变频器和可编程在造纸复卷机中的应用一———变频器和可编程在造

［编辑简介］：本文提供一种以PLC为控制单元，变频器为执行单元、OP操作面板为操作单元组成全数字现场总线复卷机交流传动控制系统，重点介绍系统组成与硬件配置。［摘要］：［关键词］：变频器 可编程 造纸复卷机
  引言
    复卷机是一种重要的造纸生产机械，通常安装在紧接造纸机的后面，其车速应为纸机速度的2-3倍，一般为1500-1800m/min,最高达3000m/min以上，引纸时，要以最高车速的1：100运行。为保证在复卷过程中不断纸和松纸，必须保证纸幅的张力恒定；为保证成品纸内紧外松的品质，必须对前后底辊电机进行负荷分配控制，并对压纸辊进行压力控制。因此，复卷机对电气传动系统的主要性能要求是线速度长期稳定，速度可调且调速范围宽，具有快速响应的特点。
      传统复卷机的控制以直流传动为主，采用直流数字控制系统。由于直流电机换向器及电刷的原因，在稳定条件下，复卷机的设计车速只能达到1800m/min，数字式调节器的精确度仍限于最高速度的0.08%左右，满足不了高速纸机的配套要求。随着复卷机生产工艺和车速的不断提高，对复卷机生产过程进行实时控制和监测的要求也越来越高。为了减少复卷机生产现场与控制室之间的大量布线，提高信号的传输速度和质量，以PLC为控制单元，变频器为执行单元、OP操作面板为操作单元组成全数字现场总线复卷机交流传动控制系统已成为复卷机交流改造的有效途径。
      1．控制系统组成及硬件配置
      复卷机的传动系统可以分为两个部分，其一是卷取部分，另一个是放卷部分。放卷部分有1台放卷电机，卷取部分有2台卷取电机，这两组电机依靠纸幅张力联系在一起，如图1所示，具体说，放卷电机的作用是提供一个反向力矩，在放卷的过程中拉紧纸。吧卷取部分看为一个整体，则卷取电机用来克服放卷电机所提供的方向力矩，拉平纸幅并卷取纸卷。
      根据复卷机工艺要求，利用Profibus-DP总线组成如图1所示的复卷机三级控制系统结构图。系统控制以PLC为核心，3台6SE70变频器和人机界面OP挂在Profibus-DP总线上。Profibus-DP现场总线主要用于现场级的高速数据传输，解决自动控制系统（如PC、PLC等）通过高速串行总线与分散的现场设备（如远程I/O，变频器、电磁阀等）之间的通信任务。传动系统第一级为变频器主要完成对前后底辊电机实现负荷分配控制，控制两电机的转矩按设定曲线运行，对放卷电机实现复合恒张力闭环控制；传动系统第二级为PLC控制系统，主要完成压纸辊压区压力控制和对整个复卷机的操作控制。传动系统第三级为上位优化控制系统，采用OP270作为上位机用于对整个复卷机传动点进行操作和监控。
      系统采用主从结构，PLC和OP270操作面板为主站，变频器、ET200M为从站。主站在总线上向从站发送数据并向从站索取数据，从站只有当主站发出请求时才能和主站进行数据交换。从站必须设置DP地址，区分各个从站。现场的传感器信号和各种控制信号接到临近远程ET200M上，并通过Profibus-DP总线与控制器PLC交换信息；退纸辊、前后底辊电机采用西门子矢量变频器调速，通过变频器实现对电机的实时控制。分散的现场备以Profibus-DP总线形式连接成可以相互沟通信息，共同完成控制任务的网络系统，形成控制功能彻底下方到现场的全分布网络集成式新型控制系统。
      为了满足一定的性价比，系统配置上采用了这样的解决方案：
      （1）PLC选用高性能的SIMATICSS7-300,CPU为315-2DP,带有两个Profibus-DP现场总线接口。它是该控制系统的一类主站，主要完成总线通信控制与管理。
      （2）OP270操作面板作为该系统二类主站，完成各站点的数据读写和故障诊断等。它是高性能液晶彩色操作面板，通过RS485口与Profibus-DP总线相连，全中文的擦破做界面方便工人的操作。
      (3)分布式I/OET-200M，它是一个模块化的Profibus-DPI/O从站，通过IM153接口模板连接Profibus-DP，负责信号采集和输出。根据复卷机控制要求，远程I/O需配置3个DI模板，3个DO模块，2个AI模块和2个AO模块。其寻址方式如同任何SIMATICS7-300CPU集中方式或扩展单元中I/O的寻址方式一样，即I/O模板可以直接用指令寻址或经过程映像来访问。
      （4）3台变频器均选用西门子公司的6SE70矢量变频器（全数字交流调速装置），通过CBP2（Profibus通信板）作为从站接入Profibus-DP现场总线上。6SE70变频器的矢量控制，可以提高复卷机的动态响应能力，克服由于加减速的变化引起的速度波动，保证复卷器的张力恒定和速度的稳定性。6SE70变频器的自由功能块和BICO技术，可以实现灵活的组态设计，完成工艺复杂的控制要求。