2.1.3继电控制

 

    起/停和爬行/运行控制不进PLC，一方面节省I/O接口，另外也是工艺上适应的一种设计。不论纸机大小，都要求每一传动点能独立起/ 停和爬行 / 运行操作。所以，如果进入PLC 进行连动设计，看起来自动化程度高了，但实际不实用。因为在全线开机前为了保证安全和设备的试运转，一般都采用单机起动或停止操作，这样有利于发现故障和减少事故。故障保护及指示回路同样采用继电回路设计。

 

    2.2 系统的软件设计与功能实现

 

    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。主程序的流程如图4示。

 

    2.2.1速度链设计

 

    1) 速度链结构设计

 

    速度链结构采用二叉树数据结构算法，先对各传动点进行数学抽象，确定速度链中各传动点编号，此编号应与变频器设定的地址一致。即任一传动点由3个数据(“父子兄”或“父子弟”)确定其在速度链中的位置，填入位置寄存器相应的数值。由此可构成能满足该机正常工作需要的速度链结构。

 

    2) 算法设计

 

    速度链的设计采用了调节变比的控制方法实现速度链功能，把压榨作为速度链中的主节点。该点速度即纸机的工作车速，调节其速度即调节整机车速。其它各分部点的速度由该点车速乘以相应的变比得到。由PLC 检测其它分部车速调节信号，通过进行该部增、减按纽的操作改变其速比，从而改变相应分部的车速。

 

    2.2.2 负荷分配设计

 

    该纸机传动结构上有柔性联结的传动点，烘缸部和压榨部之间不仅要求速度同步还需要负载率均衡，否则会造成一个传动点由于过载而过流，而另一传动点则由于被带动而过压，影响正常抄纸，甚至可能撕坏毛布，损坏变频器、机械设备。因此这两个传动部分的传动点之间需要负荷分配自动控制。

 

    负荷分配工作原理：假设P1e、P2e为两台电机额定功率，Pe为额定总负载功率，Pe= P1e+P2e。P为实际总负载功率，P1、P2为电机实际负载功率，则P=P1+P2。系统工作要求P1=P×P1e/Pe，P2=P×P2e/Pe，两个值相差≤3%。

 

    由于电机功率是个间接量控制。实际控制以电机定子转矩代替电机功率进行计算。

 

    PLC 采样各分部电机的转矩，计算每一组的总负荷转矩，根据总负荷转矩计算负载平衡时的期望转矩值。计算平均负荷转矩方法如下式(1)所示：

 

    M= Pe1×Mi1+Pe2×Mi2 Pe1+Pe2　　　　(1)

 

    其中ML1、ML2是压榨、烘缺电机实际输出转矩;

 

    P1e、P2e是压榨、烘缸台电机额定功率;

 

    M为负荷平均期望转矩。

 

    PLC 通过Modbus 总线得到电机转矩，利用上述原理再施以PID算法，调节变频器的输出，使两电机转矩百分比一致、即完成负荷自动分配的目标。

 

    设置最大限幅值，如果负荷偏差超过该设定值，要停机处理，以防机械、电气损害发生。负荷分配控制实现的前提是合理的速度链结构，使负荷分配的传动点组处于子链结构上，该部负荷调整时，不影响其它的传动点，因此速度链结构是采用主链与子链相结合的形式。

 

    2.3辅助控制的机、电、液一体化设计

 

    辅助部分的机、电、液一体化、连锁及保护、卷纸机自动换卷控制、稀油站润滑系统等辅助电气系统协调工作，以保证系统正常运行和设备安全。

 

    3 系统调试

 

    本系统的调试分为三部分。一个是继电回路调试，另外是软件调试、负荷分配调试及速度测试等。以下简要介绍后两个问题的调试方法。

 

    3.1 软件调试

 

    软件调试第一步，验证PLC 动作是否正常，可以在连通整个系统的情况下观察变频器的显示频率进行验证。如在I/O 端口上加上开关信号，观察应当动作的变频器单元，看是否按要求对频率进行了调整。第二步，试验负荷分配的动作，方向是否与设计一致。可以在端子上加信号使电流增加或减少，如果按计算，相应的传动点频率变化则表示正常。最后检查通讯的可靠性，可以从变频器上读出通讯的错误率代码，做必要的线路处理。

 

    3.2系统动作时间测试

 

    将系统的第一级、中间一级和最后一级接上速度表，然后以各点的加/减速按钮来检查频率变化情况。当按下按钮后应没有明显的滞后感,否则应检查程序和硬件线路，如前面所提到的，采用I/O 端扫描，其速度反应在最坏情况下应在数百ms 以内，否则会感到操作不方便。

 

    4 结语

 

    该纸机在山东一造纸厂经过近一年多的实际纸机运行验证，系统的稳速精度、动态响应、负荷分配效果、纸页质量、系统稳定性、可靠性等指标都得到了用户的肯定。实践表明，这种基于ABB变频器和S7-200PLC 的纸机传动控制系统是可行的、合理的。