技術(shù)頻道

娓娓工業(yè)
您現(xiàn)在的位置: 中國傳動網(wǎng) > 技術(shù)頻道 > 技術(shù)百科 > 基于Profibus DP的紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)設(shè)計

基于Profibus DP的紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)設(shè)計

時間:2008-06-06 11:00:00來源:ronggang

導(dǎo)語:?設(shè)計了一條基于Profibus DP總線的紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)。以上位機(jī)、PLC和多傳動驅(qū)動器構(gòu)成三級控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了速度鏈結(jié)構(gòu)、負(fù)荷分配及相關(guān)輔助連鎖控制等控制要求,保證了生產(chǎn)線穩(wěn)定可靠的運(yùn)行
摘 要: 設(shè)計了一條基于Profibus DP總線的紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)。以上位機(jī)、PLC和多傳動驅(qū)動器構(gòu)成三級控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了速度鏈結(jié)構(gòu)、負(fù)荷分配、壓力閉環(huán)控制、張力控制及相關(guān)輔助連鎖控制等控制要求,保證了生產(chǎn)線穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。 關(guān)鍵詞:profibus dp;plc;速度鏈;負(fù)荷分配 Abstract:This paper introduces that a paper machine drive control system based on profibus dp .The system is a 3-class control system including supervisor computer ,plc and multidrive inverters. It implements the speed chain,load distribution ,press loop-closed control,tension control as well as auxiliary control requests. The system meets the control of the paper machine product line and works well. Key Words:profibus dp,plc,speed chain,load distribution 一、 項目簡介   山東德州興泰紙業(yè)公司是山東照東方紙業(yè)集團(tuán)新建的具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的高檔板紙生產(chǎn)企業(yè)。其高檔板紙項目為國家經(jīng)貿(mào)委批復(fù)立項的國家重點(diǎn)技術(shù)改造“雙高一優(yōu)”項目。公司位于山東省平原縣龍門經(jīng)濟(jì)開發(fā)東區(qū),占地500余畝,總投資5億元,主要生產(chǎn)100-300g/m2環(huán)保型高檔工業(yè)板紙。設(shè)計生產(chǎn)能力為20萬噸/年。該項目采用日本、歐美等國家的先進(jìn)的生產(chǎn)工藝設(shè)備,配置了國內(nèi)先進(jìn)的4400/450板紙機(jī)生產(chǎn)線,是國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模最大的生產(chǎn)線之一。項目工藝以美廢(歐廢、國廢),木漿為主要原料??蓞㈤喯聢D(一)。
圖(一)
  該4200/450紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)以西門子S7-400 PLC為主控制器,以5個S7-200 PLC為輔助控制器,同時配合5個OP270操作屏作為系統(tǒng)操作控制面板。由于該傳動系統(tǒng)共有傳動點(diǎn)40個,再加上主從控制PLC、操作屏,整個系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)共有50個,必須采用高速通訊網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)交換與控制,因此采用西門子profibus dp高速現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建整個傳動系統(tǒng),從而保證系統(tǒng)反應(yīng)迅速及時,并能可靠運(yùn)行。 二、 控制系統(tǒng)構(gòu)成   紙機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖(二)所示:
圖(二)
  系統(tǒng)為三級控制方式。   傳動系統(tǒng)第一級為變頻器控制級,變頻器采用ABB公司ACS800系列multidrive多傳動控制器,配有閉環(huán)控制編碼器反饋板,組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。變頻器上還配有DP通訊板,與PLC組成PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時高速通訊。   傳動系統(tǒng)第二級為PLC控制系統(tǒng),PLC采用西門子公司大型S7-400 CPU為414-2DP,操作控制選用西門子OP270操作屏。S7-400與變頻器、OP270操作屏以及S7-200輔助PLC組成PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò),完成整個紙機(jī)操作控制。   傳動系統(tǒng)第三級為上位優(yōu)化控制系統(tǒng),采用DELL公司工業(yè)控制計算機(jī),用于整個紙機(jī)傳動系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控。上位機(jī)采用西門子組態(tài)軟件WINCC,可以通過工業(yè)以太網(wǎng)與QCS上位機(jī)、DCS上位機(jī)、車間管理級、廠級管理級等聯(lián)網(wǎng)控制,實(shí)現(xiàn)紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)優(yōu)化控制和自動控制。 三、 控制系統(tǒng)完成的功能   在紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)中,根據(jù)工藝要求需要實(shí)現(xiàn)以下幾個主要的控制。   1.速度鏈控制   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)的編號,此編號應(yīng)與傳動單元(本系統(tǒng)為逆變器)中設(shè)定的地址一致。即任一傳動點(diǎn)由三個數(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,從而構(gòu)成整個速度鏈結(jié)構(gòu)。   算法設(shè)計:
圖 (三) 速度鏈控制結(jié)構(gòu)示意
  如圖(三)所示我們把紙機(jī)第一分部點(diǎn)作為速度鏈中的主節(jié)點(diǎn),即它的給定速度就決定整個紙機(jī)的工作車速,調(diào)節(jié)其給定速度就調(diào)節(jié)了整個紙機(jī)車速。在PLC內(nèi),我們檢測到車速調(diào)節(jié)信號則改變車速單元值,1點(diǎn)處的速度就為第一臺變頻器的運(yùn)行速度設(shè)定值,將其送第一臺變頻器執(zhí)行,并送給第二臺計算。第一分部的速度值乘以第二分部的變比b1/a則為第二臺變頻器的給定值。若第二分部速度不滿足運(yùn)行要求,說明第二分部變比不合適,可通過操作第二分部的加速、減速按鈕實(shí)現(xiàn),PLC檢測到按鈕信號后調(diào)節(jié)b1即調(diào)整了變比,使其適應(yīng)生產(chǎn)要求。相當(dāng)于在PLC內(nèi)部有一個高精度的齒輪變速箱,可以任意無級調(diào)速。若正常生產(chǎn)中變比合適,某種原因需要用緊紙、松紙時,按下該分部緊紙、松紙按鈕,PLC將對應(yīng)在速度鏈上附加一正或負(fù)的偏移量則實(shí)現(xiàn)緊紙、松紙功能。圖中2點(diǎn)就包含了調(diào)速和緊紙、松紙等操作指令的速度值,將它送給第二臺變頻器執(zhí)行,同時送下一級計算。依此類推,構(gòu)成速度鏈控制系統(tǒng)。速度鏈的分支設(shè)計采用父子算法,可以構(gòu)成任意分支的速度鏈結(jié)構(gòu)。   本速度鏈的設(shè)計不僅只是為實(shí)現(xiàn)紙機(jī)傳動控制要求,而且為后續(xù)的計算機(jī)優(yōu)化控制提供了可能。在PLC內(nèi)部有非常精確的傳動變比,我們設(shè)計為精度為0.001%,通過設(shè)定參數(shù)可以做到更高。這樣有精確的傳動變比上位計算機(jī)可以精確地記憶紙機(jī)傳動過程參數(shù),當(dāng)需要更換品種或車速時,上位計算機(jī)可以準(zhǔn)確地將紙機(jī)運(yùn)行參數(shù)傳入到PLC,由PLC執(zhí)行,將紙機(jī)調(diào)整到當(dāng)前工作狀態(tài)。   2.負(fù)荷分配控制   在紙機(jī)傳動控制過程中經(jīng)常遇到由幾臺電機(jī)同時拖動同一負(fù)載的情況。例如壓榨部兩輥壓榨,上下傳動輥都有自己的傳動電機(jī),通過加壓同步運(yùn)行。所以類似這樣的傳動只有電動機(jī)速度同步并不能滿足實(shí)際系統(tǒng)的工作要求,實(shí)際系統(tǒng)還要求各傳動點(diǎn)電機(jī)負(fù)載率相同,否則會造成一個傳動點(diǎn)由于過載而過流,另一傳動點(diǎn)則由于被拖動而過壓,由此可能造成傳動單元報警甚至停機(jī),影響生產(chǎn)。因此這兩個傳動點(diǎn)之間需要進(jìn)行負(fù)荷分配控制。   負(fù)荷分配原理:在多電機(jī)傳動過程中要求各傳動點(diǎn)電機(jī)負(fù)載率相同,即δ=Pi/Pie相同(Pi為i電機(jī)所承擔(dān)負(fù)載功率,Pie為電機(jī)額定功率)。而且在負(fù)荷分配調(diào)節(jié)過程中不能影響其它各分部的速度。所以我們采用速度鏈主鏈與子鏈相結(jié)合的設(shè)計方法。   本系統(tǒng)中共有11組負(fù)荷分配傳動點(diǎn)。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(diǎn)的運(yùn)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: T是均衡時的期望轉(zhuǎn)矩值;   Pie是負(fù)荷分配各點(diǎn)的額定功率; Ti是各點(diǎn)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩。   主控PLC由DP總線通過通訊取得各點(diǎn)的實(shí)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(diǎn)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩值趨向一致。在實(shí)際設(shè)計中,使負(fù)荷分配傳動點(diǎn)處于速度鏈的支鏈上,則當(dāng)調(diào)節(jié)該點(diǎn)負(fù)荷時,不會影響其他傳動點(diǎn);同時還要考慮到調(diào)節(jié)負(fù)荷分配各點(diǎn)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?yàn)閴毫鞲衅鲀蓚?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(shí)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(shí)際設(shè)計中,壓力的實(shí)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(shí)際張力。   張力傳感器檢測紙頁的張力信號送入S7-400 PLC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(shí)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(shí)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?!笆謩印蹦J较?,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?!叭詣印蹦J綍r,正常情況下系統(tǒng)完全自動運(yùn)行,一旦檢測到某部分運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)。整個自動換卷程序在輔助PLC中運(yùn)行。 四、 項目運(yùn)行   該系統(tǒng)自從2006年8月開始投入運(yùn)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(shí)踐應(yīng)用,驗(yàn)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profibus dp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)   [1]SIEMENS STEP7 V5.1編程手冊.西門子股份有限公司,1998   [2]深入淺出S7-300 PL.西門子(中國)有限公司自動化與驅(qū)動集團(tuán).北京航空航天大學(xué)出版社,2004   [3]ACS800固件手冊 系統(tǒng)軟件7.X.北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司,2002   [4]紙機(jī)變頻傳動原理與設(shè)計.孟彥京.陜西人民出版社

標(biāo)簽:

點(diǎn)贊

分享到:

上一篇:公寓樓供水控制系統(tǒng)改造

下一篇:微能WIN-V63矢量控制變頻器在...

中國傳動網(wǎng)版權(quán)與免責(zé)聲明:凡本網(wǎng)注明[來源:中國傳動網(wǎng)]的所有文字、圖片、音視和視頻文件,版權(quán)均為中國傳動網(wǎng)(m.u63ivq3.com)獨(dú)家所有。如需轉(zhuǎn)載請與0755-82949061聯(lián)系。任何媒體、網(wǎng)站或個人轉(zhuǎn)載使用時須注明來源“中國傳動網(wǎng)”,違反者本網(wǎng)將追究其法律責(zé)任。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來源的稿件,均來自互聯(lián)網(wǎng)或業(yè)內(nèi)投稿人士,版權(quán)屬于原版權(quán)人。轉(zhuǎn)載請保留稿件來源及作者,禁止擅自篡改,違者自負(fù)版權(quán)法律責(zé)任。

網(wǎng)站簡介|會員服務(wù)|聯(lián)系方式|幫助信息|版權(quán)信息|網(wǎng)站地圖|友情鏈接|法律支持|意見反饋|sitemap

傳動網(wǎng)-工業(yè)自動化與智能制造的全媒體“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新服務(wù)平臺

網(wǎng)站客服服務(wù)咨詢采購咨詢媒體合作

Chuandong.com Copyright ?2005 - 2024 ,All Rights Reserved 深圳市奧美大唐廣告有限公司 版權(quán)所有
粵ICP備 14004826號 | 營業(yè)執(zhí)照證書 | 不良信息舉報中心 | 粵公網(wǎng)安備 44030402000946號