摘要：造紙生產(chǎn)流程中，各分部之間需要速度協(xié)調(diào)控制；在某些分部，如壓榨部壓榨形式采用真空輥帶K式壓榨時(shí),為使K式壓榨各傳動(dòng)電機(jī)根據(jù)各自的功率配置合理承擔(dān)負(fù)荷功率輸出,需采用負(fù)荷分配控制形式.整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的速度協(xié)調(diào)問(wèn)題可以選用PLC作為上位機(jī)，利用通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的控制。森蘭SB80變頻器提供了豐富的串口協(xié)議，可方便組網(wǎng)控制。
關(guān)鍵詞：SB80變頻器，組網(wǎng)控制，負(fù)荷分配， USS協(xié)議，RS-485接口
1. 應(yīng)用背景
在普通的造紙多電機(jī)分部傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，以速度控制為基礎(chǔ)，各分部之間的速度需要協(xié)調(diào)控制。根據(jù)工藝要求，在網(wǎng)部采用K式壓榨的分部需結(jié)合負(fù)荷分配控制，對(duì)電氣傳動(dòng)自動(dòng)化控制有如下要求：
1) 起動(dòng)要求
紙機(jī)中存在傳動(dòng)慣量較大的分部，如烘缸，需要平穩(wěn)起動(dòng)，避免引起機(jī)械連軸的損壞。
2) 速度要求
造紙機(jī)由紙漿到成紙，需經(jīng)過(guò)壓力噴漿上漿、壓榨、干燥、壓光和卷繞等多個(gè)分部，是一個(gè)多單元的速度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，各個(gè)分部間的速度有著較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃俣缺壤P(guān)系，否則會(huì)造成斷紙或者過(guò)度松弛，影響成紙的物理指標(biāo)，而且不能穩(wěn)定紙頁(yè)的定量控制，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此紙機(jī)的各分部都要有精度較高穩(wěn)速性能。
紙機(jī)正常工作時(shí)，工藝上的變化速度的調(diào)節(jié)范圍不大，一般只在10－15％；在紙機(jī)調(diào)整時(shí)，如檢查調(diào)整網(wǎng)籠、毛毯，烘干部預(yù)熱時(shí)要低速爬行，車(chē)速約為20m/min，對(duì)穩(wěn)速?zèng)]有要求。
3) 各分部調(diào)速的要求
如圖1所示的造紙機(jī)工藝流程平面圖，紙機(jī)上的紙受到牽引力的作用，在網(wǎng)部和壓榨部產(chǎn)生縱向伸長(zhǎng)，在干燥部縱向繼續(xù)伸長(zhǎng)，當(dāng)紙張含水量降低后，紙張減少縱向伸長(zhǎng)變形，在紙張進(jìn)入壓光機(jī)和卷紙機(jī)時(shí)，紙張?jiān)俣葼恳扉L(zhǎng)，因此在整個(gè)紙機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)中，各個(gè)分部的速度是不同的，這樣可以保持紙幅張力。同時(shí)，紙機(jī)各分部的速度必須是可以調(diào)節(jié)的，這樣可以避免紙幅松弛或過(guò)度繃緊而斷紙。由于造紙機(jī)無(wú)須頻繁起動(dòng)，且工藝要求的變速范圍不大，所以穩(wěn)速是紙機(jī)電氣傳動(dòng)自控的比較主要目標(biāo)。

圖1  造紙機(jī)工藝流程平面示意圖

在控制系統(tǒng)中，由于需要多電機(jī)同步控制，采用西門(mén)子S7-200PLC的USS協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)來(lái)控制不同分部的變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)變頻調(diào)速，從而達(dá)到紙機(jī)傳動(dòng)的協(xié)調(diào)控制。具體配置為CPU226PLC,操作控制臺(tái)、DI/DO擴(kuò)展模塊、屏蔽雙絞線(xiàn)、兼容USS協(xié)議的SB80變頻器等。
森蘭SB80變頻器具有豐富的控制功能，可以滿(mǎn)足大多數(shù)行業(yè)的驅(qū)動(dòng)控制需求，在本控制系統(tǒng)中，采用無(wú)PG矢量控制方式及v/f控制模式來(lái)驅(qū)動(dòng)各分部電機(jī)，并且實(shí)現(xiàn)壓榨部負(fù)荷鏈的負(fù)荷分配；強(qiáng)大的通訊功能方便與上位機(jī)通訊，支持Modbus廠家協(xié)議和USS協(xié)議； 強(qiáng)大的可編程算術(shù)邏輯單元，用戶(hù)可以靈活地組合設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足復(fù)雜工藝的控制要求；多種頻率給定方式：基本操作面板、通訊設(shè)置、多段頻率設(shè)置、MOP給定、模擬給定等。
2. 紙機(jī)的電氣控制
2.1紙機(jī)速度控制
由于各分部傳送著生產(chǎn)過(guò)程中的紙張，根據(jù)造紙工藝的要求，保持后一級(jí)張力略大于前一級(jí)，需要各分部間線(xiàn)速度比例協(xié)調(diào)控制，高精度、可靠地保持這個(gè)比例系數(shù)就能保證產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量。同時(shí)，紙機(jī)的這種速度比例協(xié)調(diào)關(guān)系應(yīng)在改變車(chē)速或停機(jī)后重新開(kāi)機(jī)繼續(xù)保持，不需重新調(diào)節(jié)。各分部獨(dú)立控制，且具有靈敏的微升.微降及繃緊等調(diào)節(jié)功能，便于操作調(diào)節(jié)與前后兩分部間的速差，避免紙張?jiān)趥魉瓦^(guò)程中的過(guò)度松弛和繃緊斷紙現(xiàn)象，其關(guān)系式如下：
式中： 為第i級(jí)的轉(zhuǎn)速； 為第i級(jí)與前一級(jí)的速比； 為第i級(jí)的微調(diào)量。
在紙機(jī)控制中，采用USS協(xié)議通訊結(jié)合PLC程序來(lái)完成速度鏈的控制，便于實(shí)現(xiàn)變頻器給定的數(shù)字化控制，避免了模擬控制器速度鏈給定環(huán)節(jié)的信號(hào)漂移，提高了穩(wěn)定性。
本例中的紙機(jī)主要生產(chǎn)包裝用紙，對(duì)速度的穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)響應(yīng)有較高的要求。由于SB80工程型變頻器具有良好的矢量控制特性，較高的頻率給定分辨率和輸出頻率精度，很高的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的控制精度，可以滿(mǎn)足連續(xù)、高效生產(chǎn)應(yīng)用的需求。
2.2主從負(fù)荷分配控制
在造紙傳動(dòng)控制中多個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)帶動(dòng)一塊網(wǎng)布或多個(gè)傳動(dòng)對(duì)象,相互施壓合成一定力矩且同步運(yùn)轉(zhuǎn)的情況,要使各關(guān)聯(lián)傳動(dòng)電機(jī)根據(jù)各自的配置按比例合理承擔(dān)功率輸出,需采用負(fù)荷分配控制形式,如果負(fù)荷分配調(diào)節(jié)不好，將會(huì)造成整個(gè)負(fù)荷環(huán)路各傳動(dòng)點(diǎn)負(fù)載失衡,線(xiàn)速不同步，無(wú)法正常運(yùn)行.負(fù)荷分配控制如圖2所示。在本例中，網(wǎng)部的復(fù)壓下輥?zhàn)鳛橹鱾鲃?dòng)，真空壓榨為輔傳動(dòng)。主傳動(dòng)采用基本的速度控制方式，從傳動(dòng)采用負(fù)荷分配控制。在從機(jī)控制中，運(yùn)用SB80內(nèi)部PID修正頻率主給定，以主傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出作為從機(jī)PID給定值，從傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出經(jīng)低通濾波后作為PID反饋值。為了提高控制精度，可以調(diào)節(jié)PID給定量和反饋量的增益，如200％。這樣做保證了控制精度，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

圖2. 負(fù)荷分配控制

3. 調(diào)試和系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置
3.1 RS-485接線(xiàn)
1) 使用屏蔽雙絞線(xiàn)，屏蔽層浮地，避免干擾從地線(xiàn)引入；
2) 利用屏蔽線(xiàn)的屏蔽層構(gòu)成通訊的低阻信號(hào)回路，僅對(duì)高阻型共模干擾有效；
3) 電機(jī)和變頻器可靠接地，減少電機(jī)對(duì)變頻器的干擾；
4) 變頻器的GND、PE接線(xiàn)不要形成環(huán)路。

圖3. 基本接線(xiàn)接地圖

3.2 各變頻器參數(shù)設(shè)置
表1. 各變頻器基本的參數(shù)設(shè)置表

表2. 負(fù)荷分配的從機(jī)參數(shù)設(shè)定表(本例中真空壓榨機(jī)為輔傳動(dòng))

需要注意的是主控板上的AI1、AO1、AO2跳線(xiàn)要改成電流型.

圖4 森蘭SB80現(xiàn)場(chǎng)安裝圖

        通過(guò)一段時(shí)間的生產(chǎn)運(yùn)行驗(yàn)證，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，調(diào)節(jié)控制靈活自如。我們?cè)?#、3#大缸及卷紙傳動(dòng)分部試改裝置西門(mén)子MM440變頻器做兼容USS通訊協(xié)議混合通訊控制運(yùn)行。結(jié)果證明，在一般應(yīng)用上完全可以兼容混合使用。
4. 結(jié)論
1) SB80變頻器高性能的矢量控制，實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷分配，克服紙機(jī)由于工藝參數(shù)的變化引起的速度波動(dòng)，保證紙機(jī)速度的穩(wěn)定性；
2) SB80強(qiáng)大的通訊功能，可以方便地與西門(mén)子PLC組網(wǎng)、與上位機(jī)通訊等；
3) 本例提供了變頻器及PLC組網(wǎng)在造紙行業(yè)內(nèi)的應(yīng)用實(shí)例，使得國(guó)內(nèi)更多的中小型造紙企業(yè)可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能的變頻控制。
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