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1、基于AB变频器的造纸机电气控制系统的设计摘要：文章就应用ABpowerflex4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展了较为具体地描绘。这种基于S7-300PLC的三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：纸机速度链负荷分配本文所设计的纸传动控制系统为应用美国AB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S7-300PLC三级控制的沟通变频调速控制系统。1、纸机对电气传动控制系统的要求该造纸机的系统构造总图如图1所示。图1系统构造总图该纸机正常运行对电气传动控制系统的
2、要求根本有以下几点。1.1纸机传动系统要有一定的稳速精度和快速动态响应。其中稳态精度0.020.01%，动态精度0.1%0.05%;1.2工作速度要有较宽、均匀的调节范围，适应消费不同品种、定量的需要。调节范围为I=1：10之间；1.3各传动分部间速比稳定、可调。为了使纸机可以消费良好的纸页和进步纸机正常工作时间，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810%；1.4爬行速度。为方便检查、清洗聚酯网、压榨毛毯、以及检查各分部的运行情况，各分部应具有1530米/分可调的爬行速度。但这样低速运转时间不宜过长，以减少无效的运行和机械磨损；1.5具有刚性或者柔性连接的传动分部间，在维持
3、速度链关系根底上，还须具有负荷动态调整的功能，以免造成由于负荷动态转移而引起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。相关联的分部具有单动、联动功能；1.7纸机传动控制系统，应具有良好接口才能，可与QCS控制、蒸汽控制等子系统上联上位工控机及工厂治理级计算机；2、纸机控制系统构造我们的选型原那么是：优化设计，程序通用化，界面美观化，使整个控制系统稳定性好、可靠性高、鲁棒性强。纸机控制系统构造图如图2所示。该控制系统采用沟通变频分部传动控制，三级控制方式。第一级为驱动级，变频器采用AB公司系列变频器，由闭环控制编
4、码器反应板，组成闭环控制系统。第二级为PLC控制系统，采用西门子S7-300PLC，S7-300与变频器组成Modbus总线控制网络，通讯速率可达19.2Kbit/s，并完成自动卷取及辅助局部的机电一体化功能;第三级为上位控制系统，采用DELL公司工控机,用于纸机传动系统状态监控，实现整个纸机自动控制。并可通过工业以太网与QCS系统、DCS系统、厂级治理级等联网，可实现纸机控制系统优化控制。图2控制系统构造图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、高可靠性的原那么，选用SIEMENSS7314PLC、CP340通讯处理器，作为系
5、统主控单元，控制整个系统。上位机选用采用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Allen-Bradley公司的powerflex系列高性能矢量变频器，它设计紧凑，节省空间，给用户提供强大的电机速度控制功能，最大起动转矩可达150%的电机额定转矩；可变的PWM允许变频器在低频下输出更大的电流，数字PID功能进步了应用的灵敏性，计时器、计数器、根本逻辑和步序逻辑功能可以减少硬件设计本钱并简化控制方案，总之，powerflex系列高性能矢量变频器的精巧设计可较理想地知足该机的高传动性能的需要。该纸机的电气控制原理图如图3所示。图3纸机电气控制原理图3.2系
6、统的软件设计与功能实现程序模块化构造设计，各种功能以子程序构造适时调用实现；程序采用循环扫描方式对速度链上的传动点进展处理，进步程序执行效率；程序设计通用性强，并具有必要的保护功能和一定的智能性。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速度链构造设计。速度链构造采用二叉树数据构造算法，先对各传动点进展数学抽象，确定速度链中各传动点编号，此编号应与变频器设定的地址一致。即任一传动点由3个数据“父子兄或者“父子弟确定其在速度链中的位置，填入位置存放器相应的数值。由此可构成知足该机正常工作需要的速度链构造。2算法设计。速度链的设计采用了调节变比的控制方法实现速度链功能,把压榨作为
7、速度链中的主节点，该点速度即纸机的工作车速，调节其速度即调节整机车速。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节信号，通过操纵该部增、减按纽的操纵改变其速比，那么改变相应分部的车速。3.2.2负荷分配设计该纸机传动构造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平衡，否那么会造成一个传动点由于过载而过流，而另一传动点那么由于被带动而过压，影响正常抄纸，甚至可能撕坏毛布，损坏变频器、机械设备。因此这两个传动局部的传动点之间需要负荷分配自动控制。负荷分配工作原理：假设P1e、P2e为两台电机额定功率，Pe为额定总负载功率，Pe=P1e
8、+P2e。P为实际总负载功率，P1、P2为电机实际负载功率，那么P=P1+P2。系统工作要求P1=PP1e/Pe，P2=PP2e/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展计算。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。其中：MsubL1/sub、MsubL2/sub是压榨、烘缸电机实际输出转矩；Psube1/sub、Psube2/sub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
9、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的。设置最大限幅值，假如负荷偏向超过该设定值，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公道的速度链构造，使负荷分配的传动点组处于子链构造上，该部负荷调整时，不影响其它的传动点，因此速度链构造是采用主链与子链相结合的形式。3.3系统网络组态与通讯本系统通过STRP7软件实现网络组态，用STEP7创立一个工程，先选择PLC的类型，并添加MPI总线、操纵屏、工控机、并为变频器分配网络地址。在该系统中上位机、PLC属于第一类主站DPM1，主要完成总线通讯控制和治理。操纵屏属于第二类主站，主要完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊
10、断等。操纵屏用SIEMENS的ProTool软件设计上位机采用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。Modbus网络采用RS485传输技术，使用专用屏蔽双绞线。PLC与操纵屏间是通过数据影像实现实时通讯。主站与从站间采用循环查询方式，完成对变频器的读写操纵。3.4辅助控制的机、电、液一体化设计辅助局部的机、电、液一体化、连锁及保护、卷纸机自动换卷控制、稀油站光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平安。该纸机在山东一造纸厂经近一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。这种基于AB变频器和S7-300PLC的纸机传动控制系统是可行的、公道的。0