看一看：看一看;基于台达变频器的造纸机电气控制系统设计

摘要：文章就利用台达变频器的造纸机电气传动控制系统中的负荷分配、速度链、系统网络组态及通讯等内容进行了较为详细地描述。这类基于S7⑶00PLC的3级控制的全数字控制系统适用高速纸机的高速度、高可靠性控制性能的需要。关键词：造纸机；变频器；系统设计引言本文所设计的纸传动控制系统为利用台达变频器和西门子PLC所组成的控制网络来完成造纸机电气控制系统设计的；其电气传动控制系统是基于S7⑶00PLC3级控制的交换变频调速控制系统。纸机的主要参数以下：生产品种：薄页纸；净纸宽度：2400mm；工作车速：250⑶00 m/min；设计车速：350m/min；纸张定量：17⑷0g/m2；爬行速度：15⑵5m/min；纸机主传动点参数（30个传动点拆迁公司没有安置房怎么办，总传动功率为538.5KW）见表1：表1 造纸机得主传动点参数

1 纸机对电气传动控制系统的要求 该造纸机的系统结构总图如图1所示。图1 系统结构总图

该纸机正常运行对电气传动控制系统的要求基本有以下几点。1.1纸机传动系统要有1定的稳速精度和快速动态响应。其中稳态精度±0.02-- 0.01%，动态精度0没有户口宅基地给不给补偿.1%-- 0.05%;1.2工作速度要有较宽、均匀的调理范围，适应生产不同品种、定量的需要。调理范围为I=1：10之间；1.3各传动分部间速比稳定、可调。为了使纸机可以生产良好的纸页和提高纸机正常工作时间，纸机各分部的速度必须是稳定、可调的。各分部的调速范围为±8～10%；1.4 爬行速度。为方便检查、清洗聚酯网、压榨毛毯、和检查各分部的运行情况，各分部应具有15～30米/分可调的爬行速度。但这样低速运转时间不宜太长，以减少无效的运行和机械磨损；1.5 具有刚性或柔性连接的传动分部间，在保持速度链关系基础上，还须具有负荷动态调解的功能，以免造成由于负荷动态转移而引发有的分部因过载而过流，有的分部因轻载而过压；1.6 各分部具有微升、微降功能，必要的显示功能，如线速度、电流、运行、故障信号等。相干联的分部具有单动、联动功能；1.7 纸机传动控制系统，应具有良好接口能力，可与QCS控制、蒸汽控制等子系统上联上位工控机及工厂管理级计算机；2 纸机控制系统结构我们的选型原则是：优化设计，程序通用化，界面美观化，使全部控制系统稳定性好、可靠性高、鲁棒性强。纸机控制系统结构图如图2所示。该控制系统采取交换变频分部传动控制，3级控制方式。第1级为驱动级，变频器采取台达公司VFD-B系列高功能，向量型交换变频器，由闭环控制编码器反馈板，组成闭环控制系统。第2级为PLC控制系统，采取西门子S7⑶00 PLC，S7⑶00与变频器组成RS485总线控制网络，通讯速率最高可达19.2Kbit/s，并完成自动卷取及辅助部分的机电1体化功能;第3级为上位控制系统，采取DELL公司工控机,用于纸机传动系统状态监控，实现全部纸机自动控制。并可通过工业以太网与QCS系统、DCS系统、厂级管理级等联网，可实现纸机控制系统优化控制。图2 控制系统结构图

3 纸机电气传动控制系统的设计 3.1 系统硬件选型硬件选择根据系统的控制精度、通讯速度、响应时间、高性价比、高可靠性的原则，选用SIEMENS S7 314PLC、CP340通讯处理器，作为系统主控单元土地征收的基本程序，控制全部系统。上位机选用采取DELL工控机,配置为“PIV2.0G/21”，用于纸机传动系统状态监控。变频器选用台达公司的VFD-B系列高功能，向量型变频器，台达B系列新1代高功能无感测向量控制型变频器,具有功能齐全、调速精度高、稳定性好及可利用范围广等特点。可广泛利用于产业机械、工厂进程控制自动化、建筑、石化、冶金、钢铁、能源、电力、楼宇、环保等国民经济各行各业。其主要特点有：/F控制,无感测向量控制模式；内置PID功能及PID disable功能；PG速度闭环精确速度控制；自动侦测(autotunning)功能；摆频功能；飞速启动,速度追踪功能；主,辅频率及比例加法运算选择功能；15段速及自动程序运转；内置DC Reactor；计数器，马达累计运行时间；散热风扇动作模式设定；简易定位控制；风机/泵控制等；节能运转；RS485通讯接口,支持Modbus协议等。图3 纸机电气控制原理图（以传动电4为例）

总之，台达系列高性能变频器的精致设计可较理想地满足该机的高传动性能的需要。该纸机由30个传动点构成，变频器所实现的调速功能由PLC通过通讯指令控制，所以每台变频器从本身来讲功能基本相同，我们以该纸机的1个传动点电气控制原理图如图3所示为例来说明它在造纸机中如何让利用。图3中，起停运行右外部按钮通过继电器触点完成，造纸机运行只有正转，恒速选择在这里我们用作爬行功能，继电干触点输出接电源信号后作为停止唆使，运行唆使通过启动继电器触点带唆使灯完成，由于造纸现场控制柜操作台分别在现场和控制室，所以所有的唆使都有两套，如起停唆使灯H042、H043、H044，电流表PA041、PA042等。为提高控制精度，采取编码器反馈构成闭环控制。其他控制功能的实现均通过PLC软件与变频器通讯完成，下边将详述。3.2 系统的软件设计与功能实现程序模块化结构设计，各种功能以子程序结构适时调用实现；程序采取循环扫描方式对速度链上的传动点进行处理，提高程序实行效率；程序设计通用性强，并具有必要的保护功能和1定的智能性。主程序的流程如图4示。图4 主程序流程图

3.2.1速度链设计(1) 速度链结构设计。速度链结构采取2叉树数据结构算法，先对各传动点进行数学抽象，肯定速度链中各传动点编号，此编号应与变频器设定的地址1致。即任1传动点由3个数据（“父子兄”或“父子弟”）肯定其在速度链中的位置，填入位置寄存器相应的数值。由此可构成满足该机正常工作需要的速度链结构。(2) 算法设计。速度链的设计采取了调理变比的控制方法实现速度链功能,把压榨作为速度链中的主节点，该点速度即纸机的工作车速，调理其速度即调理整机车速。其它各分部点的速度由该点车速乘以相应的变比得到。由PLC检测其它分部车速调理信号，通过操作该部增、减按纽的操作改变其速比，则改变相应分部的车速。3.2.2 负荷分配设计 该纸机传动结构上有柔性联结的传动点，烘缸部和压榨部。它们之间不但要求速度同步还需要负载率均衡，否则会造成1个传动点由于过载而过流，而另外1传动点则由于被带动而过压，影响正常抄纸，乃至可能撕坏毛布，破坏变频器、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。负荷分配工作原理：假定P1e、P2e为两台电机额定功率农民违章建筑一定要拆除吗棚户区改造可以买卖房吗，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1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以下公式所示。

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，调理变频器的输出，使两电机转矩百分比1致。即完成负荷自动分配的目标。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、电气侵害产生。负荷分配控制实现的条件是公道的速度链结构，使负荷分配的传动点组处于子链结构上，该部负荷调解时，不影响其它的传动点，因此速度链结构是采取主链与子链相结合的情势。3.3 系统网络组态与通讯 本系统通过STEP7软件实现网络组态，用STEP7创建1个项目，先选择PLC的类型，并添加MPI总线、操作屏、工控机、并为变频器分配网络地址。在该系统中上位机、PLC属于第1类主站（DPM1），主要完成总线通讯控制和管理。操作屏属于第2类主站，主要完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。操作屏用SIEMENS的ProTool软件设计上位机采取SIEMENS的WINCC软件设计，实现上位机对整机系统的实时监控。上位机与PLC之间通用MPI电缆通讯。网络采取RS485传输技术，使用专用屏蔽双绞线。PLC与操作屏间是通过数据影象实现实时通讯。主站与从站间采取循环查询方式，完成对变频器的读写操作。3.4辅助控制的机、电、液1体化设计辅助部分的机、电、液1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调和工作，以保证系统正常运行和设备安全。5 结 语该纸机在山东1造纸厂经近1年多的实际纸机运行验证，系统的稳速精度、动态响应、负荷分配效果、纸页质量、系统稳定性、可靠性等指标都得到了用户的肯定。这类基于台达变频器和S7⑶00PLC的纸机传动控制系统是可行的、公道的。参考文献:[1]SIEMENS STEP7 V5.4编程手册 西门子股份有限公司2008[2]台达VFD-B系列利用手册 中达电通股份有限公司 2008 作者简介：陈景文 男 (1978-)内蒙古 硕士，讲师， 研究方向交直流电气传动的控制理论与利用联系方式：陕西省西安市未央区陕西科技大学电信学院邮编：710021电话：15991663575 Email：chenjw@sust.edu.cn(end)资讯分类行业动态帮助文档展会专题报道5金人物商家文章