基于臺(tái)達(dá)變頻器的造紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本文所設(shè)計(jì)的紙傳動(dòng)控制系統(tǒng)為應(yīng)用臺(tái)達(dá)變頻器和西門子PLC所組成的控制網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成造紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的；其電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)是基于S7-300PLC三級(jí)控制的交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。紙機(jī)的主要參數(shù)如下：

　　生產(chǎn)品種：薄頁(yè)紙；凈紙寬度：2400mm；工作車速：250-300m/min；設(shè)計(jì)車速：350m/min；紙張定量：17-40g/m2；爬行速度：15-25m/min；

　　紙機(jī)主傳動(dòng)點(diǎn)參數(shù)（30個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)，總傳動(dòng)功率為538.5KW）見(jiàn)表1：

表1造紙機(jī)得主傳動(dòng)點(diǎn)參數(shù)

　　1紙機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的要求

　　該造紙機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖如圖1所示。

圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖

　　該紙機(jī)正常運(yùn)行對(duì)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的要求基本有以下幾點(diǎn)。

　　1.1紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)要有一定的穩(wěn)速精度和快速動(dòng)態(tài)響應(yīng)。其中穩(wěn)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(diào)節(jié)范圍，適應(yīng)生產(chǎn)不同品種、定量的需要。調(diào)節(jié)范圍為I=1：10之間；

　　1.3各傳動(dòng)分部間速比穩(wěn)定、可調(diào)。為了使紙機(jī)可以生產(chǎn)良好的紙頁(yè)和提高紙機(jī)正常工作時(shí)間，紙機(jī)各分部的速度必須是穩(wěn)定、可調(diào)的。各分部的調(diào)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(yùn)行情況，各分部應(yīng)具有15～30米/分可調(diào)的爬行速度。但這樣低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，以減少無(wú)效的運(yùn)行和機(jī)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(chǔ)上，還須具有負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)整的功能，以免造成由于負(fù)荷動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)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，如線速度、電流、運(yùn)行、故障信號(hào)等。相關(guān)聯(lián)的分部具有單動(dòng)、聯(lián)動(dòng)功能；

　　1.7紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)，應(yīng)具有良好接口能力，可與QCS控制、蒸汽控制等子系統(tǒng)上聯(lián)上位工控機(jī)及工廠管理級(jí)計(jì)算機(jī)；

　　2紙機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　我們的選型原則是：優(yōu)化設(shè)計(jì)，程序通用化，界面美觀化，使整個(gè)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好、可靠性高、魯棒性強(qiáng)。

[$page]　　紙機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。該控制系統(tǒng)采用交流變頻分部傳動(dòng)控制，三級(jí)控制方式。第一級(jí)為驅(qū)動(dòng)級(jí)，變頻器采用臺(tái)達(dá)公司VFD-B系列高功能，向量型交流變頻器，由閉環(huán)控制編碼器反饋板，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。第二級(jí)為PLC控制系統(tǒng)，采用西門子S7-300PLC，S7-300與變頻器組成RS485總線控制網(wǎng)絡(luò)，通訊速率最高可達(dá)19.2Kbit/s，并完成自動(dòng)卷取及輔助部分的機(jī)電一體化功能;第三級(jí)為上位控制系統(tǒng)，采用DELL公司工控機(jī),用于紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)整個(gè)紙機(jī)自動(dòng)控制。并可通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與QCS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、廠級(jí)管理級(jí)等聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)紙機(jī)控制系統(tǒng)優(yōu)化控制。

圖2控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　3紙機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　3.1系統(tǒng)硬件選型

　　硬件選擇依據(jù)系統(tǒng)的控制精度、通訊速度、響應(yīng)時(shí)間、高性價(jià)比、高可靠性的原則，選用SIEMENSS7314PLC、CP340通信處理器，作為系統(tǒng)主控單元，控制整個(gè)系統(tǒng)。上位機(jī)選用采用DELL工控機(jī),配置為“PIV2.0G/21”，用于紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控。

　　變頻器選用臺(tái)達(dá)公司的VFD-B系列高功能，向量型變頻器，臺(tái)達(dá)B系列新一代高功能無(wú)感測(cè)向量控制型變頻器,具有功能齊全、調(diào)速精度高、穩(wěn)定性好及可應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)機(jī)械、工廠過(guò)程控制自動(dòng)化、建筑、石化、冶金、鋼鐵、能源、電力、樓宇、環(huán)保等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)。其主要特點(diǎn)有：/F控制,無(wú)感測(cè)向量控制模式；內(nèi)置PID功能及PIDdisable功能；PG速度閉環(huán)精確速度控制；自動(dòng)偵測(cè)(autotunning)功能；擺頻功能；飛速啟動(dòng),速度追蹤功能；主,輔頻率及比例加法運(yùn)算選擇功能；15段速及自動(dòng)程序運(yùn)轉(zhuǎn)；內(nèi)置DCReactor；計(jì)數(shù)器，馬達(dá)累計(jì)運(yùn)行時(shí)間；散熱風(fēng)扇動(dòng)作模式設(shè)定；簡(jiǎn)易定位控制；風(fēng)機(jī)/泵控制等；節(jié)能運(yùn)轉(zhuǎn)；RS485通訊接口,支持Modbus協(xié)議等。

圖3紙機(jī)電氣控制原理圖（以傳動(dòng)電4為例）

　　總之，臺(tái)達(dá)系列高性能變頻器的精巧設(shè)計(jì)可較理想地滿足該機(jī)的高傳動(dòng)性能的需要。該紙機(jī)由30個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)構(gòu)成，變頻器所實(shí)現(xiàn)的調(diào)速功能由PLC通過(guò)通訊指令控制，所以每臺(tái)變頻器從自身來(lái)講功能基本相同，我們以該紙機(jī)的一個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)電氣控制原理圖如圖3所示為例來(lái)說(shuō)明它在造紙機(jī)中如何讓應(yīng)用。

[$page]　　圖3中，起停運(yùn)行右外部按鈕通過(guò)繼電器觸點(diǎn)完成，造紙機(jī)運(yùn)行只有正轉(zhuǎn)，恒速選擇在這里我們用作爬行功能，繼電干觸點(diǎn)輸出接電源信號(hào)后作為停止指示，運(yùn)行指示通過(guò)啟動(dòng)繼電器觸點(diǎn)帶指示燈完成，因?yàn)樵旒埇F(xiàn)場(chǎng)控制柜操作臺(tái)分別在現(xiàn)場(chǎng)和控制室，所以所有的指示都有兩套，如起停指示燈H042、H043、H044，電流表PA041、PA042等。為提高控制精度，采用編碼器反饋構(gòu)成閉環(huán)控制。其他控制功能的實(shí)現(xiàn)均通過(guò)PLC軟件與變頻器通訊完成，下邊將詳述。

　　3.2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)