艾默生TD3000系列變頻器及Profibus系統(tǒng)在造紙生產(chǎn)線上的應(yīng)用
艾默生CT
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濟(jì)南永利泰電器設(shè)備有限公司 李景華<BR> 山東海天造紙機(jī)械有限公司 王宗海<BR> 一、概述<BR> 造紙行業(yè)以其傳動點(diǎn)多、同步性要求高、連續(xù)化生產(chǎn)的特點(diǎn)，與冶金行業(yè)一起被稱為自動化控制要求最高的行業(yè)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流傳動系統(tǒng)在造紙行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，高性能、矢量控制型變頻器的出現(xiàn)，使得過去需要由直流雙閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的傳動控制，完全可以由交流傳動系統(tǒng)來完成。為了滿足不同類型的紙張生產(chǎn)和提高勞動生產(chǎn)率的需要，要求造紙生產(chǎn)線向高速化、全自動化方向發(fā)展，工業(yè)控制器（PLC）和現(xiàn)場總線越來越多地應(yīng)用在造紙行業(yè)。這次，在淄博第二板紙廠，采用艾默生TD3000系列矢量控制型變頻器、艾默生現(xiàn)場總線適配器和S7-300 PLC組成的控制系統(tǒng)，完美地實(shí)現(xiàn)了整條生產(chǎn)線的控制，為將來艾默生變頻器在高速紙機(jī)上的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。<BR> 二、板紙生產(chǎn)線工藝簡介<BR> 該板紙機(jī)的型號為HT3000/110，是多圓網(wǎng)多烘缸板紙機(jī)，適用于生產(chǎn)用木漿、廢紙漿及其它漿料抄造定量為130-250g/m²的瓦楞原紙、掛面牛皮紙及箱板紙等品種。該型板紙生產(chǎn)線主要由壓榨部、烘干部、傳動部三部分組成。與之配套的設(shè)備有三輥半濕壓光機(jī)(即后面的光澤缸)、四輥壓光機(jī)及水平式圓筒卷紙機(jī)。<BR> 壓榨部的選型為一道雙毛布主壓榨、兩道正壓榨。壓榨部機(jī)架為型鋼焊接件，每條毛布圈路內(nèi)配置雙縫吸水箱、張緊器、校正器、高中壓噴水管及輥?zhàn)蛹訅汉蜌鈩蛹訅旱妊b置。紙漿通過輥?zhàn)蛹訅汉蜌鈩蛹訅赫掣皆诿忌�，紙漿通過毛布之間的擠壓和雙縫吸水箱（抽真空）對紙漿脫水后初步定形為板紙。毛布最大工作張力為4.5N/mm。<BR> 各道壓區(qū)線壓：(N/mm)<BR> 雙毯主壓 設(shè)計線壓：60 工作線壓：40<BR> 一道單毯壓榨 設(shè)計線壓：80 工作線壓：60<BR> 二道單毯壓榨 設(shè)計線壓：100 工作線壓：80<BR> 烘干部為保證烘干能力，烘缸（熱源是蒸汽）直徑為Ф1500*3350mm，配有24只，其中最后一只為冷缸，烘缸分組按6+6+6+半干壓（光澤缸）+6排列。每組缸有4只缸為主動，其余為被動，之間通過干網(wǎng)連接。每條干網(wǎng)均配有氣動校正器、電動張緊器、導(dǎo)輥等。烘干部傳動側(cè)機(jī)架采用三角機(jī)架封閉式齒輪傳動，操作側(cè)為型鋼焊接箱型結(jié)構(gòu)，烘缸全部使用滾動軸承，稀油潤滑。通過壓榨部基本定形的板紙在烘干部被干網(wǎng)壓附在烘缸表面，經(jīng)過前三組缸烘干，板紙的干度在80%~85%之間，之后通過光澤缸對板紙進(jìn)行初級壓光，然后板紙經(jīng)過第四組缸烘干，干度在90%~94%之間，此后板紙通過四輥壓光機(jī)兩次壓光成為成品板紙，最后經(jīng)過水平式圓筒卷紙機(jī)將板紙成卷。<BR> 傳動部采用交流變頻分部傳動形式，分別由真空回頭輥（37KW）、一壓（75KW）、二壓（37KW）、三壓（37KW）、一組缸（22KW）、二組缸（22KW）、三組缸（22KW）、光澤缸（30KW）、四組缸（22KW）、壓光（37KW）及卷紙（15KW）等11個傳動點(diǎn)組成，共計363KW，每一臺交流變頻專用電機(jī)通過硬齒面齒輪減速箱直接傳動各主動輥或主動齒輪。每一傳動點(diǎn)配有相應(yīng)的聯(lián)軸器、中間軸（包括萬向節(jié)）和基礎(chǔ)板。各部分設(shè)置啟動、停止、升速、降速按鈕，達(dá)到單調(diào)、統(tǒng)調(diào)、運(yùn)行/爬行等功能，設(shè)置運(yùn)行、故障指示燈，電流、速度指示儀表等。<BR> 板紙機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：<BR> 生產(chǎn)品種：瓦楞原紙、掛面牛皮紙、箱板紙等<BR> 抄造定量：130-250g/m² 凈紙寬度：3000mm<BR> 網(wǎng)寬： 3350mm 生產(chǎn)能力：55-60T/d<BR> 工作車速：75-140m/min 設(shè)計車速：150m/min<BR> 主機(jī)軌距：3900mm 傳動方式：變頻調(diào)速，分部傳動<BR> 裝機(jī)容量：363KW 外型尺寸：（長*寬*高）67*10.5*6m<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200691811103050319.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200691811103050319.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 三、系統(tǒng)設(shè)計<BR> 1、控制要求<BR> 1）、11個傳動點(diǎn)采用矢量控制型變頻器組成閉環(huán)系統(tǒng)；<BR> 2）、Profibus現(xiàn)場總線控制<BR> 控制的重點(diǎn)是保證各傳動點(diǎn)的線速度保持一致，尤其要保證線前兩級一壓和真空回頭輥的嚴(yán)格同步，并保證兩個電機(jī)的負(fù)荷均衡。因其工藝上的特點(diǎn)，要求轉(zhuǎn)矩控制快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制，能以很高的控制精度進(jìn)行寬范圍的閉環(huán)調(diào)速運(yùn)行。并且當(dāng)某一傳動點(diǎn)因故障停機(jī)時,在不影響生產(chǎn)的情況下能正常啟動。<BR> 2、系統(tǒng)控制方案及設(shè)備選型<BR> 該控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是在系統(tǒng)負(fù)荷變化時，如何能保證各傳動點(diǎn)的線速度一致。<BR> 考慮到為將來的高速紙機(jī)做技術(shù)上的鋪墊，我們選用了艾默生TD3000系列變頻器和西門子S7-315-2DP可編程控制器，通過Profibus現(xiàn)場總線組成整個的控制系統(tǒng)�？删幊炭刂破�(PLC)通過Profibus總線實(shí)時采集負(fù)荷數(shù)據(jù)，完成對各傳動點(diǎn)速度控制和轉(zhuǎn)矩控制的在線疊加，以實(shí)現(xiàn)各傳動點(diǎn)的自動負(fù)荷均衡，每個傳動點(diǎn)設(shè)有微調(diào)按鈕，必要時進(jìn)行手動調(diào)整（通過程序限制手動微調(diào)的調(diào)節(jié)范圍），同時通過通訊方式讀取變頻器的輸入端子狀態(tài)，即將變頻器的控制端子作為PLC的DI端子，從而減少了PLC的數(shù)字量輸入模塊數(shù)量。TD3000系列變頻器的調(diào)速范圍是1：1000，完全能滿足控制精度的要求，并且其在10~300rpm時低于10％的轉(zhuǎn)矩脈動及電機(jī)預(yù)勵磁功能，使啟動運(yùn)行平滑、無沖擊和抖動，從而能更好的承受一定的負(fù)荷變化。適配器選擇艾默生專為其變頻器應(yīng)用PROFIBUS現(xiàn)場總線而生產(chǎn)的TDS-PA01，它屬于Profibus智能從站，能響應(yīng)主機(jī)的查詢，并執(zhí)行主機(jī)下發(fā)的控制命令。<BR> 3、系統(tǒng)組成<BR> 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200691811223019357.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200691811223019357.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖1</P><P> 系統(tǒng)的硬件接線圖見圖2。（以真空回頭輥?zhàn)冾l器的接線為例）<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200691811253165424.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200691811253165424.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 變頻器的功能參數(shù)設(shè)置見表1。。<BR> 11臺變頻器的參數(shù)基本相同，但略有差別，變頻器的功能參數(shù)設(shè)置見下表：<BR> 參數(shù)號 設(shè)定值<BR> F0.02 1（閉環(huán)矢量）<BR> F0.03 6（通訊給定）<BR> F0.05 2（通訊控制）<BR> F0.10 90（加速時間）<BR> F0.11 90（減速時間）<BR> F1組電機(jī)參數(shù) 根據(jù)電機(jī)分別設(shè)定<BR> F2.00 光澤缸和4組缸：2（跟蹤起動）<BR> 其它傳動點(diǎn)：0（從起動頻率起動）<BR> F2.09 1（自由停車）<BR> F3.00－F3.03 ASR速度調(diào)節(jié)器PI參數(shù)，在出廠參數(shù)基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況略加調(diào)整<BR> F3.07 120%<BR> F3.08 0(都未加制動單元)<BR> F5.01－F5.08 0輸出<BR> （可編程通過總線讀取每臺變頻器的端子狀態(tài)，每個端子的具體功能在可編程中定義）<BR> F5.11 1（PA－PC輸出變頻器運(yùn)行中信號）<BR> F6.08 0（AO1定義為頻率輸出）<BR> F6.09 3：適用于回頭輥、一壓、二壓、三壓、一組缸（AO2定義為電流輸出）<BR> 4：適用于二組缸、三組缸、 光澤缸、四組缸、壓光機(jī)、卷紙機(jī)<BR> （AO2定義為轉(zhuǎn)矩％輸出）<BR> F6.10－F6.13 根據(jù)不同變頻器F6.09的選擇適當(dāng)調(diào)整，<BR> 使顯示儀表的指示與對應(yīng)參量的實(shí)際值相等。<BR> F9.00 3<BR> F9.01 0<BR> F9.02 3～13（順序分配）<BR> F9.03 4（PPO4）<BR> F9.05 PZD3連接值＝10（電機(jī)轉(zhuǎn)矩％）<BR> F9.08 PZD6連接值＝12（開關(guān)量輸入狀態(tài)）<BR> FA.02 8(復(fù)位有效)<BR> FB.00 600(脈沖編碼器每轉(zhuǎn)脈沖數(shù))<BR> FB.01 0(PG方向)</P><P> 三、系統(tǒng)安裝與布線<BR> 因系統(tǒng)采用了PROFIBUS總線的控制方式，總線的通訊速率達(dá)45kbit/s，為避免因設(shè)備的安裝和布線造成對整個系統(tǒng)的影響，所以嚴(yán)格參照SIEMENS的接線標(biāo)準(zhǔn)接線，并且處理好系統(tǒng)的接地，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。<BR> 四、系統(tǒng)調(diào)試<BR> 調(diào)試的關(guān)鍵集中在真空回頭輥和一壓的啟動，因?yàn)槎咧g是通過毛布軟聯(lián)接，所以當(dāng)二者之間的負(fù)荷略有差別時，由于毛布的張力，就會造成嚴(yán)重的負(fù)荷不均衡，從而造成不能正常啟動，即使能夠在某一頻率下啟動，當(dāng)改變運(yùn)行速度或負(fù)載變化時，就會出現(xiàn)故障，因?yàn)橐唤M變頻器參數(shù)不可能滿足此種軟聯(lián)接負(fù)荷變化。要解決此問題，就需要在真空回頭輥和一壓運(yùn)行時實(shí)時的調(diào)整二者的運(yùn)行頻率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)實(shí)時的負(fù)荷均衡控制，其它各傳動點(diǎn)以速度鏈的方式達(dá)到同步，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷均衡。<BR> PLC負(fù)荷均衡算法實(shí)現(xiàn)分兩部分：<BR> ⑴在PLC內(nèi)做一個給定積分器，使其加速時間大于變頻器內(nèi)部的加速時間，這樣可以隨意控制真空回頭輥和一壓的升速時間和升速步距，以保證在啟動過程和恒速時進(jìn)行微調(diào)疊加的可能性。程序流程圖見圖3。<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20069181126517089.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20069181126517089.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> ⑵速度控制和轉(zhuǎn)矩控制的疊加，即在保證主給定基本不變的基礎(chǔ)上，通過檢測負(fù)載的轉(zhuǎn)矩的變化，對主給定做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。程序流程圖見圖4。<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/200691811282885151.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/200691811282885151.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 通過PLC算法解決了各傳動點(diǎn)的啟動和運(yùn)行問題，但系統(tǒng)正常運(yùn)行時，出現(xiàn)某一傳動點(diǎn)無故停機(jī)的現(xiàn)象。<BR> 分析原因：<BR> ⑴停機(jī)信號是由PLC的數(shù)據(jù)區(qū)紊亂，造成送出的數(shù)據(jù)恰好是停機(jī)指令；<BR> ⑵PLC的確接收到停機(jī)信號；<BR> ⑶總線因受到干擾自己產(chǎn)生的紊亂信號。<BR> 經(jīng)過對PLC的在線實(shí)時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)設(shè)備無故停機(jī)時，PLC的確是送出了停機(jī)指令，這說明PLC是接收到了停機(jī)信號，因?yàn)槊總�傳動點(diǎn)的控制信號是PLC通過Profibus總線從變頻器中讀取的，所以錯誤信號來源于變頻器的干擾。<BR> 抗干擾措施：<BR> ⑴硬件抗干擾<BR> 將原來停機(jī)按鈕的常開點(diǎn)改為常閉點(diǎn)，使停車有效信號與干擾信號反向。<BR> ⑵軟件抗干擾<BR> PLC從變頻器中連續(xù)多次讀取停機(jī)信號后方認(rèn)為是真正的停機(jī)信號。程序流程圖見圖5。<BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/20069181129820398.jpg" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/20069181129820398.jpg" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 注：通過調(diào)整狀態(tài)有效的比較次數(shù)即可調(diào)節(jié)軟件抗干擾的能力。<BR> 通過以上抗干擾措施的實(shí)施，設(shè)備無故停機(jī)的現(xiàn)象完全消除。<BR> 五、系統(tǒng)完善<BR> 1、真空回頭輥和一壓在負(fù)載變化較大時，負(fù)載電流的波動較大，動態(tài)微調(diào)的算法仍可改進(jìn)。<BR> 2、當(dāng)紙卷的卷徑變大時，張力增大，會造成壓光機(jī)和四組缸被拖至發(fā)電狀態(tài)，出現(xiàn)過壓的現(xiàn)象，所以PLC應(yīng)實(shí)現(xiàn)全線控制的自動微調(diào)，今后，可在系統(tǒng)優(yōu)化時實(shí)現(xiàn)。<BR> 3、現(xiàn)場控制信號是PLC通過PROFIBUS讀取變頻器的端子狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的，這樣減少了PLC的I/O模塊的數(shù)量，但同時也增加了整個系統(tǒng)對Profibus總線的依賴性及對抗干擾的要求。<BR> 六、結(jié)束語<BR> 該控制系統(tǒng)已成功應(yīng)用于淄博第二板紙廠，設(shè)備運(yùn)行正常，尤其是基本實(shí)現(xiàn)了全線自動負(fù)荷均衡大大降低了操作人員的勞動強(qiáng)度。這是TD3000系列變頻器首次應(yīng)用于整條板紙生產(chǎn)線，并獲得成功，是艾默生變頻器在造紙行業(yè)提供成套解決方案的典型案例，也為其今后應(yīng)用于高速紙機(jī)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。</P><P> <BR>
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狀 態(tài)：
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公司簡介
產(chǎn)品目錄
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公司名稱：
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艾默生CT
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| 聯(lián) 系 人： |
銷售部
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| 電 話： |
021-54260668
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| 傳 真： |
0755-86010101 |
| 地 址： |
上海市桂平路418號興園科技廣場17樓 |
| 郵 編： |
200233 |
| 主 頁： |
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