造纸机电气控制系统设计hopy.docx

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1、42000/5550m/minn叠网造造纸机电电气控制制系统的的设计收藏此信信息打印印该信息息添加：陈景文文孟彦京京谢仕宏宏于衍星星来源：未知1 引言言本台纸纸机属中中型纸机机，车速速为5550m/minn，精度度要求较较高，整整套系统统全部选选择abbb配套套产品(abbb变频器器、反馈馈卡、适适配器)。abbb变频器器具有良良好的驱驱动性能能，采用用先进的的直接转转矩(dtcc)控制模模式，逆逆变器的的功率元元件采用用igbbt，具具有多种种功能范范围广泛泛的电子子模板可可以选择择。先进进的控制制软件，确确保最佳佳的动态态响应和和卓越的的控制性性能和高高度的灵灵活性。多多种自由由功能的的功

2、能模模块及bbicoo技术可可灵活地地满足各各种控制制系统的的控制功功能需要要。2 控制制系统组组成2.1 各各分部传传动点的的参数各各分部传传动点的的参数如如表1所示。2.2 系统组组成系统统原理如如图1所示。本本台纸机机传动控控制采用用由s77-4000大型型plcc作为系系统的控控制中心心;abbb6000变频频器为驱驱动单元元，频率率分辨率率为0.01hhz以上上;变频专专用电机机作为执执行单元元;欧姆龙龙编码器器通过aabb反反馈卡提提供速度度反馈信信号，使使纸机传传动在速速度闭环环运行模模式下，从从而使控控制系统统稳速精精度达到到0.001%。由由plcc通过西西门子pproffi

3、buus协议议、dpp网络与与变频器器实现速速度链功功能、速速差控制制、负荷荷分配功功能、总总车速升升、降、各各分部点点的速度度升、降降及紧纸纸、松纸纸等功能能，较理理想地满满足纸机机正常工工作的控控制需求求。根据据用户要要求，本本控制系系统采用用交流变变频传动动控制，系系统为两两级控制制方式:第一级级为变频频器控制制级，变变频器采采用abbb公司司acss6000系列直直接转矩矩控制(dtcc)变频器器，配有有闭环控控制编码码器反馈馈卡，组组成闭环环控制系系统。变变频器上上还配有有proofibbus-dp通通讯板，与与上位pplc组组成prrofiibuss-dpp现场总总线控制制网络。图

4、1 系系统原理理图传动系统统第二级级为pllc控制制系统，plc采用西门子公司大型s7-400系列plc，cpu型号为414-2dp，操作台控制选用西门子op27操作屏，s7-400与变频器、op27操作屏组成profibus-dp现场总线控制网络，完成整个纸机操作控制。3 系统统主要功功能的实实现选用用的西门门子s77-4000 pplc为为控制单单元，此此系列pplc有有强大的的通讯功功能。可可以方便便组成pproffibuus、mpii等现场场总线系系统，完完成纸机机传动过过程的通通讯控制制。其主主要控制制功能如如下:3.11 速度度链控制制依据纸纸机传动动系统的的工艺特特点，速速度链的

5、的设计采采用了调调节变比比的控制制方法实实现速度度链功能能。这样样可以构构成任意意分支控控制的速速度链控控制系统统。(11) 速速度链结结构设计计速度链结结构采用用二叉树树数据结结构算法法，用于于完成传传递功能能。首先先对各传传动点进进行数字字抽象，确确定速度度链中各各传动点点编号，此此编号应应与变频频器内部部地址一一致。然然后根据据二叉树树数据结结构，确确定各结结点的上上下、左左或右编编号。即即任一传传动点由由3个数据据(“父子子兄”或“父子弟弟”)确定定其在速速度链中中的位置置，填位位置寄存存器数值值。如图图2所示。该该传动点点速度指指令发给给变频器器后，访访问位置置寄存器器，确定定子寄存

6、存器结点点号，若若不为00，则对对该点进进行相应应处理，直直到该链链完全处处理完;再查兄兄弟寄存存器结点点号，处处理另一一支链。故故只须对对位置寄寄存器初初始化，即即可构成成任意分分支速度度链。图2 速速度链系系统图(2) 算法设设计例如如，如图图1所示，把把纸机第第一分部部点作为为速度链链中的主主节点，即即它的给给定速度度就决定定整个纸纸机的工工作车速速，调节节其给定定速度就就调节了了整个纸纸机车速速。在pplc内内，检测测到车速速调节信信号则改改变车速速单元值值，1点处的的速度就就为第一一台变频频器的运运行速度度设定值值，将其其送第一一台变频频器执行行，并送送给第二二台计算算。第一一分部的

7、的速度值值乘以第第二分部部的变比比b1a则为为第二台台变频器器的给定定值。若若第二分分部速度度不满足足运行要要求，说说明第二二分部变变比不合合适，可可通过操操作第二二分部的的加速、减减速按钮钮实现，plc检测到按钮信号后调节b1即调整了变比，使其适应生产要求。相当于在plc内部有一个高精度的齿轮变速箱，可以任意无级调速。若正常生产中变比合适，某种原因需要用紧纸、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的偏移量则实现紧纸、松纸功能。图中2点就包含了调速和紧纸、松纸等操作指令的速度值，将它送给第二台变频器执行，同时送下一级计算。依此类推，构成速度链控制系统。速度链的分支

8、设计采用父子算法，可以构成任意分支的速度链结构。3.2 负荷分配控制网部、压榨部要求有负荷分配，所以它们之间要求速度同步的同时要求负载率均衡，否则会影响正常抄纸。当负荷不能均匀分布时，有可能撕坏毛布或造成断纸，所以这些传动部分的各自传动点之间实施负荷分配自动控制功能。负荷分配简单原理及实现:在纸机、印染机或其他传动系统中，只是电动机速度同步并不能满足实际系统的工作要求，实际系统还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)。现在以图2三点负荷分配为例，p1e、p2e、p3e为三台电机额定功率，pe为额定总负载功率，pe=p1e+p2e+p

9、3e。p为实际总负载功率，p1、p2、p3为电机实际负载功率，则p=p1+p2+p3。负荷分配的目的就是使p1、p2、p3满足上述要求。在实际控制当中，电机功率是一间接量。实际控制近似以电机定子电流或转矩代替电机功率。负荷分配采样各分部电机的转矩，这样计算出系统总负荷转矩，根据系统总负荷转矩可以计算出负载平衡时的期望值转矩。计算平均负荷转矩方法如下式所示:其中:mli第i台电机实际输出转矩;pei第i台电机额定功率;m为负荷平衡期望转矩;负荷分配控制器根据平均期望转矩m和自己实际转矩mli比较进行调节。纸机负载随时波动，所以计算出的平均期望转矩m也根据实际负载变化，所以这种控制算法可以准确计算

10、出总负荷和每台电机应该输出的转矩，为准确控制提供了方便。通过plc来完成的负荷分配方法是plc通过profibus-dp网络读取电机转矩，利用上述原理再配以先进的pid调节算法调节变频器的输出使电机转矩百分比一样，即各电机转矩电流和额定电流比值应相等。这样完成负荷分配的自动控制。对于网部，由于驱网辊和伏辊可能出现打滑现象，所以对于驱网辊和伏辊设有最大速差保护，若超过最大速差还不能达到负荷平衡，则自动负荷分配停止，处于速度控制模式。对于压榨部根据纸机的压榨部上下压榨辊的加压信号进行控制，当上下辊加压后，吸移辊与上下压辊处于负荷分配控制模式，plc启动负荷分配调节控制，上下辊分开时从机处于速度控制

11、模式，plc停止负荷分配，维持速度同步不变。由于负荷分配控制点属于共同带同一负载，所以要求同时启动，同时停止。但在调试检修过程中要能单独起停，因此对负荷分配各传动点采用单动/联动控制。3.3 张力控制根据纸机工艺要求，在压榨后、涂布机、卷取前可以加张力传感器。张力传感器将张力信号送入plc，在操作台上安装的操作屏上进行张力设定，plc根据张力设定值和张力传感器的反馈值进行调节，保持张力恒定准确，并在操作台的操作屏上显示实际张力。图3 控控制系统统原理图图张力传感感器检测测纸页的的张力信信号送入入s7-4000 pllc内，根根据在网网部操作作屏上的的张力设设定进行行计算，调调节其后后传动辊辊的

12、输出出转矩，维维持纸页页张力恒恒定，实实现张力力闭环控控制。在在张力传传感器前前加有断断纸检测测，出现现断纸，可可以自动动退出张张力控制制模式，自自动转为为速度控控制模式式。待纸纸页重新新引上后后，断纸纸信号消消失，自自动转换换为张力力控制模模式。pplc内内采用ppid控控制算法法，并带带有速度度限幅，防止断纸时出现飞车现象。plc对张力传感器信号进行分析，可以及时报警并有效预防张力传感器故障对生产的影响。4 控制制系统原原理图及及变频器器参数设设置控制制系统原原理图如如图3所示。5 结束束语造纸纸机传动动系统各各个传动动点既要要保持速速度一致致性，又又要有一一定的速速差。同同时具有有机械相

13、相联系的的传动点点又要有有负荷平平衡即负负荷分配配功能。abb600变频器具有dtc控制功能，具有很高的可靠性和完善的功能实现，通过丰富的参数组态和附加控制工艺板与plc通过profibus协议通讯、协调工作可满足中、高速造纸机对传动系统要求大速比变化、高稳态精度等控制性能的需要。本套系统在河北一纸厂调试正常并已投入生产数月，各项性能指标均达到或超过厂家要求标准。参考文献献1 陈伯伯时. 电力拖拖动自动动控制系系统mm. 北京:机械工工业出版版社,220011.22 ssiemmensssimmatiic ss7-4400可可编程控控制器系系统手册册z. 西西门子股股份有限限公司,20000.3 sieemenns标准准驱动产产品通信信手册z. 西门门子股份份有限公公司,220000.作者简介介陈景文文(19979-) 男男助教/在读研研究生研研究方向向:交直流流电气传传动的控控制理论论与应用用