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原创 2020-04-06 01:35  阅读

  论文题目:基于PLC模块化设计的纸机传动系统的可靠性分析与研究申请学位级别:工程硕士研究方向:控制工程与控制理论培养单位:机电工程学院硕士生:赵瑞林导师:孟彦京教授企业导师:王涣民高级工程师2010年5月 ●毋● i n Parti al Ful fi l l m ent of theRequi rem entfor theD egreeofM aster ofEngi neeri ngThesi sSupervi sor:Professor.M en Yanj i ngM ay, 2010 研究造纸机传动系统各个传动点既要保持一定的速度一致性,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。变频器具有直接转矩控制功能,具有很高的可靠性和和完善的...

  论文题目:基于PLC模块化设计的纸机传动系统的可靠性分析与研究申请学位级别:工程硕士研究方向:控制工程与控制理论培养单位:机电工程学院硕士生:赵瑞林导师:孟彦京教授企业导师:王涣民高级工程师2010年5月 ●毋● i n Parti al Ful fi l l m ent of theRequi rem entfor theD egreeofM aster ofEngi neeri ngThesi sSupervi sor:Professor.M en Yanj i ngM ay, 2010 研究造纸机传动系统各个传动点既要保持一定的速度一致性,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。变频器具有直接转矩控制功能,具有很高的可靠性和和完善的功能实现,通过丰富的参数组念和附加控制工艺板与PLC通过PRO FIBU 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。变频器控制系统采用Profi bus.DP现场总线控制模式后,不但整个系统可靠性强,操作简便,而且可根据工艺需要进行灵活的功能修改。变频器和西门子S7.300PLC组成一套目前我国国产造纸机中车速较高的纸机传动控制系统。通过可编程逻辑控制器( PLC) 和变频器之间的通信,控制传动点的启动、停止、增速、减速、紧纸等操作,由软件自动实现负荷分配、速度链等功能,充分满足造纸工艺及电控的需要。纸机变频传动技术迅速发展,PLC和变频器的通讯网络结构出现并应用到变频传动控制中,以PLC或工控机通过总线协议方式实现同步速度链控制的纸机传动系统成为主要形式。利用PLC的模块化设计方法,提高纸机变频传动控制系统的可靠性、容错性、可操作性、自诊断能力和抗干扰能力,使纸机变频传动控制系统向智能化发展。关键词:纸机变频调速;变频器;PLC;组态软件;抗干扰技术 BASEDoNM oD U LARD ESI G NoF PLC oNTH EPAPERM ACH IN ETRAN SIM ISSIoNSYSTEMRELI ABLI TY AN ALYSI S AN DRESEARCHABSTRACTPaperm achi ne dri vesystemeachpoi nt i t i Snecessaryto m ai ntai na certai n transm i ssi on rate ofconsi stency,butdi fference,w hi l e associ ated w i th m echani calw e m ustal so speedtransm i ssi on poi ntandal soa l oadbal anci ngdi recttorquecontrol w i thhi gh rel i abi l i tyandfuncti onal i tyandi m provethei m pl em entati on,confi gurati on param eters throughthe ri ch and theaddi ti onalcontrolpanel sand PLCtechnol ogy through PRO FI BU Sprotocol com m uni cati on and coordi nati on to m eet thehi ghspeed paperm achi nel arge rati o of the transm i ssi onsystem requi rem ents change,hi ghsteadypreci si oncontrolperf orm ance needs.Invertersystemuses Prof i bus- D P fi el d bus controlorl oad di stri buti on functi on.Converter w i thcontrolm ode,not onl ythe w hol esystemi shi ghl y rel i abl e,si m pl e,andcanprocess the need for fl exi bl efeature tom odi fy.Si em ens S7300PLC transducer and thepresent com posi ti onof apaper m achi ne i n Chi na S dom esti chi gh speed papercontrolsystem .Program m abl el ogi ccom m uni cati on betw een the i nverter and controlm achi ne dri vecontrol l er( PLC)transm i ssi onpoi nt ofandthestart,stop,grow th rate,sl ow ,ti ghtoperati ons,the softw areautom ati cal l yl oaddi stri buti on,speed.chai nand otherfuncti ons,ful l y m eet them anufacturi ng paper and el ectroni ccerti fi catesofcom pl i ance andⅡ KEY W O RD S:paperadj ustm ent;transducer;PLC;anti i nterferencetechnol ogym achi ne AC frequencyconversi on forspeedconfi gurati onsof tw are; 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.IABSTRACT⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ .II1.绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.:⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..11.1课题的提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21.1.1纸机控制系统的概况及国内外发展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.21.1.2PLC控制系统的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.31.2计算机控制系统的组态软件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯31.2.1组态软件及其特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.31.2.2组态W i nCC⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一41.3研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯52.造纸机电气控制系统结构的分析与设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72.1纸机控制系统的总体设计思想⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯72.2纸机传动对电气控制系统的要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1l2.3控制系统硬件设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..132.3.1系统硬件设计原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯132.3.2速度链设计及速差控制原理与设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯142.3.3负荷分配原理与设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯162.4变频器在造纸机传动系统中的应用与设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..182.4.1变频传动造纸机的发展现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯192.4.2纸机变频传动控制系统的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯202.4.3纸机对变频器的要求与变频器的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯252.4.4变频传动造纸机的故障分析与维护⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯272.4.5变频器运行过程中存在的问题及其对策⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯303.PLC模块化纸机控制系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯373.1 PLC模块化设备的功能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.373.1.1可编程控制器( PLC) ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯373.1.2模块化设备的整体结构与生产工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯383.1.3 PLC与主从站间的通信⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 413.2纸机变频传动控制系统的PLC模块化设计⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 443.2.1造纸机电气控制系统的PLC设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..44 3.2.2纸机变频传动控制系统的PLC设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..483.2.3西门子PLC与ABB变频器之间的现场总线通讯⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 513.2.4 PLC与变频器连接时应注意的问题⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 523.3 PLC的N :N 网络⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.553.3.1 N :N 网络结构⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯:⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯563.3.2N :N 网络的实现⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯574.PLC模块化纸机控制的组态软件监控系统设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯594.1监控系统的组态软件功能设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.594.1.1监控软件设计方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯604.1.2画面设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯614.1.3故障报警处理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯624.2构造变量数据库⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯634.3建立动画⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.654.4通讯电缆PRO FIBU SDP设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。664.4.1 PRO FIBUS介绍⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯664.4.2 PRO FIBU S.DP总线通讯转换接口⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯674.4.3基于PRO FIBU S.DP总线的控制系统的工作过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯684.4.4应用效果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯694.5组态上位机与下位机PLC通讯的实现⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 694.5.1 PLC和组态的通讯简介⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 704.5.2通讯的实现步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯704.5.3组态界面中系统实现控制功能描述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯725.纸机PLC控制系统的抗干扰技术设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.735.1 PLC控制系统的电磁兼容技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.735.1.1变频调速系统电磁干扰的种类⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯745.1.2提高电磁兼容性及抗干扰措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯755.1.3在纸机变频调速电气控制系统中采用解决电磁干扰的措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯775.2 PLC控制系统的接地技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.785.2.1安全地或电源接地⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯795.2.2接地的方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯795.3 PLC控制系统的软件抗干扰技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.805.3.1利用” 看门狗” 方法对系统的运动状态进行监控⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯815.3.2消抖⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.81II III⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ .82⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ .83⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ .85......................87⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ .89⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ .91 看年代点是要求速度长期稳定,同时要求动态恢复时间尽可能短,因此,纸机传动系统要求的是稳定性和快速动态响应。上世纪90年代起国内外书刊、报纸、印刷量的增加加大了对纸的需求,开环变频传动恰好满足了这一要求。变频传动在国内纸机上的流行是有其特殊的历史背景和条件的,今后造纸行业走向规模化、科学化。纸机要向大型高速化发展,变频传动是纸机传动的主流。随着工业设备自动化控制技术的发展,可编程控制器(PLCProgram m able Logi c Control l er) 在工业设备控制中的应用越来越广泛。科学技术的发展,PLC工业控制中应用越来越广泛。PLC控制系统可靠性直接影响到工业企业安全生产和经济运行,系统抗干扰能力是关系到整个系统可靠运行关键。自动化系统中所使用各种类型PLC,有是集中安装控制室,有是安装生产现场和各电机设备上,它们大多处强电电路和强电设备所形成恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性,要求PLC生产厂家用提高设备抗干扰能力;另外,要求工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效增强系统抗干扰性能。自动化系统所使用的各种类型PLC中,有的是集中安装在控制室,有的是安装在生产现场和各电机设备上,它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中。要提高PLC控制系统可靠性,一方面要求PLC生产厂家提高设备的抗干扰能力,另一方面要求应用部门在工程设计、安装施工和使用维护中引起高度重视,多方配合才能完善解决问题,有效地增强系统的抗干扰性能。PLC是以微处理器为基础,综合了计算机技术、自动化控制技术和通讯技术的一种工业自动控制装置。PLC作为新一代工业控制计算机,因其具有体积小、功能强、通用性好、实用性强、硬件配套齐全、程序设计简单易学及维护方便等优点而被广泛应用于工业领域。由于PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装置,因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。但如果环境过于恶劣,如强磁场、强腐蚀、高粉尘、强辐射、剧烈的冲击 陕西科技大学丁程硕士学位论文和震动,都不能保证PLC正常、安全地运行。因此,研究PLC控制系统的可靠性设计具有十分重要的现实意义。1.1课题的提出随着我国经济的发展,制浆造纸业已经成为我国工业经济增长的重要支柱,早期的造纸生产产量较低,对电控没有太高要求,随着造纸规模的扩大,对造纸机的产量及速度要求越来越高,从而对纸机配套电控系统的要求也越来越高。早期的调速以直流调速为主,但维护工作量较大,70年代后,随着电力电子控制技术的飞速发展,使得交流调速系统的调速性能可以与直流调速系统的调速性能相媲美。变频器和西门子S7.300PLC组成一套目前我国国产造纸机中车速较高的纸机传动控制系统。通过可编程逻辑控制器( PLC) 和变频器之间的通信,控制传动点的启动、停止、增速、减速、紧纸等操作,由软件自动实现负荷分配、速度链等功能,充分满足造纸工艺及电控的需要。1.1.1纸机控制系统的概况及国内外发展纸机变频传动国外始于上世纪80年代中期,国内大约在上世纪90年代初期。造纸机是一种负载基本恒定、转速恒定的稳速系统,其最大的特点是要求速度长期稳定,同时要求动态恢复时间尽可能短,因此,纸机传动系统要求的是稳定性和快速动态响应。在上世纪70及上世纪80年代,国有大中型造纸企业就已引进和改造了纸机和传动设备,由于设备陈旧,加之没有足够的技术力量加以维护和调整,很难保证机器的正常运行,断纸和停机现象普遍,因此,纸机传动控制系统的稳定和正常运转成为这些纸厂面临的较大问题。上世纪90年代起国内外书刊、报纸、印刷量的增加加大了对纸的需求,开环变频传动恰好满足了这一要求。变频传动在国内纸机上的流行是有其特殊的历史背景和条件的,今后造纸行业走向规模化、科学化。纸机要向大型高速化发展,变频传动是纸机传动的主流。计算机控制系统的发展应用,PLC和变频器的通讯网络结构开始出现并应用到变频传动控制中来,这种控制方式依赖于PLC和变频器通讯功能的完善和实用化,因此,以PLC或工控机通过总线协议方式实现同步速度链控制的纸机传动系统成为主要形式。在90年代后期,美国ABB公司的ACS600系列、西门子公司的6SE70系列和德国伦次公司的93系列变频器都采用了这种控制技术。2 基于PLC模块化设计的纸机传动系统的可靠性分析与研究随着计算机网络技术的发展,纸机变频传动系统也正在进入以通讯网络技术为核心的发展时期,纸机变频传动系统正在进入以通讯网络为结构框架的大型控制系统,所以,网络化和计算机集中控制成为传动系统的主要发展趋势,在自动化功能方面,随着控制技术方面进一步的研究与开发,纸机传动系统在向多功能化、智能化进一步发展。1.1.2 PLC控制系统的意义纸机变频传动技术迅速发展,PLC和变频器的通讯网络结构出现并应用到变频传动控制中,以PLC或工控机通过总线协议方式实现同步速度链控制的纸机传动系统成为主要形式。利用PLC的模块化设计方法,提高纸机变频传动控制系统的可靠性、容错性、可操作性、自诊断能力和抗干扰能力,使纸机变频传动控制系统向智能化发展。1.2计算机控制系统的组态软件工业计算机为核心的自动控制集成系统技术的日趋完善和工程技术人员的使用组态软件水平的不断提高,用户对组态软件的要求己不像过去那样主要侧重于画面,而是要考虑一些实质性的应用功能,如软件PLC,先进过程控制策略等。软PLC产品是基于计算机开放结构的控制装置,它具有硬PLC在功能、可靠性、速度、故障查找等方面的特点,利用软件技术可将标准的工业PC转换成全功能的PLC过程控制器。软PLC综合了计算机和PLC的开关量控制、模拟量控制、数学运算、数值处理、通信网络等功能,通过一个多任务控制内核,提供了强大的指令集、快速而准确的扫描周期、可靠的操作和可连接各种I/0系统及网络的开放式结构。所以可以这样说,软PLC提供了与硬PLC同样的功能,而同时具备了计算机环境的各种优点。1.2.1组态软件及其特点工业自动化水平的迅速提高,计算机在工业领域的广泛应用人们对工业自动化的要求越来越高,种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用,使得传统的工业控制软件己无法满足用户的各种需求.在开发传统的工业控制软件时,当工业被控对象一旦有变动,就必须修改其控制系统的源程序,导致其开发周期长;己开发成功的工控软件己由于每个控制项目的不同而使其重复使用率很低.导致它的价格非常高;在修改工控软件的源程序时,倘若原来的编程人员因工作变动而离去时,则必须同其他人员或新手进行源程序的修改,因而更是相当困难。通用工业自动化组态软件的出现为解决上述实际工程 陕西科技大学工程硕士学位论文问题提供了一种崭新的方法,因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题,使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态,完成最终的自动化控制工程。组态( Confi gurati on) 为模块化任意组合。通用组态软件主要特点:( 1) 延续性和可扩展性。用通用组态软件开发的应用程序,当现场( 包括硬件设备或系统结构) 或用户需求发生改变时,不需作很多修改而方便地完成软件的更新和升级。( 2) 封装性( 易学易用) 。通用组态软件所能完成的功能都用一种方便用户使用的方法包装起来,对于用户,不需掌握太多的编程语言技术( 甚至不需要编程技术) ,就能很好地完成一个复杂工程所要求的所有功能。( 3) 通用性。每个用户根据工程实际情况,利用通用组态软件提供的底层设备( PLC、智能仪表、智能模块、板卡、变频器等) 的I/O Dri ver、开放式的数据库和界面制作工具,就能完成一个具有动画效果、实时数据处理、历史数据和曲线并存、具有多媒体功能和网络功能的工程,不受行业限制。( 4) 实时多任务。例如,数据采集与输出、数据处理与算法实现、图形显示及人机对话、实时数据的存储、检索管理、实时通信等多个任务要在同一台计算机上同时运行。组态控制技术是计算机控制技术发展的结果,采用组态控制技术的计算机控制系统最大的特点是从硬件到软件开发都具有组态性,因此系统的可靠性和开发速率提高了,开发难度却下降了。组态软件的可视性和图形化管理功能也为生产管理与维护提供了方便。1.2.2组态W i nCCW i nCC是进行廉价和快速组态的H M I系统,从其他方面看,它是可以无限延伸的系统平台。W i nCC的模块性和灵活性为规划和执行自动化任务提供了全新的可能。从组态的角度上来看,在W i nCC中有三种解决方案:①使用标准W i nCC资源的组态;②利用W i nCC通过D D E、O LE、O D BC和Acti veX使用现有的W i ndow s应用程序;③开发嵌入W i nCC中的用户自己的应用程序( 用Vi sual C++或Vi sual Basi c语言) 。W i nCC是基于M i crosoft的32位操作系统( W i ndow s N T4.0,W i ndow s 2000和W i ndow s 2000 XP) 。该操作系统是PC平台上的标准操作系统。W i nCC为过程数据的可视化、报表、采集和归档以及为用户自由定义的应用程序的协调集成提供了系统模块。此外,用户还可以合并自己的模块。W i nCC的特点如下:4 基于PLC模块化设计的纸机传动系统的可靠性分析与研究1) W i nCC的开放性W i nCC对用户所添加的任何形式的扩充是绝对开放的。该绝对开放性是通过W i nCC的模块结构及其强大的编程接口来获得。2) 将应用软件集成到W i nCC中W i nCC提供了一些方法将其他应用程序和应用程序块统一地集成到用于过程控制的用户界面中。O LE应用程序窗口和O LE自定义控件( 32位O CX对象) 或Acti veX控件可以集成到W i nCC应用软件中,就好像是真正的W i nCC对象一样。3) W i nCC中的数据管理W i nCC中的默认数据库Sybase SQ L Anyw here从属于W i nCC,该数据库用于存储( 事务处理保护) 所有面向列表的组态数据( 例如变量列表和消息文本) ,以及当前过程数据( 例如消息、测量值和用户数据记录) 。该数据库具有服务器的功能,W i nCC可以通过O D BC或作为客户通过开放型编程接口( C.API) 来访问数据库,也可以将同样的权限授予其他程序。因此,不管应用程序是在同一台计算机上运行,还是在联网的工作站上运行,W i ndow s中的应用程序均可访问W i nCC数据库的数据资源,在数据库查询语言SQ L和相关连接的工具( 例如O D BC驱动程序) 的帮助下,其他客户端程序( 例如U N IX数据库,O racl e、Inform i x、Ingres等) 也可以访问W i nCC数据库的数据资源。4) 在项目开始之前规定组态分类在项目开始之前,组态规定分为:W i nCC项目的名称,变量的名称,W i nCC画面的名称,创建脚本和动作的规则,组态规则( 共同标准、库函数、按组工作) ,归档项目和方法。运行项目的规定:这些规定很大程度上取决于应用领域( 例如冶金、汽车工业、机械制造等) 。规定有:用户界面( 画面安排、字体和字体大小、运行语言、对象显示等) ;控制概念( 画面体系、控制原理、用户权限、有效键操作等) ;用于消息、限制值、状态、文本等的颜色;通信模式( 连接类型、更新的周期和类型等) ;数量表( 报警、归档值、趋势、客户端程序等的数目) ;消息和归档的方法。1.3研究内容上世纪70及80年代,国有大中型造纸企业就已引进和改造了纸机和传动设备,但是,在小型和乡镇造纸企业的纸机大多为低速小型纸机,其传动部分五花八门,如滑差电机、整流子电机、直流电机的传动等,由于设备陈旧,加之没有足够的技术力量加以维护和调整,很难保证机器的正常运行,断纸和停机现象普遍,因此,纸机传动控制系统的稳定和正常运转成为这些纸厂面临的较大问题。 陕西科技大学T程硕士学位论文为了满足社会对纸张的需求,纸机变频传动技术迅速发展,PLC和变频器的通讯网络结构开始出现并应用到变频传动控制中来,这种控制方式依赖于PLC和变频器通讯功能的完善和实用化,因此,以PLC或工控机通过总线协议方式实现同步速度链控制的纸机传动系统成为主要形式。由于通讯功能和PLC的引入使得变频传动系统在自动化和可编程方面产生了质的变化,从而使传动系统真正成为生产过程控制系统中的一个控制和信息传递的部分。利用PLC的模块化设计的方法,提高纸机变频传动的控制系统的可靠性、容错性、可操作性、自诊断能力和抗干扰能力,使纸机变频传动控制系统向智能化发展。因此,本文研究的主要内容如下:1) PLC控制的纸机变频传动控制系统;2) PLC和变频器的通讯网络;3) 纸机变频传动控制系统的PLC模块化设计;4) 计算机控制系统的组态软件监控系统设计;5) 纸机变频传动控制系统的可靠性、容错性、可操作性、自诊断能力和抗干扰能力。6 基于PLC模块化设计的纸机传动系统的可靠性分析与研究2.造纸机电气控制系统结构的分析与设计随着我国经济的发展,制浆造纸业已经成为我国工业经济增长的重要支柱,早期的造纸生产产量较低,对电控没有太高要求,随着造纸规模的扩大,对造纸机的产量及速度要求越来越高,从而对纸机配套电控系统的要求也越来越高。早期的调速以直流调速为主,但维护工作量较大,上世纪70年代后,随着电力电子控制技术的飞速发展,使得交流调速系统的调速性能可以与直流调速系统的调速性能相媲美。2.1纸机控制系统的总体设计思想一般的造纸机主要由网部、压榨部、干燥部、完成部等部分组成。部分纸机还会有施胶部、涂布部、切纸部等。据我了解,我公司PM l 主要由网部、压榨部、干燥部、施胶部、完成部( 即自动接纸) 、切纸部等几部分组成。当造纸机运行时,由制浆车间来的纸浆经由流浆箱流到网部,经过压榨部脱水,干燥部进行烘干,最后由完成部卷取。纸浆经由纸机的各个传动部分形成纸张,这期间由于纸张的伸缩度不同,传动各个分部之间的速度也不一样,通常称为速差。为了保持传动分部间的纸张的伸缩度和传动分部间的速度一致,就要进行分部的速差控制,使各个分部间严格保持一个相对的速度稳定。不同的纸机,控制的速差也不一样,一般低速纸机约为O .1%左右,高速纸机约为0.05.0.01%左右。造纸的传动形式主要分为总轴传动和分部传动。由于总轴传动方式己不能满足高速发展的需要,现在的纸机都为分部传动的方式。而传动系统的核心一电气系统,也由以前的模拟可控硅调速转变为现在已大量使用数字式的交流变频调速系统和公共直流母线系统。控制级由以前单一的一级控制方式转变成现在的三级控制方式。造纸机传动控制系统是一种转速恒定、负载基本恒定的稳速系统,从控制特性上可分为速度控制、转矩控制、负荷分配控制三种基本控制方式,其控制要求为速度长期稳定,动态恢复时间尽可能短。纸机传动控制系统的主要控制系统有如下四种:1) 全数字速度链控制:采用自动化控制级,以造纸机传动系统的第一个点为起点,逐级向后,在整个纸机中形成一个数字化的速度控制链。7 陕两科技人学下程硕:t学位论文蕾 奢参基:务基拳:盛鬈■ 毒=一她一墨l锄 fT蹙● I荔鬻.仃囔一奢镶:矗量■ 器图2-1纸机速度链结构简图Fi gure2- 1D i agramof m achi nespeedchai n2) 速度闭环控制:实现电机同步速度控制,采用直流或交流变频传动控制方案,交流母线( AC BU S) 或直流母线( D C BU S) 。根据项目的具体要求,采用光电编码器反馈方式,速度控制精度在0.1.0.001%。图2-2纸机速度闭环控制简图Fi gure2- 2 Schem ati c m achi nespeedcontrol3)传动组间负荷分配控制:传动组间多电机的负荷平衡的控制,主从控制等,满足设备生产上对电机控制的要求,控制精度一般在2.5%。a绔.-t张丁哪!暴l■骧譬一。微了哪!景 图2-3造纸机负荷分配简图Fi gure2-3Load D i stri buti ondi agramof thepaperm achi ne4) 张力控制:间接张力或直接张力控制方式。主要调节某分部速度来控制分部前纸页的张力大小。控制精度一般在2.5%。啦D岍拍一0一图2.4纸机张力闭环控制简图Fi gure2- 4PaperM i l lcl osedl oopcontroldi agram纸机电气传动系统结构可分为传动监控系统( 管理级) 、自动化控制系统( 控制级) 、全数字调速控制器( 现场级) ,具体各级介绍如下:1) 传动监控系统( 管理级) 系统构成:工业控制计算机、打印机、W i nCC人机监控软件。系统任务:对整个传动系统进行集中监控、管理、事件记录、报表处理与打印。人机界面组态、程序调试等。管理总线:工业以太网。主要用于和第二级系统之间进行数据交换。并且还可以同时与车间DCS、Q CS、车间管理系统等相互通讯。2) 自动化控制系统( 控制级) 控制级是传动控制系统中核心,主要实现纸机传动中的所有工艺控制要求,与辅机和机械设备的连锁等保护。9 陕西科技大学_T程硕士学位论文构成:( 1) PLC系统:采用SIEM EN S S7系列S7300、S7.400,实现纸传动的自动化控制任务。( 2) 远程I/O :由多路输入、输出模块和通讯接口模块构成。实现与外部连锁的接口。( 3) 操作员面板:主要采用SIEM EN S O P270( 操作面板) 系统。现场操作人机界面。( 4) 控制总线:采用当今世界动用最广泛的PRO FIBU S.DP总线。实现控制级与现现场级之间的通讯,保证了控制的及时、准确、可靠。通讯速率可达到12M bps。3) 全数字调速控制器( 现场级)主要采用的产品:( 1) SIEM EN S M M 440系列通用型变频。适于开环控制,车速小于200M /m i n,简单控制要求的应用。( 2) SIEM EN S 6SE70系列工程型变频器。适于车速较高,控制要求高,速度闭环控制的应用。并可采用交流母线( AC BU S) 和公共直流母线( D C BU S) 两种方式。授鞠媛囊蜘曩訾基一鸯一誓瞄豳p叫笛兰未孑}簟簟It;⋯一。i一图2.5全数字调速控制简图Fi gure2-5 Schem ati cDi gi tal SpeedControl纸机电气传动控制系统特点:1) 全数字控制,精度高,稳定性好;2) 高可靠元器件,故障率低;3) 系统自诊断能力强,维护方便、简单;4) 结合计算机技术和通讯技术,扩展能力强;5) 安装周期短,节省大量有色金属电线) 利用变频调速技术,节能降耗显著。本文采用ABB公司ACS800型变频器和西门子S7300 PLC组成一套目前我国国产造纸机中车速较高的纸机传动控制系统。通过可编程逻辑控制器( PLC) 和变频器之间的通信,控制传动点的启动、停止、增速、减速、紧纸等操作,由软件自动实现负荷分配、速度链等功能,充分满足造纸工艺及电控的需要。l O薹羹基 图2-6纸机控制系统结构图Fi gure2- 6 m achi ne controlsystemstructure系统为三级控制方式。传动系统第一级为变频器控制级,变频器采用ABB公司ACS800系列m ul ti dri ve多传动控制器,配有闭环控制编码器反馈板,组成闭环控制系统。变频器上还配有D P通讯板,与PLC组成PRO FIBU S.D P现场总线控制网络进行实时高速通讯。传动系统第二级为PLC控制系统,PLC采用西门子公司大型S7.300,CPU为414.2DP,操作控制选用西门子O P270操作屏。S7300与变频器、O P270操作屏以及S7.200辅助PLC组成PRO FIBU S.D P现场总线控制网络,完成整个纸机操作控制。传动系统第三级为上位优化控制系统,采用DELL公司工业控制计算机,用于整个纸机传动系统状态监控。上位机采用西门子组态软件W IN CC,可以通过工业以太网与Q CS上位机、D CS上位机、车间管理级、厂级管理级等联网控制,实现纸机传动控制系统优化控制和自动控制。2.2纸机传动对电气控制系统的要求纸机传动结构简图如图2.7示。 陕西科技大学工程硕士学位论文图27结构简图Fi gure2- 7 Structuredi agram纸机由长网部、真空吸移、四辊二压区复合压榨部、干燥部、压光部、卷取部组成。共16个传动点,总功率3240KW ,为了能生产出质量标准较高的产品,纸机对电气传动系统提出如下的要求:( 1) 纸机工作速度要有较大的调节范围,为了使造纸机具有较强的产品、原料的适应性( 如打浆度、浆料配比与种类、定量、纸种等) ,纸机传动可在较大的范围内均匀的调节速度;( 2) 车速要有较高的稳定裕度,总车速提升、下降要平稳。为了稳定纸页的定量和和质量、减少纸幅断头,要求纸机稳速精度为士0.01%;( 3) 速差控制,速比可调、稳定。纸幅在网部和压榨部时,其纵向伸长横向收缩,而在烘干部分时,两向都收缩,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。此时的速差对成纸来说,主要影响纸页的克重。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,造纸机各相邻分部间应有适当的速差来形成良好的纸页。( 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,导致变频器过压而保护跳闸,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l 5~50m /m i n可调的爬行速度,但不宜在此速度下长时间运行;12 基于PLC模块化设计的纸机传动系统的可靠性分析与研究( 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。2.3控制系统硬件设计一硬件选择依据系统的控制精度、通讯速度、响应时间、高性价比、高可靠性的原则,选用SIEM EN S S7.300PLC及CP226通信处理器,作为系统主控单元,控制整个系统。变频器选用ABB ACS600变频器,采用先进的D TC控制技术,内置直流电抗器,以降低进线电源的高次谐波含量,最大起动转矩可达200%的电机额定转矩;ACS600的动态转速误差,闭环时为0.05%,静态精度为O .0l %。动态转矩的阶跃响应时间,闭环时达到1-5m s。可较理想地满足该机的高传动性能的需要。2.3.1系统硬件设计原理系统原理图如图2所示。文中只选一个传动点为例进行说明,为构成传动点闭环控制及PRO FIBU S总线网络通讯控制系统,需安装ABB的反馈卡及D P总线通讯卡,图中N TAC与N PBA。 陕西科技大学:[ 程硕士学位论文8纪图28系统原理图Fi gure2- 8SystemD i agram该纸机传动系统采用由S7.300PLC作为系统的控制中心;由功能较强大的ABB公司ACS800变频器为驱动单元,频率分辨率为0.01H z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0.01%。由PLC通过西门子PRO FIBU S协议、PRO FIBU S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、降和紧纸、松纸等功能,较理想地满足纸机正常工作的要求。2.3.2速度链设计及速差控制原理与设计.依据纸机传动系统的工艺特点,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。这样可以构成任意分支控制速度链控制系统。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,确定其在速度链中的位置,填位置寄存器数值。即任一传动点由3个数据( “ 父子兄”14uN宝瞳函 基y-PLC模块化设计的纸机传动系统的可靠性分析与研究或“ 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4所示。由此可构成满足该机正常工作需要的速度链结构。L一_S_L一.d。_l宁fuuul囱I-一一..._J图2-9位置寄存器示意图Fi gure2-9 Schem ati c Locati onRegi ster该传动点速度给变频器后,访问位置寄存器,确定子寄存器结点号,若不为O ,则对该经点进行相应处理,直到该链完全处理完;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5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,我们通过通信检测到车速调节信号则改变车速单元值,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,PLC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PLC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,PLC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。速度链的传递关系由图5来体现,由PLC软件实现。 陕西科技大学T程硕+学位论文曼 竺:I I甲i 一一一一I囱I图2.10纸机速度链结构图Fi gure21 0 Chartpaperm achi nespeedchai n本速度链的设计不仅只是为实现纸机传动控制要求,而且为后续的计算机优化控制提供了可能。在PLC内部有非常精确的传动变比,我们设计为精度为0.001%,通过设定参数可以做到更高。这样有精确的传动变比上位计算机可以精确地记忆纸机传动过程参数,当需要更换品种或车速时,上位计算机可以准确地将纸机运行参数传入到PLC,由PLC执行,将纸机调整到当前工作状态。2.3.3负荷分配原理与设计纸机传动结构上有柔性联结的传动点:烘缸部和压榨部。它们之间不仅要求速度同步还需要负载率均衡,否则会造成一个传动点由于过载而过流,而另一传动点则由于被带动而过压,影响正常抄纸,甚至可能撕坏毛布,损坏变频器、机械设备。因此这两个传动部分的传动点之间需要负荷分配自动控制。在多电机传动过程中要求各传动点电机负载率相同,即6=Pi /Pi e相同( Pi为i 电机所承担负载功率,Pi e为电机额定功率) 。而且在负荷分配调节过程中不能影响其它各分部的速度。所以我们采用速度链主链与子链相结合的设计方法。16 图211负荷分配原理图Fi gure2- 1 1 Schem ati c l oad di stri buti on负荷分配控制中我们选取一台电机作为本组主电机,连接在速度链上,其它电机作为子电机,形成子链控制结构。以三点负荷分配为例如图6所示,编号为0和4是需要负荷分配的前级和后级,负荷分配以1为主,2、3作为1的从机,处于速度链的子链上。Pl e、P2e、P3e为三台电机额定功率,Pe为额定总负载功率,Pe=Pl e+P2e+P3e。P为实际总负载功率,P1、P2、P3为电机实际负载功率,则P=PI+P2+P3。系统工作要求PI=P*P1e/Pe,P2=P*P2e/Pe,P3=P*P3e/Pe。负荷分配的目的就是使P1、P2、P3满足上述要求。在实际控制当中,电机功率是一间接量。实际控制近似以电机定子电流代替电机功率。如:挚如j -l其中:ILi 第1台电机出力电流;I。i 第1台电机额定电流;IL负载总电流;由于电机功率是一间接控制量。实际控制也可以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,计算每一组的总负荷转矩,根据掰;坠学其中:M Ll 、M L2是压榨、烘缸电机实际输出转矩;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。17 陕西科技大学工程硕士学位论文Pel 、Pe2是压榨、烘缸台电机额定功率;M 为负荷平均期望转矩。负荷分配就是依据电机电流,利用上述原理对控制的各台电机进行调节,使电机电流百分比一样,即各电机转矩电流和额定电流比值应相等。这样完成负荷分配的自动控制。本文负荷分配分三部分( 如图五虚线) 吸移辊、真空压榨辊与一压辊与二压辊;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,如图5所示。采用主链与子链相结合的结构,使具有负荷分配的传动点组在子链结构上,进行负荷动态调整时不影响其它传动点的状态。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,毛布的包角大小不一样,承受的载荷在不同的工作状态下不一样,是一个变量。在实际控制当中,由于电机功率是一间接量,实际控制电机定予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PLC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,而达到负荷分配的自动分配的目的。为了保护机械装置和避免PLC调节过于频繁,在软件中设置上下限幅值。如果负荷不平衡度大于3%,PLC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。如果大于不平衡上限幅值,进行停机处理,以防止机械损害发生。2.4变频器在造纸机传动系统中的应用与设计造纸机是由一系列配套设备组成的联合机,分湿部和干部两大部分。湿部包括上浆流送系统、网部和压榨等部分,干部包括烘干、压光和卷取等部分。其生产流程一般是:浆料通过上浆流送系统传送到纸机生产流水线的前端流浆箱,然后浆流由此依次通过网部、压榨、前烘缸、后压榨、后烘缸、压光机和卷纸机等在内的分部设备,成为原纸;原纸又可以另外进入机外涂布和复卷机产出成品纸。造纸是一个连续生产的过程,因此生产线的连续和有序控制成为了制约成品纸质量和产量的瓶颈。变频调速作为90年代中期后最强有力的控制方式进入了原本属于直流调速( 适用于大中纸机) 和滑差电机( 适用于中小纸机) 天下的造纸领域,并已近取得良好的市场效果。 基于PLC模块化设计的纸机传动系统的可靠性分析与研究2.4.1变频传动造纸机的发展现状中国造纸工业有效生产能力自1 990年以来,特别是自1995年以来一直在持续增长。到2002年底为止,我国有4000多个造纸厂,其中规模以上的有2600多家。凯发下载2002年的总产量达到了3780万吨。在今后的l ~2年中,还将会有近1 000万吨的新增生产能力。届时,我国造纸工业的生产能力总和将会达到近5000万吨。据统计,自从2000年以来,全球生产的大型造纸机有1/2都安装在中国。由于目前的新增纸机的传动设备已经有80%以上采用交流传动变频器,所以在今后每年新增的300--400万吨的产量中,每年的纸机传动装机容量将非常可观。目前在纸机分部传动上使用的变频器必须能同时具备以下特性:( 1) 调速范围宽,在全速度范围内,效率必须在90%以上;( 2) 功率因数高于0.9以上;( 3) 输入谐波电流总失线) 采用可靠性高、技术成熟的标准器件IG BT;( 5) 能减少输出谐波分量并有效降低dv/dt噪音和转矩脉动的效果;( 6) 利用通讯功能实现数据的高速串行传输。我国造纸机分部传动设备,以前采用scr直流调速方式,由于存在滑环和炭刷造成可靠性和精度不高,从而导致纸机的机械落后,最高车速也只有200m /m i n左右,很难同国外的1000m /m i n的高速纸机相比。造纸是一个连续生产的过程,因此生产线的连续和有序控制成为了制约成品纸质量和产量的瓶颈。直流调速系统在纸机的发展史上占有重要的地位,但由于直流电机存在维护难、适应环境能力差,主要表现如下:( 1) 整流子磨损严重,烧毁整流子的故障,导致停机时间长;( 2) 直流电机维修困难多,要求高,修理费用也高;( 3) 测速发电机易磨损,造成传动系统精度低;( 4) 直流调速控制系统复杂,调试困难,一般技工很难调出好的机器。交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电以及在国民经济领域的广泛适用性,而被公认为是一种最有前途的交流调速方式。它不但具有直流电机优良的调速性能,同时具有交流电机简单、可靠,因而逐渐被广泛应用。由此看来,造纸机分部传动机械的变频化已是大势所趋。造纸机传动的变频改造有非常好的效果,如从工艺上改善纸品、增加产能、降低能耗、延长停机检修周期。19 陕西科技大学T程硕士学位论文随着中国造纸工业的快速发展,变频器也将在造纸工业中大显身手,交流变频调速技术以其卓越的调速性能、显著的节电以及在国民经济领域的广泛适用性,而被公认为是一种最有前途的交流调速方式。直流调速系统在纸机的发展史上占有重要的地位,但由于直流电机存在维护难、抗环境能力差等原因,到了90年代已严重制约了造纸整机的性能价格比。而变频调速技术能最大程度上发挥了交流电机本身固有的优点( 结构简单、坚固耐用、经济可靠、动态响应好等) ,再加上变频调速理论业已形成一门相对独立的学科,变频调速技术全面应用于纸机生产线的时代已经到来了。纸机变频传动技术水平是和变频器的技术发展水平紧密...

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