引言

本文所設(shè)計的紙傳動控制系統(tǒng)為應(yīng)用美國AB變頻器和西門子PLC所組成的控制網(wǎng)絡(luò)來完成造紙機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的;其電氣傳動控制系統(tǒng)是基于S7-300 PLC三級控制的交流變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。

1 、紙機(jī)對電氣傳動控制系統(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)行對電氣傳動控制系統(tǒng)的要求基本有以下幾點(diǎn)。

1.1紙機(jī)傳動系統(tǒng)要有一定的穩(wěn)速精度和快速動態(tài)響應(yīng)。其中穩(wěn)態(tài)精度±0.02-- 0.01%，動態(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)良好的紙頁和提高紙機(jī)正常工作時間，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)時間不宜過長，以減少無效的運(yùn)行和機(jī)械磨損;

1.5 具有剛性或柔性連接的傳動分部間，在維持速度鏈關(guān)系基礎(chǔ)上，還須具有負(fù)荷動態(tài)調(diào)整的功能，以免造成由于負(fù)荷動態(tài)轉(zhuǎn)移而引起有的分部因過載而過流，有的分部因輕載而過壓;

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、故障信號等。相關(guān)聯(lián)的分部具有單動、聯(lián)動功能;

1.7 紙機(jī)傳動控制系統(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)及工廠管理級計算機(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，程序通用化，界面美觀化，使整個控制系統(tǒng)穩(wěn)定性好、可靠性高、魯棒性強(qiáng)。

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控制，三級控制方式。第一級為驅(qū)動級，變頻器采用AB公司系列變頻器，由閉環(huán)控制編碼器反饋板，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。第二級為PLC控制系統(tǒng)，采用西門子S7-300 PLC ， S7-300與變頻器組成Modbus總線控制網(wǎng)絡(luò)，通訊速率可達(dá)19.2Kbit/s，并完成自動卷取及輔助部分的機(jī)電一體化功能;第三級為上位控制系統(tǒng)，采用DELL公司工控機(jī),用于紙機(jī)傳動系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)整個紙機(jī)自動控制。并可通過工業(yè)以太網(wǎng)與QCS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng)、廠級管理級等聯(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)電氣傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計

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)時間、高性價比、高可靠性的原則，選用SIEMENS S7 314PLC、CP340通信處理器，作為系統(tǒng)主控單元，控制整個系統(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)傳動系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控。

變頻器選用Allen-Bradley公司的powerflex系列高性能矢量變頻器，它設(shè)計緊湊，節(jié)省空間，給用戶提供強(qiáng)大的電機(jī)速度控制功能，最大起動轉(zhuǎn)矩可達(dá)150%的電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩;可變的PWM允許變頻器在低頻下輸出更大的電流，數(shù)字PID功能提高了應(yīng)用的靈活性，計時器、計數(shù)器、基本邏輯和步序邏輯功能可以減少硬件設(shè)計成本并簡化控制方案，總之，powerflex系列高性能矢量變頻器的精巧設(shè)計可較理想地滿足該機(jī)的高傳動性能的需要。該紙機(jī)的電氣控制原理圖如圖3所示。

圖3 紙機(jī)電氣控制原理圖

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

程序模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各種功能以子程序結(jié)構(gòu)適時調(diào)用實(shí)現(xiàn);程序采用循環(huán)掃描方式對速度鏈上的傳動點(diǎn)進(jìn)行處理，提高程序執(zhí)行效率;程序設(shè)計通用性強(qiáng)，并具有必要的保護(hù)功能和一定的智能性。主程序的流程如圖4示。

圖4 主程序流程圖

3.2.1速度鏈設(shè)計

(1) 速度鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計。速度鏈結(jié)構(gòu)采用二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，先對各傳動點(diǎn)進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象，確定速度鏈中各傳動點(diǎn)編號，此編號應(yīng)與變頻器設(shè)定的地址一致。即任一傳動點(diǎn)由3個數(shù)據(jù)(“父子兄”或“父子弟”)確定其在速度鏈中的位置，填入位置寄存器相應(yīng)的數(shù)值。由此可構(gòu)成滿足該機(jī)正常工作需要的速度鏈結(jié)構(gòu)。