變頻器和可編程在造紙復卷機中的應用

【資料簡介】

    復卷機是一種重要的造紙生產機械，通常安裝在緊接造紙機的后面，其車速應為紙機速度的2-3倍，一般為1500-1800m/min,zui高達3000m/min以上，引紙時，要以zui高車速的1：100運行。為保證在復卷過程中不斷紙和松紙，必須保證紙幅的張力恒定；為保證成品紙內緊外松的品質，必須對前后底輥電機進行負荷分配控制，并對壓紙輥進行壓力控制。因此，復卷機對電氣傳動系統的主要性能要求是線速度長期穩定，速度可調且調速范圍寬，具有快速響應的特點。

    傳統復卷機的控制以直流傳動為主，采用直流數字控制系統。由于直流電機換向器及電刷的原因，在穩定條件下，復卷機的設計車速只能達到1800m/min，數字式調節器的度仍限于zui高速度的0.08%左右，滿足不了高速紙機的配套要求。隨著復卷機生產工藝和車速的不斷提高，對復卷機生產過程進行實時控制和監測的要求也越來越高。為了減少復卷機生產現場與控制室之間的大量布線，提高信號的傳輸速度和質量，以PLC為控制單元，變頻器為執行單元、OP操作面板為操作單元組成全數字現場總線復卷機交流傳動控制系統已成為復卷機交流改造的有效途徑。

    1．控制系統組成及硬件配置

    復卷機的傳動系統可以分為兩個部分，其一是卷取部分，另一個是放卷部分。放卷部分有1臺放卷電機，卷取部分有2臺卷取電機，這兩組電機依靠紙幅張力在一起，如圖1所示，具體說，放卷電機的作用是提供一個反向力矩，在放卷的過程中拉緊紙。吧卷取部分看為一個整體，則卷取電機用來克服放卷電機所提供的方向力矩，拉平紙幅并卷取紙卷。

    根據復卷機工藝要求，利用Profibus-DP總線組成如圖1所示的復卷機三級控制系統結構圖。系統控制以PLC為核心，3臺6SE70變頻器和人機界面OP掛在Profibus-DP總線上。Profibus-DP現場總線主要用于現場級的高速數據傳輸，解決自動控制系統（如PC、PLC等）通過高速串行總線與分散的現場設備（如遠程I/O，變頻器、電磁閥等）之間的通信任務。傳動系統*級為變頻器主要完成對前后底輥電機實現負荷分配控制，控制兩電機的轉矩按設定曲線運行，對放卷電機實現復合恒張力閉環控制；傳動系統第二級為PLC控制系統，主要完成壓紙輥壓區壓力控制和對整個復卷機的操作控制。傳動系統第三級為上位優化控制系統，采用OP270作為上位機用于對整個復卷機傳動點進行操作和監控。

    系統采用主從結構，PLC和OP270操作面板為主站，變頻器、ET200M為從站。主站在總線上向從站發送數據并向從站索取數據，從站只有當主站發出請求時才能和主站進行數據交換。從站必須設置DP地址，區分各個從站。現場的傳感器信號和各種控制信號接到臨近遠程ET200M上，并通過Profibus-DP總線與控制器PLC交換信息；退紙輥、前后底輥電機采用西門子矢量變頻器調速，通過變頻器實現對電機的實時控制。分散的現場備以Profibus-DP總線形式連接成可以相互溝通信息，共同完成控制任務的網絡系統，形成控制功能*下方到現場的全分布網絡集成式新型控制系統。

    為了滿足一定的性價比，系統配置上采用了這樣的解決方案：

    （1）PLC選用高性能的SIMATICSS7-300,CPU為315-2DP,帶有兩個Profibus-DP現場總線接口。它是該控制系統的一類主站，主要完成總線通信控制與管理。

    （2）OP270操作面板作為該系統二類主站，完成各站點的數據讀寫和故障診斷等。它是高性能液晶彩色操作面板，通過RS485口與Profibus-DP總線相連，全中文的擦破做界面方便工人的操作。

    （3）分布式I/OET-200M，它是一個模塊化的Profibus-DPI/O從站，通過IM153接口模板連接Profibus-DP，負責信號采集和輸出。根據復卷機控制要求，遠程I/O需配置3個DI模板，3個DO模塊，2個AI模塊和2個AO模塊。其尋址方式如同任何SIMATICS7-300CPU集中方式或擴展單元中I/O的尋址方式一樣，即I/O模板可以直接用指令尋址或經過程映像來訪問。

    （4）3臺變頻器均選用西門子公司的6SE70矢量變頻器（全數字交流調速裝置），通過CBP2（Profibus通信板）作為從站接入Profibus-DP現場總線上。6SE70變頻器的矢量控制，可以提高復卷機的動態響應能力，克服由于加減速的變化引起的速度波動，保證復卷器的張力恒定和速度的穩定性。6SE70變頻器的自由功能塊和BICO技術，可以實現靈活的組態設計，完成工藝復雜的控制要求。