摘 要：重點(diǎn)介紹了以PLC為控制單元在造紙機(jī)傳動系統(tǒng)中的構(gòu)建、設(shè)計(jì)及其應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)PLC對以變頻器為執(zhí)行單元的傳動系統(tǒng)的全數(shù)字現(xiàn)場總線控制，完成造紙機(jī)各傳動點(diǎn)的速度鏈同步、相關(guān)傳動點(diǎn)的負(fù)荷分配及張力控制要求。
在造紙機(jī)傳動應(yīng)用的控制領(lǐng)域，隨著變頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使造紙廠的自動化程度、控制精度、控制速度、系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性提高到了一個新的水平。本文重點(diǎn)說明了西門子公司生產(chǎn)的200PLC在造紙機(jī)傳動系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。
1 系統(tǒng)構(gòu)建
可編程序控制器PLC與變頻器構(gòu)成DCS系統(tǒng)如圖1所示。
系統(tǒng)各傳動點(diǎn)中的啟動、停止、緊急停車和爬行／運(yùn)行用繼電器進(jìn)行控制，紙機(jī)車速增減緊松用PLC進(jìn)行控制，同時完成多傳動速度鏈控制要求及對負(fù)荷分配傳動點(diǎn)進(jìn)行負(fù)荷分配控制功能；PLC 對上述幾種信號進(jìn)行采集，經(jīng)判斷運(yùn)算得電機(jī)的運(yùn)行速度設(shè)定值，再由RS一485總線寫入變頻器成頻率信號輸出，同時PLC根據(jù)開／閉環(huán)信號，調(diào)各自的處理程序以適應(yīng)開／閉環(huán)的控制要求。
2 PLC硬件設(shè)計(jì)
圖2中我們以14個傳動點(diǎn)的紙機(jī)進(jìn)行分析：PLC采用Simens PLC226，由于程序采用了按鍵循環(huán)掃描的方式，從而各傳動點(diǎn)的加減緊松的動作控制形成矩陣按鍵的開關(guān)量控制；并且由于在真空壓榨部或是施膠部的多點(diǎn)控制中須要進(jìn)行負(fù)荷分配控制，可通過PLC的輸入模塊端口進(jìn)行硬件檢測判斷是否符合負(fù)荷分配的條件(如圖中I2．0，I2．1，I2．2)；PLC端口0以總線通訊方式與變頻器進(jìn)行串行通訊。
3 PLC 程序設(shè)計(jì)
PLC程序?qū)崿F(xiàn)對加減緊松按鈕的循環(huán)掃描，判斷是否有加減緊松動作，并執(zhí)行相應(yīng)的功能；
自動檢測辨識各傳動點(diǎn)處于開／閉環(huán)控制，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；
速度鏈選用二叉樹型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以適應(yīng)進(jìn)行可變多分支速度鏈控制要求；
通訊出錯處理，包括數(shù)據(jù)出錯重發(fā)，通訊超時處理，總線故障報(bào)警，可自動切除故障點(diǎn)并能在故障消除后自動重發(fā)；
負(fù)荷分配控制，即要求在需要負(fù)荷分配的傳動點(diǎn)之間其電機(jī)的負(fù)載率相同。
主流程圖如圖3。
4 速度鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
按紙機(jī)結(jié)構(gòu)順序?qū)Ω鱾鲃狱c(diǎn)進(jìn)行數(shù)字抽象，此編號應(yīng)與變頻器內(nèi)部地址設(shè)為一致。根據(jù)二叉樹結(jié)構(gòu)，確定各傳動結(jié)點(diǎn)中的主從關(guān)系，在程序中填寫鏈關(guān)系寄存器。具體執(zhí)行如圖4(以河南博愛東方紙業(yè)5號紙機(jī)為例)：該傳動點(diǎn)速度給定變頻器后，訪問位置寄存器，確定鏈關(guān)系寄存器中從動結(jié)點(diǎn)號，然后對該結(jié)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的鏈關(guān)系處理，直到該鏈處理為止。
5 負(fù)荷分配結(jié)構(gòu)及程序設(shè)計(jì)
負(fù)荷分配的實(shí)際工作原理即要求相應(yīng)的各傳動點(diǎn)電機(jī)的負(fù)載率相等，等效為各電機(jī)的轉(zhuǎn)矩電流與其對應(yīng)額定電流的比值相等。如圖4所示，真壓上和真壓下在傳動控制中組成一組負(fù)荷分配，須調(diào)用負(fù)荷分配子程序?qū)χ鲝膫鲃狱c(diǎn)的主從轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，改變調(diào)節(jié)系數(shù)，以改變主從轉(zhuǎn)矩，使負(fù)載率相等。
6 結(jié)束語
PLC和總線控制在造紙機(jī)傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用，有效地提高了系統(tǒng)的控制精度，從輸入到控制實(shí)現(xiàn)數(shù)字化操作，解決了現(xiàn)場電磁干擾，簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了可靠性。同時運(yùn)用了現(xiàn)場總線通訊技術(shù)，使速度鏈加減緊松控制量化更精確，負(fù)荷分配控制的難題也得以解決，此方案設(shè)計(jì)曾在河南博愛東方紙業(yè)、陜西扶風(fēng)造紙廠、河南許昌造紙廠應(yīng)用，效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定，帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。
