深圳西门子中国代理商变频器供应商

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0 引言
变频调速技术在我国许多行业中的应用日趋广泛，在造纸机上的应用为。根据生产工艺要求，造纸机全线需要调速，用交流变频调速取代调压调速\滑差调速和直流调速已成为一种必然趋势随着变频调速技术的发展，必将引起调速领域的大变革。
在造纸工艺中，一压辊的速度为生产线的速度。此速度的快慢直接影响造纸的产量，此速度需在0∽120m/min范围内调节。老的调速方式大部分是滑差调速，采用滑差电机功率大，耗电量大。另外生产线中13号烘缸是个大惯性机械，即使采用变频拖动也难以解决由负载突变引起过高的泵升电压导致变频器保护电路频繁动作的问题，使造纸机频繁告警，停机。
此外，造纸机各传动点的速度需要以一定比例同步改变，从个传动点开始，后一个传动点的速度跟随前道的速度变化。因此，若不采用一种有效的控制方式将无法使系统正常工作。针对系统以上特点，本文设计了造纸机变频拖动PLC控制系统，利用变频调速器实现造纸机各个环节交流电动机的软启动和调速；利用PLC和D/A模块(也可用通讯方式)组成速度链实现造纸机多环节的随动和同步控制；利用再生能量回馈单元克服过高的泵升电压。从而在改善工艺控制质量的同时，节约了大量电能，降低了生产成本，提高了经济效益，也确保了生产线无频繁保护动作的连续运行，减少了因重复引纸而造成的生产浪费。实际运行结果表明：系统运行，并操作方便，节电。

纸浆机按工艺要求喷出的纸浆（底浆和面浆）被引到传送毯上，经回头辊和一压辊引导、预压，再经两道压辊——二压辊和三压辊的压整，成形纸进入5号烘缸初烘干，再进入大缸烘整，经13号烘缸烘干后由压光机整理，后由卷纸机卷成筒形纸。
从回头辊至卷纸机，9个环节均采用交流电动机——变频器调速拖动，变频器的频率给定信号来自PLC,变频器配有能量回馈单元.

2 系统硬件设计及工作原理
本系统主要由变频器、速度链、能量回馈单元、可编程序控制器(PLC)组成。
2.1变频器及能量回馈单元
2.1.1 变频器
造纸机是大惯性机械,近似恒转矩负载,对变频器有特殊要求,本系统选用英威腾CHE型矢量恒转矩变频器。
2.1.2 能量回馈单元
造纸机在正常情况下应不间断运行，13号烘缸是大惯性机械，而后面的压光机是小惯性机械，纸张运行于两者之间成一定的张紧度。若纸张断裂，即13号烘缸负载突变，对应的变频器将产生较高的泵
升电压，变频器直流侧P、N之间的电压高达600-----800V,变频器将告警保护，使造纸机无法正常运行。
如何较高的泵升电压呢;一种方法是采用BU能耗单元，用电阻吸收。但是，从节能角度考虑，此法不可取。本系统中应用能量回馈单元，将泵升电压转化为再生能量回馈到电网中去。
变频器与能量回馈单元连线如图2所示，能量回馈单元FR--RC的输入端与变频器的直流侧相连。输出端与电网相连。图中交流电抗器FR--BAL的作用是防止同一系统使用多台变频器时，由于变频器之间的小阻抗引起再生电流从能量单元流入其它变频器导致变频器报警。2.2速度链
本系统的速度控制是用变频器实现的，变频器的给定信号（速度给定）是PLC给出；经D/A处理后传送的0—20mA模拟量.本系统是多点传动控制系统，既要做到生产线速度的同步控制，又要做到各传动点的速度微调控制。同步控制是用总升速、总降速按钮操作、PLC实现的， PLC接收同步升、降速信号（开关量）后，经运算、处理作为频率给定信号（模拟量）发送到各台变频器。但是，这并不能满足工艺要求，因为有许多因素使各个传动点的速度很难做到同步匹配，需要对某些传动点进行速度微调，然而，若对某一个传动点的速度进行微调，则使后道传动点的速度跟随变化，否则不能满足工艺要求。因此，为了满足整个系统各点速度连环调节要求，本系统引入了速度链功能单元，用PLC实现。
速度链算法设计。，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，把纸机中驱动网辊作为速度链中的主要节点，该点速度即纸机的工作车速，调节其速度即调节整机车速。由PLC见其他分部车速信号，通过操作屏上该部增、减按钮或PLC本身的增、减按钮的操作改变其速比，则改变相应分部的车速。速度微调信号是开关量信号，用按钮操作，由PLC输入点接收，经PLC处理后,在D/A模块上输出。这种方式很容易满足生产线各有传动点速度连环微变的要求,即使某个传动点速度不匹配，亦可方便地调节现场控制箱上的按钮。
2.3 可编程序控制器PLC
PLC因其性能、操作方便、程序编写及修改简单、工作环境要求低而被广泛应用。在选型时对各种的PLC作比较后,本系统选用了拥有自主知识产权，物美的国产海维深V80—M40DR-AC型PLC和V80-E4DA1模拟量输出模块。

一、概述
随着科学技术的发展，PLC在工业控制中的应用越来越广泛。PLC控制系统的性直接影响到工业企业的生产和经济运行，系统的抗干扰能力是关系到整个系统运行的关键。自动化系统中所使用的各种类型PLC，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控制系统性，一方面要求PLC生产厂家用提高设备的抗干扰能力；另一方面，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，有效地增强系统的抗干扰性能。

二、电磁干扰源及对系统的干扰

1、干扰源及干扰一般分类
影响PLC控制系统的干扰源与一般影响工业控制设备的干扰源一样，大都产生在电流或电压剧烈变化的部位，这些电荷剧烈移动的部位就是噪声源，即干扰源。
干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等；按噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态（同方向）电压迭加所形成。共模电压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模电压普遍较高，有的可高达130V以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏（这就是一些系统I/O模件损坏率较高的主要原因），这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于信号两间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制精度。

2、PLC控制系统中电磁干扰的主要来源
（1）来自空间的辐射干干扰
空间的辐射电磁场（EMI）主要是由电力网络、电气设备的暂态过程、雷电、无线电广播、电视、雷达、高频感应加热设备等产生的，通常称为辐射干扰，其分布为复杂。若PLC系统置于所射频场内，就回收到辐射干扰，其影响主要通过两条路径：一是直接对PLC内部的辐射，由电路感应产生干扰；而是对PLC通信内网络的辐射，由通信线路的感应引入干扰。辐射干扰与现场设备布置及设备所产生的电磁场大小，特别是频率有关，一般通过设置屏蔽电缆和PLC局部屏蔽及高压泄放元件进行保护。

（2）来自系统外引线的干扰
主要通过电源和信号线引入，通常称为传导干扰。这种干扰在我国工业现场较严重。
来自电源的干扰
实践证明，因电源引入的干扰造成PLC控制系统故障的情况很多，笔者在某工程调试中遇到过，后换隔离性能高的PLC电源，问题才得到解决。
PLC系统的正常供电电源均由电网供电。由于电网覆盖范围广，它将受到所有空间电磁干扰而在线路上感应电压和电路。尤其是电网内部的变化，入开关操作浪涌、大型电力设备起停、交直流传动装置引起的谐波、电网短路暂态冲击等，都通过输电线路传到电源原边。PLC电源通常采用隔离电源，但其机构及制造工艺因素使其隔离性并不理想。实际上，由于分布参数特别是分布电容的存在，隔离是不可能的。

控制类产品名目繁多，各家叫法不一。通常使用的控制类产品包括DCS、PLC两大类。我们又将DCS的概念拓展到FCS。
DCS（Distributed Contorl System）,集散控制系统，又称分布式控制系统。
PLC（Program Logic Control ）,可编程逻辑控制器。
FCS（FieldBus Contorl Syestem），现场总线控制系统

●发展到现在，DCS和PLC之间没有一个严格的界线，在大多数人看来，大的系统就是DCS，小的系统就叫PLC。当然，这么说也不是不可以，但是还不对。现在我们来重新建立这个观念。

●，DCS和PLC 之间有什么不同？

1、从发展的方面来说：
DCS从传统的仪表盘监控系统发展而来。因此，DCS从先天性来说较为侧重仪表的控制，比如我们使用的YOKOGAWA CS3000 DCS系统甚至没有PID数量的限制（PID,比例微分积分算法，是调节阀、变频器闭环控制的标准算法，通常PID的数量决定了可以使用的调节阀数量）。
PLC从传统的继电器回路发展而来，初的PLC甚至没有模拟量的处理能力，因此，PLC从开始就强调的是逻辑运算能力。

2、从系统的可扩展性和兼容性的方面来说：
市场上控制类产品繁多，无论DCS还是PLC，均有很多厂商在生产和销售。对于PLC系统来说，一般没有或很少有扩展的需求，因为PLC系统一般针对于设备来使用。一般来讲，PLC也很少有兼容性的要求，比如两个或以上的系统要求资源共享，对PLC来讲也是很困难的事。而且PLC一般都采用的网络结构，比如西门子的MPI总线网络，甚至增加一台操作员站都不容易或成本很高。
DCS在发展的过程中也是各厂家自成体系，但大部分的DCS系统，比如横河YOKOGAWA、霍尼维尔、ABB等等，虽说系统内部（过程级）的通讯协议不尽相同，但操作级的网络平台不约而同的选择了以太网络，采用标准或变形的TCP/IP协议。这样就提供了很方便的可扩展能力。在这种网络中，控制器、计算机均作为一个节点存在，只要网络到达的地方，就可以随意增减节点数量和布置节点位置。另外，基于bbbbbbs系统的OPC、DDE等开放协议，各系统也可很方便的通讯，以实现资源共享。

3、从数据库来说：
DCS一般都提供统一的数据库。换句话说，在DCS系统中一旦一个数据存在于数据库中，就可在任何情况下引用，比如在组态软件中，在软件中，在趋势图中，在报表中……而PLC系统的数据库通常都不是统一的，组态软件和软件甚至归档软件都有自己的数据库。为什么常说西门子的S7 400要到了414以上才称为DCS？因为西门子的PCS7系统才使用统一的数据库，而PCS7要求控制器起码到S7 414-3以上的型号。

4、从时间调度上来说：
PLC的程序一般不能按事先设定的循环周期运行。PLC程序是从头到尾执行一次后又从头开始执行。（现在一些新型PLC有所改进，不过对任务周期的数量还是有限制）而DCS可以设定任务周期。比如，快速任务等。同样是传感器的采样，压力传感器的变化时间很短，我们可以用200ms的任务周期采样，而温度传感器的滞后时间很大，我们可以用2s的任务周期采样。这样，DCS可以合理的调度控制器的资源。

5、从网络结构发面来说：
一般来讲，DCS惯常使用两层网络结构，一层为过程级网络，大部分DCS使用自己的总线协议，比如横河的Modbus、西门子和ABB的Profibus、ABB的 CAN bus等，这些协议均建立在标准串口传输协议RS232或RS485协议的基础上。现场IO模块，特别是模拟量的采样数据（机器代码，213/扫描周期）十分庞大，同时现场干扰因素较多，因此应该采用数据吞吐量大、抗干扰能力强的网络标准。基于RS485串口异步通讯方式的总线结构，符合现场通讯的要求。
IO的采样数据经CPU转换后变为数据或实形数据，在操作级网络（二层网络）上传输。因此操作级网络可以采用数据吞吐量适中、传输速度快、连接方便的网络标准，同时因操作级网络一般布置在控制室内，对抗干扰的要求相对较低。因此采用标准以太网是选择。TCP/IP协议是一种标准以太网协议，一般我们采用100Mbit/s的通讯速度。
PLC系统的工作任务相对简单，因此需要传输的数据量一般不会太大，所以常见的PLC系统为一层网络结构。过程级网络和操作级网络要么合并在一起，要不过程级网络简化成模件之间的内部连接。PLC不会或很少使用以太网。

6、从应用对象的规模上来说：
PLC一般应用在小型自控场所，比如设备的控制或少量的模拟量的控制及联锁，而大型的应用一般都是DCS。当然，这个概念不太准确，但很直观，习惯上我们把大于600点的系统称为DCS，小于这个规模叫做PLC。我们的热泵及QCS、横向产品配套的控制系统一般就是称为PLC。

●说了这么多PLC与DCS的区别，但我们应该认识到，PLC与DCS发展到今天，事实上都在向彼此靠拢，严格的说，现在的PLC与DCS已经不能一切开，很多时候之间的概念已经模糊了。现在，我们来讨论一下彼此的相同（似）之处。

1、从功能来说：
PLC已经具备了模拟量的控制功能，有的PLC系统模拟量处理能力甚至还相当强大，比如横河FA-MA3、西门子的S7 400、ABB 的Control Logix 和施耐德的Quantum系统。而DCS也具备相当强劲的逻辑处理能力，比如我们在CS3000上实现了一切我们可能使用的工艺联锁和设备的联动启停。

2、从系统结构来说:
PLC与DCS的基本结构是一样的。PLC发展到今天，已经移植到计算机系统控制上了，传统的编程器早就被淘汰。小型应用的PLC一般使用触摸屏，大规模应用的PLC使用计算机系统。和DCS一样，控制器与IO站使用现场总线（一般都是基于RS485或RS232异步串口通讯协议的总线方式），控制器与计算机之间如果没有扩展的要求，也就是说只使用一台计算机的情况下，也会使用这个总线通讯。但如果有不止一台的计算机使用，系统结构就会和DCS一样，上位机平台使用以太网结构。这是PLC大型化后和DCS概念模糊的原因之一。

3、PLC和DCS的发展方向:
小型化的PLC将向化的使用角度发展，比如功能加有针对性、对应用的环境有针对性等等。大型的PLC与DCS的界线逐步淡化，直至融和。
DCS将向FCS的方向继续发展。FCS的除了控制系统加分散化以外，特别重要的是仪表。FCS在国外的应用已经发展到仪表级。控制系统需要处理的只是信号和提供人机界面以及逻辑控制，整个模拟量的控制分散到现场仪表，仪表与控制系统之间传统电缆连接，使用现场总线连接整个仪表系统。(目前国内有横河在中海壳牌石化项目中用到了FCS,仪表级采用的是智能化仪表例如:EJX等，具备世界的控制水准)。

●如何正确对待PLC和DCS？

我个人从不强调PLC和DCS之间孰优孰劣，我把它们使用了一个新名词“控制类产品”。我们提供给用户的是适合用户的控制系统。绝大多数用户不会因为想使用一套DCS而去使用DCS，控制类产品定位在满足用户的工艺要求的基础之上。其实提出使用DCS还是PLC的用户大抵是从没接触过自控产品或有某种特殊需求的。过分强调这个东东只会陷入口舌之争。
从PLC与DCS之间的区别和共同之处我们了解了控制类产品的大抵情况。注意，作为人士，我们自己不要为产品下PLC还是DCS的定义，自己的心理上不能把产品这样来区别对待。

进入80年代中、后期，由于大规模集成电路技术的发展，微处理器的市场价格大幅度下跌，使得各种类型的PLC所采用的微处理器的当次普遍提高。而且，为了进一步提高PLC的处理速度，各制造厂商还纷纷研制开发了逻辑处理芯片。这样使得PLC软、硬件功能发生了变化。