基于S7400PLC造纸机电气系统设计.doc

基于S7-400PLC造纸机电气系统设计系统利用西门子PROFIBUS总线通讯协议格式，实现S7-400PLC与ABBACS800变频器的通讯，完成造纸机速度链、负荷分配等控制功能，在造纸机传动中取得了较高的控制精度和稳定性，充分满足造纸机生产的需要。实践证明，该结构控制方式可应用于大型、高速纸机的电气传动控制。1. 概述      在纸机电气控制系统设计时，考虑到造纸机传动系统的特殊性，所以既要满足纸机传动控制系统的可靠性和良好的控制精度与稳定性，又要降低控制系统造价的原则。因此，我们选择西门子S7-400PLC和ABBACS800全数字多功能矢量控制变频器，利用PROFIBUS协议通信格式实现PLC与变频器的通信功能，组成该机的控制系统。  1.1 ACS 800系列变频器简介：       ACS 800系列变频器是ABB公司采用直接转矩控制（DTC）技术，结合诸多先进的生产制造工艺推出的高性能变频器。它具有很宽的功率范围，优良的速度控制和转矩控制特性。完整的保护功能以及灵活的编程能力。因而，它能够满足绝大多数的工业现场应用。DTC技术是 ACS 800的核心：直接转矩控制对交流传动来说是一个最优的电机控制方法，它可以对所有交流电机的核心变量进行直接控制。它开发出交流传动前所未有的能力并给所有的应用提供了益处。1.2 PROFIBUS概述及协议分析     PROFIBUS是Process Fieldbus的缩写，是由德国西门子公司提出的一种现场总线标准，现在已成为了一种国际性的开放式现场总线标准, 即EN50-170欧洲标准。目前世界上许多自动化技术生产厂家都为它们生产的设备提供PROFIBUS接口。PROFIBUS已经广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化，应用范围非常广泛。 PROFIBUS以其先进的技术和非凡的可靠性代表了当今现场总线的发展方向。       PROFIBUS根据应用特点分为PROFIBUSDP，PROFIBUSFMS，PROFIBUSPA。三个版本，分别用于不同的场合。        PROFIBUS是一种现场总线，因此可以将数字自动化设备从底级(传感器执行器)到中间执行级(单元级)分散开来。通信协议按照应用领域进行了优化，故几乎不需要复杂的接口即可实现。参照ISOOSI参考模型，PROFIBUS只包含第l，2, 和7层。PROFIBUS协议层或子层说明如下：1)、PROFIBUS第1层      第1层PHY：规定了线路介质、物理连接的类型和电气特性。PROFIBUS通过采用差分电压输出的RS485实现电流连接。在线性拓扑结构下采用双绞线电缆。树型结构还可能用到中继器。2)、PROFIBUS第2层      第2层MAC：第2层的介质存取控制(MAC)子层描述了连接到传输介质的总线存取方法。PROFIBUS采用一种混合访问方法。由于不能使所有设备在同一时刻传输，所以在 PROFIBUS主设备(masters)之间用令牌的方法。为使PROFIBUS从设备(slave)之间也能传递信息，从设备由主设备循环查询。    PR0fIBUS第2层FlC：第2层的现场总线链路控制(FLC)子层规定了对低层接口(LLl)有效的第2层服务，提供服务访问点(SAP)的管理和与LLI相关的缓冲器。    PROFIBUS第2层FMAl2：第2层的现场总线管理(FMAl2)完成第2层(MAC)特定的总线参数的设定和第1层(PHY)的设定。FLC和LLI之间的SAPs可以通过FMAl2激活或撤消。此外，第1层和第2层可能出现的错误事件会被传递到更高层(FMA7)。3)、PROFIBUS第36层        第36层在PROFIBUS中没有具体应用，但是这些层要求的任何重要功能都已经集成在“低层接口”(LLI)中。例如，包括连接监控和数据传输的监控。4)、PROFIBUS第7层      PROFIBUS第7层LLI：低层接口(LLI)将现场总线信息规范(FMS)的服务映射到第2层(FLC)的服务。除了上面已经提到的监控连接或数据传输，LLI还检查在建立连接期间用于描述一个逻辑连接通道的所有重要参数。可以在LLI中选择不同的连接类型，主主连接或主从连接。数据交换既可是循环的也可是非循环的。    PROFIBUS第7层FMS：第7层的现场总线信息规范(FMS)子层将用于通信管理的应用服务和用于用户的用户数据(变量、域、程序、事件通告)分组。借助于此，才可能访问一个应用过程的通信对象。FMS主要用于协议数据单元(PDU)的编码和译码o    PROFIBUS第7层fMA7：与第2层类似，第7层也有现场总线管理(FMA7)。FMA7保证FMS和LLI子层的参数化以及总线参数向第2层(FMAl2)的传递。在某些应用过程中，还可以通过FMA7把各个子层的事件和错误显示给用户。5)、PROFIBUS ALI    ALI：位于第7层之上的应用层接口(ALI)，构成了到应用过程的接口。ALI的目的是将过程对象转换为通信对象。转换的原因是每个过程对象都是由它在所谓的对象字典(OD)中的特性(数据类型、存取保护、物理地址)所描述的。2. 系统的控制网络组成       要想组成PROFIBUS网络，必须有两个条件。主站的网络组态工具和从站的GSD文件，两者缺一不可。主站的网络组态工具是一个网络组态软件，用来将各个站组成网络，设置网络参数和站的参数，并将已设置好的网络组态传送给主站。GSD文件称为设备数据库文件。对一种设备类型的特征GSD文件以一种准确定义的格式给出其全面而明确的描述。GSD文件由生产厂商分别针对每一种设备类型准备并以设备数据库清单的形式提供给用户，此种明确定义的文件格式便于读出任何一种PROFIBUS设备的设备数据库文件，并且在组态总线系统时自动使用这些信息。在组态阶段，系统自动地对输入与整个系统有关的数据的输入误差和前后一致性进行检查核对。      在组网时，必须先把你所须的从站的GSD文件装载到网络组态工具里。这样在网络组态工具里就有了你所须的从站的选项。用网络组态工具建一个你所需要的网络，并设置网络参数，然后在网络上添加你所须的站，并设置站的参数，最后把设置好的网络组态传送给主站，这样就组建好了一个PROFIBUS网络。本控制系统结构图如图1所示。        系统选用ABB公司ACS800直接转矩控制（DTC）变频器，以PLC为控制中心， PLC通过PROFIBUS-DP现场总线与变频器构成DCS控制系统。PLC与上位机、现场触摸屏、变频器实行PROFIBUS高速通讯。        传动部下位控制中心为西门子S7-400 PLC，在PROFIBUS现场总线上S7-400 PLC是主站，选用CPU414-2 DP，有强大的通讯功能，自身带有一个PROFIBUS-DP接口，可与变频器及操作现场触摸屏采用PROFIBUS-DP总线实现高速通讯，完成整个纸机传动过程中的速度链、负荷分配、张力控制等功能。PLC接受上位机优化控制指令，可以根据纸张生产品种自动调节各分部速度以适应生产需求。同时PLC将各分部运行参数送往上位机，以便及时了解生产状况。      图中VVVF为ABB变频器、OP1-OP8为操作台、PG为脉冲编码器、M为传动电机整个系统全部实现全数字化操作控制，通过PROFIBUS现场总线通讯完成，简化了系统结构，提高系统的抗干扰能力。整个系统采用PROFIBUS现场总线控制技术，系统全部控制功能的实现都由现场总线通讯完成。只靠一条通讯电缆传输。系统中不在有整束的电缆，也省去了成千上万个线路接点。大大提高系统的可靠性，节约了控制电缆。同时实现了从操作到控制的全数字化。彻底杜绝了现场干扰对控制系统运行的影响。 图1 控制系统结构图PLC主要完成功能： （1）、现场控制信号的采集，PLC通过PROFIBUS现场总线检测现场操作台操作信号。（2）、速度链的控制及计算，PLC根据工艺要求完成速度链的控制处理。调节前一级速度时后一级紧随前一级的速度变化。调节后一级的速度时前一级速度不变。（3）、速度控制的执行。PLC接受上位机控制指令，通过上位机操作，PLC可以根据纸张生产品种自动调节车速、分部变比以适应生产需求，并通过PROFIBUS现场总线控制各分部变频器的运行速度。（4）、自动负荷分配控制功能，对与负荷分配点，PLC要完成负荷分配运算及控制。（5）、PLC与触摸屏实行PROFIBUS现场总线高速通讯，将传动各分部点工作状态实时在触摸屏显示出来；并接受触摸屏上的操作指令，控制各传动执行相应的动作。本系统配有触摸屏8台，设立在控制现场，触摸屏上设有功能键、操作图形显示及设定值与实际值的显示等。还有变频器的运行状态及故障显示。可以对各传动点实现全部控制功能，具体控制功能如下：1） 起动/停止：用于控制本分部电机的起停控制。2） 爬行/运行：用于低速调试检修、正常抄纸切换。3） 单动/连动：对于要求负荷分配各传动点的单动/连动控制。4） 紧急停车：紧急停车功能。当纸机运行过程中出现意外事故，威胁到设备安全及人身安全时才可使用。5） 速度微增：用于本传动点的速度微调。6） 速度微减：用于本传动点的速度微调。7） 紧纸：    用于本传动点的紧纸调节。8） 松纸：    用于本传动点的松纸调节。9） 负荷分配功能：负荷分配点自动实现分配。监测功能有：1） 变频器运行、故障状态显示。2） 电机的电流、转矩、分部线速度显示。      本系统所用的主站是西门子的PLC,从站是ABB的变频器。所以网络组态工具用西门子的STEP7软件内集成的网络组态工具进行组态,组态好后就可以编写控制程序了,从站的地址在主站的程序中可以直接使用,这样通过程序主站就可以对从站进行操作了。网络的通信自动运行,不需要控制程序参与。3. 系统的软件设计与功能实现       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2所示 3.1 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3所示。        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。      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。       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。速度链的传递关系由图4来体现，由PLC软件实现。 图4  纸机速度链结构图3.2 负荷分配的设计       负荷分配分三部分(如图五虚线范围内部分)。1）驱网辊与伏辊; 2）吸移辊、真空压榨辊与一压辊与二压辊;  3）施胶上辊与施胶下辊。      负荷分配的软件实现，首先基于合理的速度链结构,如图5所示。采用主链与子链相结合的结构，使具有负荷分配的传动点组在子链结构上，进行负荷动态调整时不影响其它传动点的状态。在纸机传动系统中，因为在有机械相联系的传动点由于所处位置不同，毛布的包角大小不一样，承受的载荷在不同的工作状态下不一样，是一个变量。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）。在实际控制当中，由于电机功率是一间接量,实际控制电机定子电流或转矩代替电机功率，进行读取计算、调节。在一组负荷分配传动点中选取包角较大且功率较大的传动点作为主点，其余各点利用PLC通过总线读取电机电流或转矩，分别与主点电流或转矩进行比较，并以PID调节算法，相应调节从点变频器的输出，使其电流或转矩百分比与主点一致，而达到负荷分配的自动分配的目的。             为了保护机械装置和避免PLC调节过于频繁，在软件中设置上下限幅值。如果负荷不平衡度大于3%，PLC才进行调整。如负荷分配不平衡度调整量设置太小，容易造成震荡。如果大于不平衡上限幅值，进行停机处理，以防止机械损害发生。4. 结语      基于西门子公司PROFIBUS-DP协议的S7-400PLC纸机电气传动三级控制系统，较理想地实现了对该纸机的控制，纸机的稳速精度、动态响应、负荷分配效果、纸页质量、系统稳定性、可靠性都得到了用户的认可和赞许。纸机（为幅宽4200/450,工作车速为550m/min的纸机）在河北香河银象纸业稳定运行已近二年。实践证明，该结构控制方式可应用于大型、高速纸机的电气传动控制。  2负荷分配控制     在纸机传动控制过程中经常遇到由几台电机同时拖动同一负载的情况。例如压榨部两辊压榨，上下传动辊都有自己的传动电机，通过加压同步运行。所以类似这样的传动只有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，否则会造成一个传动点由于过载而过流，另一传动点则由于被拖动而过压，由此可能造成传动单元报警甚至停机，影响生产。因此这两个传动点之间需要进行负荷分配控制。 负荷分配原理：在多电机传动过程中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）。而且在负荷分配调节过程中不能影响其它各分部的速度。所以我们采用速度链主链与子链相结合的设计方法。本系统中共有11组负荷分配传动点。包括网部4组，压榨部3组，烘缸部3组以及施胶部1组。PLC采集负荷分配点的运行转矩，求出每组总的负载转矩，根据总负荷转矩计算负载均衡时的期望转矩值，如下式：             其中： T是均衡时的期望转矩值；    Pie是负荷分配各点的额定功率； Ti是各点的实际转矩。主控PLC由DP总线通过通讯取得各点的实际转矩，通过上式计算出负荷均衡时的期望转矩作为给定值，通过调节驱动单元的输出，使各点的实际转矩值趋向一致。在实际设计中，使负荷分配传动点处于速度链的支链上，则当调节该点负荷时，不会影响其他传动点；同时还要考虑到调节负荷分配各点的输出时设置输出限幅，以免速差过大造成设备损害。  3液压压力闭环控制在国内多数纸机中，压榨部加压及卷取部主臂加压大多采用手动阀操作的开环控制，压力调节精度较差，压力不易保持稳定。在本系统中采用压力闭环控制系统，不但使得压力调节精度提高，而且压力稳定，从而对纸机的正常生产提供了保证。设计中要得到较高的控制质量，首先要对压力值进行校准。由于压力传感器本身的非线性，因此可采用分段线性化对压力值进行校准，即使得现场压力表的显示值和操作屏上的显示值达到一致。一般而言，可以把校准范围分为三段，因为压力传感器两侧线性较差，而在中间段线性较好。对压力值进行校准之后，通过PID控制算法实施压力闭环控制，适当整定PID参数即可达到压力的稳定输出控制。实际设计中，压力的实际值通过压榨部S7-200辅助PLC采集后滤波处理并进行闭环控制程序设计，并将相应的数据通过DP总线送入主控PLC中，在通过操作屏进行显示及参数设置。另外，还要考虑到压差自动抬辊，手动/自动切换，预压/加压控制等控制环节。  4张力控制  根据纸机工艺要求，在施胶机前、压光机前加入张力传感器。张力传感器将张力信号送入PLC，在操作台上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。张力传感器检测纸页的张力信号送入S7-400 PLC内，根据在操作屏上的张力设定进行计算，调节其后传动辊的输出转矩，维持纸页张力恒定，实现张力闭环控制。在张力传感器前加有断纸检测，出现断纸，可以自动退出张力控制模式，自动转为速度控制模式。待纸页重新引上后，断纸信号消失，自动转换为张力控制模式。PLC内采用PID控制算法，并带有速度限幅，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。张力控制可以通过操作屏选择投入/退出功能。  5自动换卷控制要实现自动换卷功能，必须纸机的机械、液压、气动及电气等各项指标都达到较高的控制精度和可靠性，否则可能造成设备及人员损伤。因此在卷纸机的相关部位共装有23个接近开关，用来检测卷纸机换卷过程中各部位动作到位情况。在设计中采用“手动/半自动/全自动”三种控制模式。“手动”模式下，纯粹以手动操作；“半自动” 模式下，整个换卷过程分为连续的几个阶段，每完成一个阶段，系统检测当前各部分是否到位，并给出提示信号，如果正常则可继续进行下一阶段，否则系统报警提示，并停止动作以便操作人员处理。“全自动”模式时，正常情况下系统完全自动运行，一旦检测到某部分运行不到位，则立即停止动作并给出声光报警提示，由操作人员进行处理。设计中接近开关的检测信号送入卷取部S7-200辅助PLC中，并通过DP总线送入主控PLC进行处理，在操作屏上显示检测信号状态及提示信息等，配合操作人员及时掌握自动换卷运行状态。整个自动换卷程序在辅助PLC中运行。四、  项目运行    该系统自从2006年8月开始投入运行，经过一段时间的机械磨合期，操作人员熟练之后，系统的调速精度、动态响应、负荷分配调节效果、系统稳定性等各方面指标均达到设计要求，满足生产的需要，最终得到用户的肯定。五、  应用体会    通过上百套大中小型各类西门子PLC在纸机传动系统中的实践应用，验证了其在工业现场的可靠性，灵活性以及方便易用性都具有很强的竞争力，特别是profibus dp总线其高速通讯性能，灵活的配置组态，现已成为国际标准总线之一，其在中大型纸机自动化控制系统中的应用也越来越广泛。S7-200PLC组成的文化纸机传动控制系统引言  随着我国经济的发展，制浆造纸业已经成为我国工业经济增长的重要支柱，早期的造纸生产产量较低，对电控没有太高要求，随着造纸规模的扩大，对造纸机的产量及速度要求越来越高，从而对纸机配套电控系统的要求也越来越高。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com本文采用森兰SB80系列变频器和西门子S7-200 PLC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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com  z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com图1 结构简图z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com1.2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：z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com（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；z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com（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±0.050.01%；z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com（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±1015%。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；z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com（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；z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com（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1550m/min可调的爬行速度，但不宜在此速度下长时间运行；z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com（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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com 2 控制系统组成z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.comz6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com                                图2系统原理图z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com3 控制系统软件设计z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com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z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.comz6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com                      图3主程序流程图z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com3.1 速度链设计及速差控制   z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com图4 位置寄存器示意图z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com速度链的传递关系由图5来体现，由PLC软件实现。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.comz6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com图5  纸机速度链结构图                                                  z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com3.2 负荷分配设计z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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%。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com               M= z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com 其中：      ML1 、ML2 是压榨、烘缸电机实际输出转矩； z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com                 Pe1 、Pe2 是压榨、烘缸台电机额定功率；z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com                 M    为负荷平均期望转矩z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com3.3辅助控制的机、电、液一体化设计z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com    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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com4变频器部分主要参数设置z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com  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：z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.comz6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com  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。z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com4  结 语z6g维修服务网-家电维修.家电维修(技术)论坛.家电维修资料网-CDCPU.com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变频矢量技术在张力控制中应用的实现 引言：在工业生产的很多行业，都要进行精确的张力控制，保持张力的恒定，以提高产品的质量。诸如造纸、印刷印染、包装、电线电缆、光纤电缆、纺织、皮革、金属箔加工、纤维、橡胶、冶金等行业都被广泛应用。在变频技术还没有成熟以前，通常采用直流控制，以获得良好的控制性能。随着变频技术的日趋成熟，出现了矢量控制变频器、张力控制专用变频器等一些高性能的变频器。其控制性能已能和直流控制性能相媲美。由于交流电动机的结构、性价比、使用、维护等很多方面都优于直流电动机，矢量变频控制正在这些行业被越来越广泛的应用，有取代直流控制的趋势。张力控制的目的就是保持线材或带材上的张力恒定，矢量控制变频器可以通过两种途径达到目的：一、通过控制电机的转速来实现；另一种是通过控制电机输出转矩来实现。速度模式下的张力闭环控制速度模式下的张力闭环控制是通过调节电机转速达到张力恒定的。首先由带（线）的线速度和卷筒的卷径实时计算出同步匹配频率指令，然后通过张力检测装置反馈的张力信号与张力设定值构成PID闭环，调整变频器的频率指令。同步匹配频率指令的公式如下：F=（V×p×i）/（×D）其中：F 变频器同步匹配频率指令 V 材料线速度 p 电机极对数（变频器根据电机参数自动获得） i 机械传动比 D 卷筒的卷径变频器的品牌不同、设计者的用法不同，获得以上各变量的途径也不同，特别是材料的线速度（V）和卷筒的卷径（D），计算方法多种多样，在此不一一列举。这种控制模式下要求变频器的PID调节性能要好，同步匹配频率指令要准确，这样系统更容易稳定，否则系统就会震荡、不稳定。这种模式多用在拉丝机的连拉和轧机的连轧传动控制中。若采用转矩控制模式，当材料的机械性能出现波动，就会出现拉丝困难，轧机轧不动等不正常情况。转矩模式下的张力控制一、转矩模式下的张力开环控制在这种模式下，无需张力检测反馈装置，就可以获得更为稳定的张力控制效