基于Profibus DP的纸机传动控制系统设计

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其中：是均衡时的期望转矩值；
　　
Pie是负荷分配各点的额定功率；Ti是各点的实际转矩。
　　
主控PLC由DP总线通过通讯取得各点的实际转矩，通过上式计算出负荷均衡时的期望转矩作为给定值，通过调节驱动单元的输出，使各点的实际转矩值趋向一致。在实际设计中，使负荷分配传动点处于速度链的支链上，则当调节该点负荷时，不会影响其他传动点；同时还要考虑到调节负荷分配各点的输出时设置输出限幅，以免速差过大造成设备损害。
　　
3．液压压力闭环控制
　　
在国内多数纸机中，压榨部加压及卷取部主臂加压大多采用手动阀操作的开环控制，压力调节精度较差，压力不易保持稳定。在本系统中采用压力闭环控制系统，不但使得压力调节精度提高，而且压力稳定，从而对纸机的正常生产提供了保证。
　　
设计中要得到较高的控制质量，首先要对压力值进行校准。由于压力传感器本身的非线性，因此可采用分段线性化对压力值进行校准，即使得现场压力表的显示值和操作屏上的显示值达到一致。一般而言，可以把校准范围分为三段，因为压力传感器两侧线性较差，而在中间段线性较好。
　　
对压力值进行校准之后，通过PID控制算法实施压力闭环控制，适当整定PID参数即可达到压力的稳定输出控制。实际设计中，压力的实际值通过压榨部S7-200辅助PLC采集后滤波处理并进行闭环控制程序设计，并将相应的数据通过DP总线送入主控PLC中，在通过操作屏进行显示及参数设置。
　　
另外，还要考虑到压差自动抬辊，手动/自动切换，预压/加压控制等控制环节。
　　
4．张力控制
　　
根据纸机工艺要求，在施胶机前、压光机前加入张力传感器。张力传感器将张力信号送入PLC，在操作台上的操作屏上进行张力设定，PLC根据张力设定值和张力传感器的反馈值进行调节。保持张力恒定准确。并在操作台的操作屏上显示实际张力。
　　
张力传感器检测纸页的张力信号送入S7-400PLC内，根据在操作屏上的张力设定进行计算，调节其后传动辊的输出转矩，维持纸页张力恒定，实现张力闭环控制。在张力传感器前加有断纸检测，出现断纸，可以自动退出张力控制模式，自动转为速度控制模式。待纸页重新引上后，断纸信号消失，自动转换为张力控制模式。
　　
PLC内采用PID控制算法，并带有速度限幅，防止断纸时出现飞车现象。PLC对张力传感器信号进行分析，可以及时报警并有效预防张力传感器故障对生产的影响。
　　
张力控制可以通过操作屏选择投入/退出功能。
　　
5．自动换卷控制
　　
要实现自动换卷功能，必须纸机的机械、液压、气动及电气等各项指标都达到较高的控制精度和可靠性，否则可能造成设备及人员损伤。因此在卷纸机的相关部位共装有23个接近开关，用来检测卷纸机换卷过程中各部位动作到位情况。
　　
在设计中采用"手动/半自动/全自动"三种控制模式。"手动"模式下，纯粹以手动操作；"半自动"模式下，整个换卷过程分为连续的几个阶段，每完成一个阶段，系统检测当前各部分是否到位，并给出提示信号，如果正常则可继续进行下一阶段，否则系统报警提示，并停止动作以便操作人员处理。"全自动"模式时，正常情况下系统完全自动运行，一旦检测到某部分运行不到位，则立即停止动作并给出声光报警提示，由操作人员进行处理。
　　
设计中接近开关的检测信号送入卷取部S7-200辅助PLC中，并通过DP总线送入主控PLC进行处理，在操作屏上显示检测信号状态及提示信息等，配合操作人员及时掌握自动换卷运行状态。整个自动换卷程序在辅助PLC中运行。
　　
四、项目运行
　　
该系统自从2006年8月开始投入运行，经过一段时间的机械磨合期，操作人员熟练之后，系统的调速精度、动态响应、负荷分配调节效果、系统稳定性等各方面指标均达到设计要求，满足生产的需要，最终得到用户的肯定。
　　
五、应用体会
　　
通过上百套大中小型各类西门子PLC在纸机传动系统中的实践应用，验证了其在工业现场的可靠性，灵活性以及方便易用性都具有很强的竞争力，特别是profibusdp总线其高速通讯性能，灵活的配置组态，现已成为国际标准总线之一，其在中大型纸机自动化控制系统中的应用也越来越广泛。
参考文献
　　[1]SIEMENSSTEP7V5.1编程手册.西门子股份有限公司，1998
　　[2]深入浅出S7-300PL.西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.北京航空航天大学出版社，2004
　　[3]ACS800固件手册系统软件7.X.北京ABB电气传动系统有限公司，2002
　　[4]纸机变频传动原理与设计.孟彦京.陕西人民出版社

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