《可编程计算机控制器在纸机传动系统中的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《可编程计算机控制器在纸机传动系统中的应用.docx（10页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、可编程计算机控制器在纸机传动系统中的应用可编程计算机控制器在纸机传动系统中的应用zhangting导语：在纸机分部传动系统中,多台电机的同步传动控制无论沟通传动还是直流传动问题是传动控制系统的关键在纸机分部传动系统中,多台电机的同步传动控制无论沟通传动还是直流传动问题是传动控制系统的关键,它直接影响系统的可靠性和控制精度,影响产品的质量和产量。尤其是对于高速纸机,由于系统动态性能要求的进步和不确定因素的增多,使得其同步传动控制问题变得更加复杂和困难。纸机的同步传动控制非常复杂,详细表如今以下几个方面:系统变量多、参数多,例如张力、速度、电流、电压、负载等;沟通电动机的非线性;负载的不确定性;多
2、电机间性能的不匹配;多电机之间存在耦合。因此,怎样利用先进技术和先进设备来实现纸机同步传动控制,获得最大同步传动速度,进步纸的质量和系统运行的平安可靠性,已成为造纸企业亟待解决的难题和研究热门。本文选用可编程计算机控制器PCC-ProgrammableComputerController来组成分层递阶式沟通变频网络控制系统,大大节约了设计时间,并进步了纸机传动控制系统通讯速度与质量,稳定性高,实时性好且易于扩展。1、纸机传动控制系统传动控制是整个纸机控制的根本回路,其必须完成速度链控制、张力控制,并需考虑负荷分配问题。以3400/250牛皮白纸板机为例,主传动共17个传动点,包含芯网驱网辊、成
3、形辊,衬网伏辊、成形辊,面网伏辊、成形辊,底网真空伏辊、驱网辊,第1导网辊,真空吸移辊,真空压榨辊,大辊径压辊4组,光压下辊,烘缸传动4组,施胶辊,压光机下辊,卷纸缸传动,总传动功率为1117kW。通过研究纸机传动控制的特点,选用PCCB&R2005组成分层递阶式网络控制系统,其传动控制系统构造如图1所示。align=center图1分层递阶式控制系统构造示意图/alignPCCB&R2005采用模块化构造系统,这种构造的特点是:CPU为独立模块,输入、输出、电源等也是独立模块。要组成1个系统,只须将所需的模块插入基板即可。它能通过现场总线PROFIBUS、CAN组成控制网络,也可以通过以太网
4、ETHERNET协议组成以太网控制网络,组网非常方便。B&R2005带有操纵系统,更多的控制任务可以通过分时多任务处理,增强了系统的实时性；其编程可以采用高级语言,如C、AutomationStudioBasic等,能实现复杂算法的编程。纸机传动控制系统的组织级由上位工业控制计算机IPC来实现,完成整个传动控制的数据处理以及控制决策,它与B&R2005通过ETHERNET以太网接口相连。分层递阶式控制系统的协调级由B&R2005来实现,它与另外的负责辅助传动控制的B&R2005通过PROFIBUS相连,B&R2005的NW150模块提供标准的PROFIBUS接口。变频器、电机以及各种传感器执行
5、分层递阶式控制系统的控制级任务。变频器通过CAN总线挂接在控制网络中。B&R2005的IF671协处理器提供1个RS232接口、1个RS485/422接口和1个CAN接口。利用CAN接口,变频器通过CAN总线挂接在控制网络中。2、速度链控制根据造纸工艺要求,纸机车速v和抄纸定量q之间存在以下关系：q/q=v/v其中q是定量容许公差范围,v是纸机车速容许公差范围。为了保证纸的定量可以在答应公差范围之内,要求纸机车速稳定,速度只能在一定的答应范围内波动,通常消费时,纸机车速偏向v不超过1.5%1%,纸板机车速不超过1.5%21%。因此,稳定的纸机车速能保证纸的定量稳定,并防止断纸及其他一些问题。纸
6、机各个分部的线速度随着纸的品种、抄纸速度、纸张水分含量等因素改变,但在某一品种某一速度区,各个分部间速度的比例根本不变,纸机前后各分部间速度是一种比例协调关系,如图2所示,前一分部速度是后一分部速度的Ki倍。纸机传动还要保证可以准确地调整各个分部的速度。align=center图2各分部速度比例分布示意图/align纸机的速度链控制是整个传动控制的根本回路。旧式纸机用1台定速式变速的沟通电动机通过皮带轮、减速装置、齿轮等带动纸机各个分部。这就是通常所讲的总轴传动方式,当代化的纸机传动多采用分部传动方式,即各个不同的分部都采用1台以上的电机传动。针对17个主传动点,每台电机装备1台变频器,采用德
7、国LENZE公司的Lenze93系列高性能变频器,通过CAN接口卡挂接在控制系统中。而且每台电机都带有每转产生1024个脉冲的增量式光电编码器,以完成速度反应控制。B&R2005通过检测各输入点的状态,判定升速、降速、紧纸、松纸及是否微调,并实现运行、爬行,以及单动、联动等控制。速度设定值由上位工控机设定,通过B&R2005提供的经过可视化接口PVI-ProcessVisualizeInterface进入B&R2005;现场的增速、减速等信号由数字输入模块DI350进入B&R2005,通过B&R2005的内部计算补偿输出,由CAN总线进入变频器,以到达调整变比的目的。在分部传动中,当前一分部的
8、速度变化时,不能影响其前面分部的速度,只对后面分部的速度有影响。主传动的17个传动点都是通过CAN总线和B&R2005相连,它们组成17个CAN从站点,编号从2号一直到18号,其中1号站点已经被作为CAN主站的B&R2005所占用。在实现速度链时,排好号的站点的速度变化只影响后面站点的速度,这样通过CAN总线反映到各个传动点,实现起来方便易行。由于使用了CAN总线,数据在系统中高速传输,当速度给定值变化时,实际速度响应快速跟踪,保证了控制的实时性。由于卷纸部随着纸卷半径的逐渐增大,整个辊的转动惯量也随之变化,此时假设用普通的PID调节器,已经很难适应参数不断变化的需要,所以此处选用模糊自适应控
9、制。3、负荷分配纸机的同一分部假设有多个电机时还得进展负荷分配控制。例如纸机的网部真空伏辊、驱动辊、第1导网辊和光压上、下辊等,各传动点之间要求速度同步的同时还要求负载平衡,否那么会影响正常抄纸。当负荷不能均匀分布时,有可能撕坏毛布或者造成断纸;另外,负荷分配不平衡可能会造成某一个或者多个电机过负荷运转,有时速度过快的电时机拖动速度较慢的电机,增加了电机负荷,影响电机寿命,甚至会烧毁电机4。所以有必要在各个分部中的各自传动点之间施行负荷自动分配控制功能。传动控制要求各传动点电机负载率一样,即Pi/Pie1其中Pi为第i台电机所承当的负载功率,Pie为第i台电机的额定功率。但是在实际控制系统中,
10、由于电机功率是间接量,难以测量,所以多以电机定子电流代替电机功率。其算式如下:其中Ili为第i台电机的负载电流,Iei为第i台电机的额定电流,Il为负载总电流。B&R2005通过CAN总线从变频器中读取各个传动点电机的电流值,其后进展计算处理,经过CAN总线将控制变化量累加到原先的控制量上,输出给各个变频器。另外,各电机的电流通过B&R2005上传给上位工控机,通过对电流的监视,判定系统的运行状况。由于公式2是简单线性化的结果,假设用在高速纸机中,需要进展补偿运算处理。4、张力控制压光机、卷纸机和复卷机需要进展张力控制。张力控制的需求是由造纸工艺决定的。张力过紧会造成更多的断头和卷纸的锥形挤出
11、;张力过松会导致纸张塌陷,影响纸的质量和纸机的消费速度5。张力传感器将张力信号检测出来送到B&R2005的模拟量输入模块AI775,构成张力闭环控制以保持纸张的张力恒定。AI775能接收0/420mA的信号,分辨率是12位,其接收的信号经过标度转换和张力设定值运算后,通过张力调节器,并经过补偿运算叠加到速度设定值输入上,以到达调节张力的作用。此处的张力调节器功能完全通过软件PID模块实现,B&R2005操纵系统自带的LoopCont库中带有此模块,只要设定比例积分和微分等时间常数并设定输出的上下限,滤波时间常数等就可以直接使用,不必去编PID控制程序。张力控制如图3所示。图3中ATR模块是张力
12、调节环,采用普通的PID调节;ASR是速度调节环,采用参数自调整模糊控制,及时调整量化因子和比例因子,到达准确调节的目的。align=center图3张力控制功能示意图/align5、软件编程51PCC软件编程B&R2005型PCC操纵系统是分时多任务操纵系统,它是系统软件的核心,负责治理多个任务的并行执行。PCC提供了8个具有不同循环时间不同优先级别的任务等级,用户可以根据实际需要,为每个任务设定各自的循环时间和优先级别6。本系统PCC中共有4个任务,其任务等级如表1所示。其中:优先级最高的是任务1,负责完成现场数据如张力、定量等的收集;优先级次之的是任务2,负责完成同步补偿控制算法和PCC
13、与现场控制设备之间的通讯;优先级再次之的是任务3,负责完成数据显示,对实时性要求不高,但运行时间较长;等级最低的是任务4,负责完成通讯功能,实现PCC与工控机、人机界面等监控设备之间的通讯,要求尽可能地快。在B&R2005系统中,采用分时多任务处理,各任务的循环执行经过如图4所示。 align=center图4各任务的循环经过/align假设本系统由普通的PLC来实现,各个任务都在同一个循环周期内,由于用于显示的任务3占用的循环时间较多,导致整个系统的循环时间大于任务1所要求的循环时间,这就难以保证任务1数据收集的实时性。而且假如用户有新的要求,那么需要改变整个程序。PCC由于采用分时多任务处
14、理,解决了控制实时性的问题。它的各个任务可以通过软件挂起和投入运行,给查错或者增加新要求提供了便利,而且可以实现复杂的顺序控制。52上位机通讯编程上位工控机采用B&RProvit5000,它可以用VB、VC及Runtime组建功能强大、图文丰富友好的上位人机界面;或者选用其他如组态王、开物组态软件等常用的组态软件,这些软件都带有B&RPVI的驱动,因此编程非常方便6。采用B&RPVIProcesssVisualizationInterface通过以太网接口实现与下位主控站B&R2005的实时数据传送交换;从监控站选用PanelWare控制面板,用PanelStudio进展画面组态,方便实现部分
15、设备的控制操纵。本程序的主监控界面有4个,包括主传动速度链控制界面,辅传动控制界面,实时曲线界面和报警记录界面。主传动速度链控制界面主要由17个主传动点的速度、电流、电压等显示局部和整个纸机的控制信号如爬行、运行等组成。在主传动速度链控制界面中,点击各个传动点,进入各传动点的数据显示和操纵区。这局部包括:张力值设定和频率实际值显示。频率值设定和频率实际值显示;变频器的参数局部包括:站点号、参数值设定和参数值读取;控制局部包括:启动、停顿,正转、反转,单动、联动,改变、制止等。要改变变频器参数时必须先按“改变控制按钮,应用程序才允许用户改变参数。假设不想随意改变参数和频率,按下“制止按钮即可封闭
16、所有针对参数的操纵。假如应用程序在进入时设置密码治理局部,可实现监控和治理的平安。辅传动控制界面根本上和主传动控制界面相似。实时曲线界面是各种实时曲线,可以通过这些曲线监视系统的稳定性。报警记录界面主要记录和显示各种报警事件,并显示相应的原因,给检修提供根据。上位工控机和下位B&R2005的数据交换通过PVI接口,其数据传输经过如图5所示。align=center图5实现变频器在线监控经过/align6、结语分层递阶式控制系统和先进控制器PCCB&R2005的应用,成功实现了纸机高精度的同步控制，到达了控制和治理的目的。这种分层递阶式控制系统构造明晰,责任明确;B&R2005不仅具有系统的高速响应,而且采用定性多任务分时操纵系统,使整个系统得到了优化,具有较好的实时性,易于实现;使用现场总线网络,稳定性高,数据传输快,进步了控制精度。