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cqvip.com 技术 报告 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 差主要影响纸页的定量. 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 , 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 可调 , 为± (

1 0 ~

1 5 ) %. (

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. (

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

1 5 -

5 0 m / mi n可调的爬行 速度 , 但不宜在此速 度下 长时间运行 . (

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.2控制 系统组 成 系统原理如图

1 所示 .该纸机传动 系统采用 由S7―226小型 P L C作为系统 的控制 中心 ;

由功能较强 大 的西门子

6 S E

7 0矢量变频器为驱动单元 , 频率分辨 率为O.O1Hz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 .

0 1 %. 由PLC通 过西 门子 U S S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.

6 S E

7 0变频器矢量控制策略是将异步电动机在三 相坐标系下的定子交流电流 、 ,

6 、 , c , 通过三相一 二相 变换 ,等效成两相静止坐标系下的交流 电流 I a l 、 I b

1 , 再通过按转子磁场定 向旋转变换 , 等效成同步旋转坐 .

3 8 ・ 标系下的直流 电流 I ml 、 hl ( I ml相 当于 直流电动机 的励磁电流 ,

1 相 当于与 转矩成 正 比的电枢 电流 )既将 力矩电流 , 励磁电流分量进行解耦. 使解耦 的磁通与力 矩控 制器 互不 影响 , 而 电机 的速 度、力矩连 续可 调 .从 而 可实现 在低 速状态 时 的平 滑运 行 和高力矩 、高 精度 的速 度、力矩控 制.图1系统原理 图3控制系统 软件 设计 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 . 该 系统主程 序流 程 图如图 2所示 . 图2主程序流程图 C h i n a P u l p &

P a pe r V o

1 .

2 3 . No . j ,

2 0

0 4 维普资讯 http://www.cqvip.com

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. 图3位置寄 存器不意图该传动点速度输送 给变频器后 ,访 问位置 寄存 器,确定子寄存器结点号 , 若不为 O , 则对该结点进行 相应处理 , 直到该链完全处理完毕 ;

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 4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, 通过通信检测到 车速调节信号后 , 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 , P L C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 P L C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 , P L C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 .

3 .

2 负荷分配的设计 负荷分配分 3部分( 如图 4虚线范围内) .①驱网 辊与伏辊 ;

②吸移辊 、 真空压榨辊与一压辊及二压辊 ;

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.采用主链与子链相结合的结构 , 使具有负荷分配 《 中国造纸>

2

0 0 4年第

2 3卷第 1期 技术 报告 '

l 吸移辊 l l 真压辊I ・ 一一一一一一一一. . ― ― ― . '

. . : , r J : I 二堡I : I l 堕堕l・I/: 三回/ _ 亟匦]_+圈图4纸机速度链结构 图 的传动点组在子链结构上,进行负荷动态调整时不影 响其他传动点的状态. 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, 毛布的包角大小不同 , 承受 的 载荷在不同的工作状态下不同, 是一个变量 .实际系 统还要求各传动点 电机负载率相同 , 即=/相同 ( 为i电机所 承担负载功率 , 为电机额定 功率 ) . 在实际控制 中,由于电机功率是间接 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 P L C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 自动 分 配的 目的. 为了保护机械装置和避免 P L C调节过于频繁 , 在 软件 中设置上下限幅值 .当负荷不平衡度大于

3 %, P L C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.如大于不平衡上限幅值 , 需进行停 机处理 , 以防止 机械损 害发生 .

3 .

3 U S S协议 的特点和使用 U S S协议是 S I E M E N S公 司专用的传动系统的传 输标准协议 .U S S协议在 R s

4 8 5传输系统基础上其总 线工作能力最多

3 2个用户.数据交换按主动一 从动存 取方式 . U S S协议允许主动装置工作 , 即 1台主动装置 和3l台从 动装 置.主动 装置可以是 S I MA T I C S

5 , S

7 , P C或其 他公 司 的控 制装 置.主站到从 站 的报文 格式如 图 5所 示.参数区 过程数据 . 1一.TPKW I P E D s

1 I ￡ E A D R P K E I N D l V A L I S T W l H S W B C C 图5主站 到从站的报文格 式・39・维普资讯 http://www.cqvip.com 技 术报 告从站到 主站 的报文格 式如图6所示 . S TX I L GE I ADR l f l I N D l VAL I S T Ⅳ I HS W I B CC 图6从站到主站 的报 文格 式根据USS协 议 的格式 , 编制 的数 据发送 子程 序.LD M0 .

0 MOVB B#1 4.VB1 o0

0 MOVB B舵.VB1 o

01 MOVB B#1 2,VB1

0 02 MOVB VB1

6 3. VB1 o

0 3 MOVW Ⅵ + 0. VW

1 0

0 4 MOVW r #+1.VW

1 0

0 6 MOVW W #1

6 #

0 F o

0 . VW

1 o

0 8 MOVW W #1

6 #

0 4

0 0. VW

1 1

0 0 MOVW Ⅵ + 2. VW

1 1

6 0 MUL VW

1 1

6 2. VD1

1 5

8 + D VD1

1 5 0. VD1

1 5

8 MOVW 母VD1

1 5 8. VW

1 1

2 0

3 .

4 变频器 参数 的优 化西门子

6 S E

7 0变 频器 是工 程型 的 ,具有

1 0

4 8个 参数( 参数标注为

2 9

9 2个,分16大类 ) , 其中BICO数 据组71个,功能参 数115个 , 电机 参数组126个 ( 可 以选择) .根据纸机不同的使用条件 , 需进行相应的参 数设定 , 变频器参数的优化设置是充分发挥该变频器 功能的保证.6 S E

7 0变频器的参数选择应根据其说 明书中的组态 图进行 .

3 .

5 变频器对 电机参数辨识 变频器对电机 ( 不带负载)进行参数辨识的过程 中, 变频器将对 电机的参数进行最优的识别 , 寻找最优 的矢量控制策略, 发挥变频器与电机的最佳控制特性. 以驱网辊传动点为例部分参数设定如表 2所示. 该纸机系 统在 安徽 某纸厂运 行 已近 1年,控制系统稳定 , 纸机运行可靠 , 稳速精度和动态响应性能都 表2驱网辊 变频器部 分参数设置达到了用 户较 满意 的效果 .

4 结语造纸机传 动系统各个传动点既要保持速度一致 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 .西 门子

6 S E

7 0变频 器具有矢量控制功能,具有很高的可靠性和完善的功 能实现 ,通过丰富的参数组态和附加控制工艺板与 P L C通过 U S S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.参考文献【lJSIMO V E R T MA T E R D R I V E V e c t o r C o n t r o l S I E ME N S .

1 9

9 8 [

2 ] 王丹利 , 赵景辉. 可编程序控制器原理 与应用 [ M] . 西安 : 西 北工业 大学出版社,1997.6[3]SIEME NS S I MA T I C$

7 -

2 0 0可编程控制器系统手册. 西门子股份有 限公 司,20o0.1[4]SIEME NS标准驱 动产品通信手册. 西 门子股份有限公司 ,

2 O O O .

1 De s i g n o f El e c t r i c Co n t r o l S y s t e m o f t h e

1 7

6 0 /

2 5

0 Pa p e r M a c h i n e Y U Y a n ― x i n g ME N G Y a n - j i n g ( S h a a r t x i U n w e ~i t y o fS c i e n c e&

T e c h n o l o g y , X i a n y a n g , S h a a n x i P r o v i n ce ,

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3 . c o r n A b s t r a c t : B y u s i n g S I EME NS US S P r o t o c o l , t h e s y s t e m r e a l i z e s t h e c o mmu n i c a t i o n b e t w e e n P L C a n d

6 S E7

0 v e c t o r f r e q u e n c e i n v e r t e r , i mp l e me n t s t he s p e e d c h a i n a n d l o a d d i s t r i b u t i o n c o n t r o l f u n c t i o n . T h e c o n t r o l s y s t e m i n p a p e r ma c h i n e a c h i e v e s a h i g h p r e c i s i o n a n d s t a - b i l i t y a n d f u l f i l l s t he r eq u i r e me n t o f t he p r o c e s s o n p a p e r ma c h i n e . K e y w

0 耐s:electriccontrolsystem;

vectorfrequenceinverter;

PLC;

papermachine圆(责任编 辑: 常青) .

4 0. C h i n a P u l p&

脚erVoL23,No .

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2 0

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