西门子模块6ES340-1BH02-0AE0

西门子模块6ES340-1BH02-0AE0

、引言

    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年代中期后较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)的造纸领域，并已近取得良好的市场效果。

    交流变频调速技术以其**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，而被公认为是一种较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。而变频调速技术能较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。本文就变频调速及其控制技术在纸机生产线上的应用做进一步的阐述。

    2、造纸机上浆系统的变频调速控制

    造纸机上浆系统负责将纸浆通过浆泵、冲浆泵、多级筛等设备输送到纸机网部流浆箱的过程，其中浆泵和冲浆泵为较重要的设备，因为它们关系到成形纸的质量，尤其是克重，因此必须采用变频控制才能达到纸机的设计要求。实践证明，安装变频装置能适应不同车速、不同品种的用量变化，使浆泵组的运行始终处于状态。另外，采用变频控制时，电动机和浆泵的转速下降，轴承等机械部件磨损降低，泵端密封系统不易损坏，机泵的故障率大为降低，维修工作量也随之减少。

    上浆工艺必须符合以下要求：

    (1)向造纸机的网部输送的浆料量一定要稳定，误差不超过±5%；

    (2)浆料的配比和浓度要稳定、均匀；

    (3)对浆料进行净化精选等。因此对浆泵和冲浆泵的速度控制是保第(1)、(2)项实现的重中之重。

    下面以冲浆泵为例来说明速度控制的流程：该变频控制采用双闭环系统的速度控制方式(如图一所示)，外环是速度闭环(V-控制)，内环是电流或转矩闭环(I-控制)。冲浆泵速度的设定值一方面是由浆速和网速比变化而获得的V设定，另一方面是来自于流浆箱的压力控制器(P－控制)。前者是主调，后者是微调。纸机的浆速和网速比基本上是恒定的，因此纸机的网速一变化，V设定也随着变化，冲浆泵的转速也跟随变化；为了提高速度调节器的精确性和反映流浆箱的实际工艺过程，通常还需取流浆箱的压力PID控制输出值的±５%的变化来作为冲浆泵附加的速度设定值。速度的实际值(V实际)取自传动电机的实际速度采样，可通过旋转测速电机或光电旋转编码器等装置获取。

近年来，随着我国自动化技术的提高，工厂自动化也上了一个新台阶。PLC、变频器由于性能稳定、性价比高，在造纸机上得到了大量的应用。造纸机对电气控制系统有着较高要求，在速度上要求各部分驱动电机转速严格同步，因为在纸的生产过程中只要其中一个电机速度与其它电机不一致，就会无法维持生产，纸张就会断裂，或是松垮下来，无法保证纸的生产质量。在生产中，有许多干扰因素会影响电机的速度，例如电网电压的不稳、频率的变化、负载的突变、温度的改变等，对控制系统的要求是克服这些干扰的影响，保证电机稳定运行。造纸机启动要求平稳，各部分电机转速保持同步，薄型纸或大型高速纸机对电气控制系统求较高些。

    纸机控制系统要求

    某防锈包装厂生产包装纸工艺要求：

    原料纸卷开卷控制电机一台，喷涂速度控制电机一台，干燥速度控制电机两台，收卷速度控制电机一台，电机采用6极交流异步电动机，共有5个传动点，走纸速度0~120m/min，收卷机收卷筒直径D=100mm~1000mm，纸带张力F=300~1000N.要求起机速度平缓，起动后张力稳定，各电机的速度调节范围为±（10~15％）。

    传动系统特点和变频器选型

    由上述系统描述可知：传动系统对电机的动态性能有较高的要求，要求电机起动平稳、速度稳定、同步性能好，因此必须选用高性能变频器才能满足需求。芬兰VaconNX系列变频器是高性能矢量控制通用变频器。它具有如下特点：

    （1）采用先进的矢量控制算法，配合电机参数设定，动态补偿负载波动，能实现电机转矩的快速响应和准确控制，具有极高的稳速精度和快速动态响应，能满足各类高性能场合的传动控制要求。

    （2）Vacon变频器具有开放的可编程功能，编程工具VaconNC1131-3Engineering是一个符合IEC611131-3标准的图形化的编程工具，它可以用来设计VaconNX特殊的控制逻辑和参数。它包含了基本功能模块和高级功能模块，如各种滤波器、PI控制器和积分器。NC1131-3可以创建参数，故障信息和其他与应用相关的特性。自带LCD键盘，不仅能够显示运行数据和故障代码，还能进行参数的拷贝和下载功能，非常方便调试和后期维护。

    （3）多种扩展卡满足用户需要。

    （4）内置RS485接口，通过通过扩展板可以接入符合国际标准的ProfiBusDP、ModBus现场总线控制系统，满足日后组网要求。

    （5）瘦长、节省空间的设计，安装灵活，集成了的RFI滤波器能够满足工业等级斜坡防护要求。 控制系统设计

    在控制系统中，采用S7-200系列PLC运用ProfiBusDP协议通讯控制不同分部的Vacon变频器，Vacon变频器对电机变频调速，原料纸卷开卷控制变频器一台，喷涂速度控制变频器一台，干燥速度控制变频器两台，收卷速度控制变频器一台，变频器加有ProfiBusDP扩展板NXOPTC3，PLC主机之外配有A/D模块、通讯模块，PLC采集张力传感器信号，控制变频器转速，保张力维持不变。系统采用主从控制，收卷速度控制变频器为主控制变频器，其他变频器为从变频器，从而达到纸机的同步比例传动的控制。由于在生产过程中，根据不同纸张的要求，各电机要求达到速度比例协调，保走纸的张力稳定，高精度地、可靠地保持速度比例协调是保产品质量的重要条件，任何电机速度的变化破坏这种比例，纸张质量就会降低。同时，纸机的这种速度比例协调关系应在加减速或开机时继续保持，而不需重新调节。其次，这种比例协调应具有微调功能，以调节相邻两分部间的速差，防止纸张在传送过程中的绷紧和松弛情况，在调节过程中不应有过大的超前和滞后，保速度微调应该可靠、灵敏。采用ProfiBus协议通讯控制结合PLC程序来完成电机的控制，避免了现场信号的干扰，提高了系统稳定性。

    主从同步控制参数设计

    采用VaconNX系列变频器主从同步控制应用宏设计了主从参数组，主从参数通讯中没有经过系统总线从从机反馈给主机的信号，可以把从机的故障输出信号连接到主机外部故障输入端。系统总线通讯失败从机将触发#81系统总线错误，如果主机出现报警从机将报#80错误。参数叙述如下：

    （1）P2.12.1主从选择：此参数定义了主从连接的驱动关系。主机此参数设定为Master，主机将通过光纤通道传输主从控制字，速度参考，转矩参考等。从机此参数设定为Follower同时把控制位置参数P3.1设定为Systembus，采用总线控制方式。

    （2）P2.12.2本机系统总线ID号：用于系统总线驱动。0~63每台驱动器都有一的本机系统总线ID号。

    （3）P2.12.3从机系统总线ID号：主从通讯中下一台驱动器ID号。

    （4）P2.12.4系统总线通讯速度：设置系统总线通讯速度：0=1.5Mbit/s，1=3Mbit/s，2=6Mbit/s.

    （5）P2.12.5转矩模式选择：主机是典型的速度控制，从机可选用转矩控制。参数可选如下：

    0=不用1=速度控制2=转矩控制3=转矩参考和速度控制器输出中较小值4=转矩参考和速度控制器输出中较大值

    （6）P2.12.6转矩标定：对应于电机额定转矩。默认值1000.此参数转矩参考的标定因子。选择1000对应于额定转矩参考。

    （7）P2.12.7负载分配比例：负载分配转矩参考的百分数。如设定**=驱动器间根据额定转矩分配负载。

    （8）P2.12.8转矩参考源选择：从机转矩参考源。设定为1，选择主机控制。

    0=不用1=主机2=现场总线3=模拟1信号4=模拟2信号（9）P2.12.9从机参考频率：从机速度参考源。设定为1，选择主机参考频率。

    0=从机本身参考频率1=主机参考频率2=主机输出斜坡（从机斜坡不起作用）

    结束语

    本系统充分利用了Vacon变频器具有的可编程功能。为用户编写**应用宏，实现了其它普通变频器无法实现的功能。主机速度控制方式为闭环矢量控制，PLC增加ProfiBus通讯模块，将Vacon变频器作为DP网络的从站，提高纸机电机速度控制精度，达到高速纸机的要求。主从变频器间采用光缆通信，提高了通信速度和抗干扰性。完成同步控制和负荷分配控制。整个控制系统具有良好的人机界面，控制系统稳定，满足用户要求。在国内中小型造纸机中，VaconNX系列变频器将有广阔的应用前景。

http://zhangqueena.b2b168.com