基于现场总线的PLC控制变频造纸系统

0 引言

    分部传动点共有24个，电路部分现以驱网辊电路图为例加以说明。为了抑制电网当中的高次谐波在本控制系统中加入进线电抗器，它能够限制电网电上＆突变和操作过电压引起的电流冲击，有效地抑制谐波，改善变频器的运行状况。

    1 本设计纸机传动采用交流变频系统的方案选择

    分部传动点共有24个，电路部分现以驱网辊电路图为例加以说明。

图1驱网辊电路图

    为了抑制电网当中的高次谐波在本控制系统中加入进线电抗器，它能够限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击，有效地抑制谐波，改善变频器的运行状况。

    2 本设计的实际控制系统

图2控制系统拓扑

3 PLC与变频器的通讯组态实现

    3.1 PLC与变频器的通讯

    为了对电机进行负载分配控制，PLC中的负载控制器要随时从变频器中读取每台电机的实际力矩、转矩电流、编码器反馈的转速，同时要将总的速度给定值写入变频器，对电机进行负载控制和矢量控制。凶此，正确实现PLC与变频器之间的信息通讯是整个负载分配控制的关键。PLC采用了SIEMENS的S7-300系列，变频器采用SIEI矢量变频器，它们之间采用PROFIBUS—DP总线进行通讯。在主站与从站之间，PROFIBUS根据令牌传递过程T作，即在一个逻辑环中，主站成为一个确定时间窗口的令牌保持着，在这个时间窗口内，拥有令牌的主站能够与其他主站通讯。同时它使用一个较低的主．从过程，实现与从站通讯。这里采用的PROFIBuS．DP总线方式，允许在PLC和传动装置之问进行快速的数据交换。对传动装置的存取总是按照主．从方式进行的，传动装置总是从站，且每个从站本身都有明确的地址。

    本系统通过SIMATIC Manager STEP7软件实现网络组态，在该系统中上位机、PLC属于第一类主站(DPMl)，主要完成总线通信控制和管理。操作屏属于第二类主站，主要完成各站点的数据读写、系统配置、故障诊断等。操作屏用SIEMENS的ProTool软件设计，上位机采用SIEMENS的WINCC监控组态软件设计，实现上位机对整机系统的实时监控。上位机与PLC之间采用通用MPI电缆通讯。PROFIBUS网络采用RS485传输技术，使用专用屏蔽双绞线。PLC与操作屏间通过数据影像实现实时通讯。主站与从站间采用循环查询方式，完成对变频器的读写操作。

    3.2 PLC组态

    在组态表中，STEP7自动给每个模块分配～个地址。PLC启动时，CPU将比较STEP7中创建的预置组态与设备的实际组态，从而可立即识别出它们之间的任何差异，并报告。

    3.3 控制系统的软件设计

    程序模块化结构设计，各种功能以子程序结构适时调用实现；程序采用循环扫描方式对速度链上的传动点进行处理，提高程序执行效率：程序设计通用性强，并具有必要的保护功能和一定的智能性；人机界面友好、方便操作。

图3主程序流程图 

    速度链控制由PLC内部软件来实现，用前级PLC通过PROFIBUS通讯协议完成，如图4适用于大型纸机，除有速度链功能外，尚有显示监控功能。[page]

图4 PLC控制速度链示意图

    速度链程序流程结构图如图5

图5速度链程序流程结构图

    3.3.2 张力软件的设计

    本设计采用直接张力控制，利用软件程序内整定达到恒张力控制的目的，如图6。张力控制模块退出的条件为相关部位检测到断纸信号或手动退出按钮被按下。

图6张力控制调节程序示意图

    3.3.3 通过PLC程序来实现负荷分配功能

    存在负荷分配传动，需采用速度、转矩双闭环控制，以达到负荷均衡分配的日的。从动变频器以支速度链的方式运行，PLC检测丰动及从动变频器的负载情况，并实时进行比较运算，做出相应PID调节，对变频器的输出进行微量调整，保证各个传动点的出力特性按设计要求均衡稳定(±1％)，同时各传动点之间的速差得以准确校正与之相匹配，从而使整机达到高速同步的精确控制；注：驱网辊、真空伏辊I司时联锁启／停和故障联锁保护停机。在负荷分配分配的所有相府回路中采用：

    (1)采用通讯速率高的通讯方式，DP通讯有足够的时间来处理负荷分配。

    (2)负荷分配原理如下：

图7负荷分配原理简图

    如图7，M1为主传动，M2为从传动。MI在主速度链上，主要是速度环工作，M2是从传动，主要以电流环为主，但同时也有速度环。MI的电流输入M2变频器中，作为M2电流的给定，利用AVY300变频器的CURENT LIMTED功能，进行转矩电流的调节，使M2电机的电流总是按照一定的比例进行控制，达到负荷分配的目的。

    (3)负荷分配的控制设计

    在纸机电气传动控制系统中经常会遇到由几台电机同时拖动同一个分部的情况，如纸机压榨部两辊压榨，上下传动辊都有自己的传动电机，通过加压同步运行。类似这样的多电机传动，只有电机速度同步并不能满足实际系统的工作要求，这时还要求各传动点电机负载率相同，否则会出现某台电机负荷大，某台电机负荷小的情况，会影响正常抄纸，甚至有可能撕坏毛布或造成断纸。另外，负荷分配不平衡可能会造成某一个或多个电机过负荷运转，有时速度较抉的电机拖动速度较慢的电机，增加了电机负荷，影响其使用寿命，所以有必要在每个分部中的各个传动点之问实施负荷自动分配控制功能。  3.4 各分部的程序以驱网辊为例，梯形图如图。

    3.4.1 用SFC 14”DPRD—DAT”读取DP标准从站／／PROFINET IO设备的连续数据。

    3.4.2 用SFC 15”DPWR_DAT”向DP标准从站／PROFINETIO设备写入连续数据。

    需要SFC 15”DPWR_DAT”和用SFC 14”DPRD—DAT”的原因是使用用于访问I／O或过程映像输入表的传送指令最多只能写入四个连续字节。[page]

    3.4.3 速度链：

    3.4.4 运行和爬行：

    3.4.5 爬行给定速度：

    3.4.6 实际速度：

    3.4.7 实际功率：

    3.4.8实际转矩：

    在纸机传动里速度链和负荷分配以及通讯是传动系统稳定的关键所在。由丁．纸机车速是在350m／min和采用的PROFIBUS-DP通讯的原因，我们将负荷分配方面的内容编写在了程序里面。虽然在调试时遇到了很多麻烦，但最终还是达剑了非常理想的效果。