基于Profibus DP的紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)設(shè)計
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本系統(tǒng)中共有11組負(fù)荷分配傳動點。包括網(wǎng)部4組，壓榨部3組，烘缸部3組以及施膠部1組。plc采集負(fù)荷分配點的運行轉(zhuǎn)矩，求出每組總的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，根據(jù)總負(fù)荷轉(zhuǎn)矩計算負(fù)載均衡時的期望轉(zhuǎn)矩值，如下式：
其中：是均衡時的期望轉(zhuǎn)矩值；
Pie是負(fù)荷分配各點的額定功率；Ti是各點的實際轉(zhuǎn)矩。
主控PLC由DP總線通過通訊取得各點的實際轉(zhuǎn)矩，通過上式計算出負(fù)荷均衡時的期望轉(zhuǎn)矩作為給定值，通過調(diào)節(jié)驅(qū)動單元的輸出，使各點的實際轉(zhuǎn)矩值趨向一致。在實際設(shè)計中，使負(fù)荷分配傳動點處于速度鏈的支鏈上，則當(dāng)調(diào)節(jié)該點負(fù)荷時，不會影響其他傳動點；同時還要考慮到調(diào)節(jié)負(fù)荷分配各點的輸出時設(shè)置輸出限幅，以免速差過大造成設(shè)備損害。
3．液壓壓力閉環(huán)控制
在國內(nèi)多數(shù)紙機(jī)中，壓榨部加壓及卷取部主臂加壓大多采用手動閥操作的開環(huán)控制，壓力調(diào)節(jié)精度較差，壓力不易保持穩(wěn)定。在本系統(tǒng)中采用壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，不但使得壓力調(diào)節(jié)精度提高，而且壓力穩(wěn)定，從而對紙機(jī)的正常生產(chǎn)提供了保證。
設(shè)計中要得到較高的控制質(zhì)量，首先要對壓力值進(jìn)行校準(zhǔn)。由于壓力傳感器本身的非線性，因此可采用分段線性化對壓力值進(jìn)行校準(zhǔn)，即使得現(xiàn)場壓力表的顯示值和操作屏上的顯示值達(dá)到一致。一般而言，可以把校準(zhǔn)范圍分為三段，因為壓力傳感器兩側(cè)線性較差，而在中間段線性較好。
對壓力值進(jìn)行校準(zhǔn)之后，通過PID控制算法實施壓力閉環(huán)控制，適當(dāng)整定PID參數(shù)即可達(dá)到壓力的穩(wěn)定輸出控制。實際設(shè)計中，壓力的實際值通過壓榨部S7-200輔助PLC采集后濾波處理并進(jìn)行閉環(huán)控制程序設(shè)計，并將相應(yīng)的數(shù)據(jù)通過DP總線送入主控PLC中，在通過操作屏進(jìn)行顯示及參數(shù)設(shè)置。
另外，還要考慮到壓差自動抬輥，手動/自動切換，預(yù)壓/加壓控制等控制環(huán)節(jié)。
4．張力控制
根據(jù)紙機(jī)工藝要求，在施膠機(jī)前、壓光機(jī)前加入張力傳感器。張力傳感器將張力信號送入PLC，在操作臺上的操作屏上進(jìn)行張力設(shè)定，PLC根據(jù)張力設(shè)定值和張力傳感器的反饋值進(jìn)行調(diào)節(jié)。保持張力恒定準(zhǔn)確。并在操作臺的操作屏上顯示實際張力。
張力傳感器檢測紙頁的張力信號送入S7-400PLC內(nèi)，根據(jù)在操作屏上的張力設(shè)定進(jìn)行計算，調(diào)節(jié)其后傳動輥的輸出轉(zhuǎn)矩，維持紙頁張力恒定，實現(xiàn)張力閉環(huán)控制。在張力傳感器前加有斷紙檢測，出現(xiàn)斷紙，可以自動退出張力控制模式，自動轉(zhuǎn)為速度控制模式。待紙頁重新引上后，斷紙信號消失，自動轉(zhuǎn)換為張力控制模式。
PLC內(nèi)采用PID控制算法，并帶有速度限幅，防止斷紙時出現(xiàn)飛車現(xiàn)象。PLC對張力傳感器信號進(jìn)行分析，可以及時報警并有效預(yù)防張力傳感器故障對生產(chǎn)的影響。
張力控制可以通過操作屏選擇投入/退出功能。
5．自動換卷控制
要實現(xiàn)自動換卷功能，必須紙機(jī)的機(jī)械、液壓、氣動及電氣等各項指標(biāo)都達(dá)到較高的控制精度和可靠性，否則可能造成設(shè)備及人員損傷。因此在卷紙機(jī)的相關(guān)部位共裝有23個接近開關(guān)，用來檢測卷紙機(jī)換卷過程中各部位動作到位情況。
在設(shè)計中采用"手動/半自動/全自動"三種控制模式。"手動"模式下，純粹以手動操作；"半自動"模式下，整個換卷過程分為連續(xù)的幾個階段，每完成一個階段，系統(tǒng)檢測當(dāng)前各部分是否到位，并給出提示信號，如果正常則可繼續(xù)進(jìn)行下一階段，否則系統(tǒng)報警提示，并停止動作以便操作人員處理。"全自動"模式時，正常情況下系統(tǒng)完全自動運行，一旦檢測到某部分運行不到位，則立即停止動作并給出聲光報警提示，由操作人員進(jìn)行處理。
設(shè)計中接近開關(guān)的檢測信號送入卷取部S7-200輔助PLC中，并通過DP總線送入主控PLC進(jìn)行處理，在操作屏上顯示檢測信號狀態(tài)及提示信息等，配合操作人員及時掌握自動換卷運行狀態(tài)。整個自動換卷程序在輔助PLC中運行。
四、項目運行
該系統(tǒng)自從2006年8月開始投入運行，經(jīng)過一段時間的機(jī)械磨合期，操作人員熟練之后，系統(tǒng)的調(diào)速精度、動態(tài)響應(yīng)、負(fù)荷分配調(diào)節(jié)效果、系統(tǒng)穩(wěn)定性等各方面指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，滿足生產(chǎn)的需要，最終得到用戶的肯定。
五、應(yīng)用體會
通過上百套大中小型各類西門子PLC在紙機(jī)傳動系統(tǒng)中的實踐應(yīng)用，驗證了其在工業(yè)現(xiàn)場的可靠性，靈活性以及方便易用性都具有很強(qiáng)的競爭力，特別是profibusdp總線其高速通訊性能，靈活的配置組態(tài)，現(xiàn)已成為國際標(biāo)準(zhǔn)總線之一，其在中大型紙機(jī)自動化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。
參考文獻(xiàn)
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