力恒定 , 实现张力闭环掌握 . 在张力传感器前加有断纸检测 ,显现断纸 , 可以自动退出张力掌握模式 , 自动转为速度掌握模式 . 待纸页重新引上后 , 断纸信号消逝 , 自动转换为张力掌握模式 .PLC 内采纳 PID 掌握算法 ,并带有速度限幅 , 防止断纸时显现飞车现象 .PLC 对张力传感器信号进行分析, 可以准时报警并有效预防张力传感器故障对生产地影响.张力掌握可以通过操作屏挑选投入 / 退出功能 .5. 自动换卷掌握要实现自动换卷功能 , 必需纸板生产线地机械、液压、气动及电气等各项指标都达到较高地掌握精度和牢靠性, 否就可能造成设备及人员损耗 . 因此在无轴原纸支架地相关部位共装有23 个接近开关 , 用来检测无轴原纸换卷过程中各部位动作到位情形 .在设计中采纳 “手动/ 半自动/ 全自动 ”三种掌握模式 . “手动”模式下 , 纯粹以手动操作； “半自动 ”模式下 , 整个换卷过程分为连续地几个阶段 , 每完成一个阶段 , 系统检测当前各部分是否到位 , 并给出提示信号 , 假如正常就可连续进行下一阶段 , 否就系统报警提示 , 并停止动作以便操作人员处理 .“全自动 ”模式时 , 正常情形下系统完全自动运行 , 一旦检测到某部分运行不到位 ,就立刻停止动作并给出声光报警提示 , 由操作人员进行处理 .设计中接近开关地检测信号送入支架部S7-200帮助 PLC 中, 并通过 PROFIBUS-DP总线送入主控 P LC 进行处理 , 在操作屏上显示检测信号状态及提示信息等, 协作操作人员准时把握自动换卷运行状态.整个自动换卷程序在帮助 PLC 中运行.四 总结该系统自从 2007 年 8 月开头投入运行 , 经过一段时间地机械磨合期 , 操作人员娴熟之后 , 系统地调速精度、动态响应、调剂成效、系统稳固性等各方面指标均达到设计要求 , 满意生产地需要五、本文创新点在纸箱生产线传动系统中应用 PROFIBUS-DP, 利用其在工业现场地牢靠性 , 敏捷性以及便利易用性 , 特殊是 PROFIBUS-DP 总线其高速通讯性能 , 敏捷地配置组态 , 便利地构成以上位机、 PLC 和多传动驱动器构成三级掌握系统 , 实现了速度链结构、压力闭环掌握、张力掌握及相关帮助连锁掌握等掌握要求, 保证了生产线稳固牢靠地运行 , 经现场运行试验成效良好 .参考文献1嘹亮. 瓦楞纸箱工艺 J. 包装工程 ,2007,2：282-2852 李飞. 瓦线地合理利用与技术改造问题J. 全球瓦楞工业 ,2007,5： 75-773 孙平. 可编程掌握器原理及应用 . 北京: 高等训练出版社 ,2003.14戎罡, 覃强. 开放式现场总线 PROFIBUS-DP应用简介 J.国外机电一体化技术 , 2001, 20<5 ）: 54595 FR-A5NP Control & Communication Link System Master/Local ModuleM. MITSUBIS HI Co. Ltd.6 马国华. 监控组态软件及其应用 . 北京: 清华高校出版社 ,2001.9