造纸机传动控制系统

造纸机传动控制系统
日期:2007年7月3１日11:１4 来源: 作者：admin
字号［小中大］
本文采用森兰sｂ８0系列变频器和西门子s7-2０
０plc组成一套文化纸机传动控制系统。

通过可编程逻辑控制器（ｐｌc)和变频器之间的通信，控制传动点的启动、停止、增速、减速、紧纸等操作,由软件自动实现负荷分配、速度链等功能，充分满足造纸工艺及电控的需要。

1 纸机对电气传动控制系统的要求ﻫ１．1 该机结构简图如图1示。

纸机为１760/250 m/miｎ长网多缸文化纸机，生产40～65g/m2高级文化用纸，稳态精度≤０.0１%。

ﻫﻫ图1 结构简图
1.２为了能生产出质量标准较高的产品,纸机对电气传动系统提出如下的要求:
(1) 纸机工作速度要有较大的调节范围,为了使造纸机具有较强的产品、原料的适应性（如打浆度、浆料配比与种类、定量、纸种等),纸机传动可在较大的范围内均匀的调节速度，调节范围为
1:8;ﻫ(２) 车速要有较高的稳定裕度,总车速提升、下降要平稳。

为
了稳定纸页的定量和和质量、减少纸幅断头,要求纸机稳速精度为±０.05～０.01%；
(3) 速差控制,速比可调、稳定。

纸幅在网部和压榨部时，其纵向伸长横向收缩，而在烘干部时，两向都收缩，因此纸机各分部的线速度稍有差异，即速差。

速差在一定范围内变化不引起纸页质量的突变。

此时的速差对成纸来说,主要影响纸页的克重。

误差应控制在0．1％以内保持纸张不被拉断。

纸机各分部的速比的最大波动值与浆料配比、定量、车速、生产工艺、纸页收缩率及分部之间的纸幅无承托引段的张力等因素有关。

因此，造纸机各相邻分部间应有适当的速差来形成良好的纸页。

纸机各分部的速度必须是可以调节的,为±10~15%。

利于工作时调整。

为了生产较高质量的纸幅和减少断头率,还要保持各分部间速比的稳定；ﻫ(4）各分部点具有速度微升、微降功能,引纸操作时的紧纸、松纸功能。

具有刚性联结或软联结的传动分部,如网部、压榨部、施胶部，能进行负荷动态调节。

防止某点的速度发生变化而引起负荷在分部内动态转移,如不及时进行自动的调节（因为现在使用的变频器基本上都不具备长期四象限运行能力）,有的传动点负载可能超过它自身的功率范围引起过流发生，有的传动点被拖动而引起过高的泵升电压，导致变频器过压而保护跳闸，甚至损坏变频器和损坏毛布。

同时在这些分部中，应具有单动、联动功能,并可以同时起动、停止。

必要的显示功能，如线速度、电流或转矩、运行信号、故障信号等;
（5）爬行速度。

为了检修和清洗聚酯网、压榨毛毯、干网以及各分部的运行工况，各分部应有15～5０m/miｎ可调的爬行速度,但不宜在
此速度下长时间运行；ﻫ(6）纸机为恒转矩负载性质,要选择具有恒转矩控制性能的变频器,并具有较高的分辨率,良好的通讯能力，并采用plc作为控制单元，实现对整个控制系统的可靠、协调的控制,以满足纸机控制系通正常工作的需要。

２控制系统组成
系统原理图如图２所示。

该纸机传动系统采用由s7-2２6小型plc作为系统的控制中心；由功能较强大的森兰sb80系列变频器为驱动单元,频率分辨率为0.0１hz以上;变频专用电机作为执行单元;欧姆龙编码器提供速度反馈信号,使纸机传动在速度闭环运行模式下,从而使控制系
统稳速精度达到0.０１％。

由ｐlc通过西门子mｏdubuｓ协议、ｒｓ４85网络与变频器实现速度链功能、速差控制、负荷分配功能、总车速升、降、各分部点的速度升、降及紧纸、松纸等功能，较理想地满足纸机正常工作的需求。

ﻫ森兰sb80系列变频器采用tｉ推出的32位1５０mips的高速电机控制
专用dｓp和自主开发的嵌入式实时软件操作系统；电机控制理论的先进性――转子磁场定向和精确磁通观测器的闭环电流矢量控制;整机设计的先进性――高启动转矩、高过载能力、高速电流限制等。

森兰sb80能满足各种苛刻工况下的电机控制,广泛应用于恒转矩控制、位置控制、张力和卷绕控制、纺织应用等领域。

3 控制系统软件设计
控制系统的软件设计基于以下原则：1 程序模块化结构化设计,其中负荷分配、速度增减、初始化、紧纸、速比计算、校验、数据发送、接收等作为子程序调用;２程序采用循环扫描的方式对传动点进行处理,简化程序,提高程序执行效率;3 采用中断子程序进行数据的发送、接收;确保数据的准确快速的传输；４必要的软件保护措施，以免造成重大机械损害。

因此该程序通用性强，可移植性好,使用不同的变频器,只须进行相应协议的格式的定义。

即数据发送、接收、校验程序的相应修改即可,满足纸机运行的需要。

主程序流程图如图3所示
图3主程序流程图ﻫ3．1 速度链设计及速差控制
速度链结构采用二叉树数据结构算法，完成数据传递功能。

首先对各传动点位置进行数学抽象，确定速度链中各传动点编号,此编号应与变频器内部地址一致。

然后根据二叉树数据结构,确定各结点的上下、左或右编号。

即任一传动点由3个数据(“父子兄”或“父子弟”)确定其在速度链中的位置,填入位置寄存器数值。

如图4所示
ﻫﻫ图4 位置寄存器示意图ﻫ
该传动点速度给变频器后，访问位置寄存器,确定子寄存器结点号，若不为0,则对该经点进行相应处理，直到该链完全处理完;再查兄弟寄存器结点号，处理另一支链。

所以只须对位置寄存器初始化,即可构成具有任意分支结构的速度链。

ﻫ算法设计采用了调节变比的控制方法。

如图五所示,纸机二压点作为速度链中的主节点，它的速度就是整个纸机的工作车速。

在ｐlｃ内，我们通过通信检测到车速调节信号则改变车速单元值,同时送给驱网、吸移、真压、一压分部，其速度值乘以相应的速比,即是该传动点的速度运行值。

若某一分部速度不满足运行要求,说明该分部变比不合适，可通过操作该分部的加速、减速按钮实现,plｃ检测到按钮信号后调整了变比，使其适应传动点间的速
差控制要求。

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。

ﻫ若正常生产中变比合适,需要紧纸、松纸操作时,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。

同时送下一级计算，依此类推，构成速度链及速差控制系统。

前一级车速调整,后面跟随调整,后级调整不影响前级,适应纸机操作引纸的顺序要求。

ﻫ速度链的传递关系由图５来体现，由pｌc
ﻫ图5 纸机速度链结软件实现。

ﻫ
构
图ﻫﻫ
３．２负荷分配设计ﻫ该纸机传动结构上有柔性联结的传动点,烘缸部和压榨部。

它们之间不仅要求速度同步还需要负载率均衡，否则会造成一个传动点由于过载而过流，而另一传动点则由于被带动而过压,影响正常抄纸，甚至可能撕坏毛布,损坏变频器、机械设备。

因此这两个传动部分的传动点之间需要负荷分配自动控制。

ﻫ负荷分配工作原理:假设p1e、ｐ2e为两台电机额定功率，ｐｅ为额定总负载功率,pｅ＝p1ｅ+p2ｅ。

p为实际总负载功率，ｐ1、p２为电机实际负载功率，则p= ｐ1＋p2。

系统工作要求p1=ｐ＊p１ｅ／ｐe ,p２=p＊p２e/pｅ，两
个值相差≤3%。

由于电机功率是一间控制接量。

实际控制以电机定子转矩代替电机功率进行计算。

plc采样各分部电机的转矩，计算每一组的总负荷转矩,根据总负荷转矩计算负载平衡时的期望转矩值。

计算平均负荷转矩方法如下公式所示。

m=
其中：ml１、ml2 是压榨、烘缸电机实际输出转矩；
pe1 、pe2 是压榨、烘缸台电机额定功率；
m 为负荷平均期望转矩plc通过modbuｓ总线得到电机转矩,利用上述原理再施以ｐid算法，调节变频器的输出,使两电机转矩百分比一致。

即完成负荷自动分配的目标。

ﻫ设置最大限幅值,如果负荷偏差超过该设定值,要停机处理，以防机械、电气损害发生。

负荷分配控制实现的前提是合理的速度链结构，使负荷分配的传动点组处于子链结构上，该部负荷调整时，不影响其它的传动点,因此速度链结构是采用主链与子链相结合的形式。

3.３辅助控制的机、电、液一体化设计
辅助部分的机、电、液一体化、连锁及保护、卷纸机自动换卷控制、稀油站润滑系统等辅助电气系统协调工作,以保证系统正常运行和设备安全。

ﻫ4变频器部分主要参数设置
变频器主要参数设置如下表所示，本表适合各系列森兰变频器,所以未列出代码,实际只需找到相应功能设置好即可：ﻫ
对表中部分参数注释如下：加减速时间，在造纸机传动系统中,由于传动点数目较多,即变频器数量较多,所以负载不近相同。

这就要求加减速时间设定不同,对烘缸类大惯性负载加减速时间要长一些,否则会导致变频器过载报警，对其他辊类负载则加减速时间可稍短一些。

通讯参数中地址设定一般从一侧设置至另一侧,即由1至最后。

本表为主要参数,还有一些其他参数需据现场情况作相应改动，本文不一一复述。

ﻫ4 结语ﻫ造纸机传动系统各个传动点既要保持一定的速度一致性,又要有一定的速差。

同时具有机械相联系的传动点又要有负荷平衡即负荷分配功能。

森兰sb8０系列变频器具有很高的可靠性和和完善的功能实现，通过丰富的参数组态与plc通过moduｂus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。