基于台达变频器的造纸机电气控制系统设计.doc

基于台达变频器的造纸机电气控制系统设计 收藏此信息 打印该信息 添加：台达 来源：未知 ? 摘要：文章就应用台达变频器的造纸机电气传动控制系统中的负荷分配、速度链、系统网络组态及通讯等内容进行了较为详细地描述。这种基于S7-300PLC的三级控制的全数字控制系统适用高速纸机的高速度、高可靠性控制性能的需要。 关键词：造纸机；变频器；系统设计? 引言? 本文所设计的纸传动控制系统为应用台达变频器和西门子PLC所组成的控制网络来完成造纸机电气控制系统设计的；其电气传动控制系统是基于S7-300PLC三级控制的交流变频调速控制系统。纸机的主要参数如下： 生产品种：薄页纸；净纸宽度：2400mm；工作车速：250-300 m/min；设计车速：350m/min；纸张定量：17-40g/m2；爬行速度：15-25m/min； 纸机主传动点参数（30个传动点，总传动功率为538.5KW）见表1： 1 纸机对电气传动控制系统的要求 该造纸机的系统结构总图如图1所示。 图1 系统结构总图 该纸机正常运行对电气传动控制系统的要求基本有以下几点。 1.1纸机传动系统要有一定的稳速精度和快速动态响应。其中稳态精度±0.02-- 0.01%，动态精度0.1%-- 0.05%; 1.2工作速度要有较宽、均匀的调节范围，适应生产不同品种、定量的需要。调节范围为I=1：10之间； 1.3各传动分部间速比稳定、可调。为了使纸机可以生产良好的纸页和提高纸机正常工作时间，纸机各分部的速度必须是稳定、可调的。各分部的调速范围为±8～10%； 1.4 爬行速度。为方便检查、清洗聚酯网、压榨毛毯、以及检查各分部的运行情况，各分部应具有15～30米/分可调的爬行速度。但这样低速运转时间不宜过长，以减少无效的运行和机械磨损； 1.5 具有刚性或柔性连接的传动分部间，在维持速度链关系基础上，还须具有负荷动态调整的功能，以免造成由于负荷动态转移而引起有的分部因过载而过流，有的分部因轻载而过压； 1.6 各分部具有微升、微降功能，必要的显示功能，如线速度、电流、运行、故障信号等。相关联的分部具有单动、联动功能； 1.7 纸机传动控制系统，应具有良好接口能力，可与QCS控制、蒸汽控制等子系统上联上位工控机及工厂管理级计算机； 2 纸机控制系统结构 我们的选型原则是：优化设计，程序通用化，界面美观化，使整个控制系统稳定性好、可靠性高、鲁棒性强。 纸机控制系统结构图如图2所示。该控制系统采用交流变频分部传动控制，三级控制方式。第一级为驱动级，变频器采用台达公司VFD-B系列高功能，向量型交流变频器，由闭环控制编码器反馈板，组成闭环控制系统。第二级为PLC控制系统，采用西门子S7-300 PLC，S7-300与变频器组成RS485总线控制网络，通讯速率最高可达19.2Kbit/s，并完成自动卷取及辅助部分的机电一体化功能;第三级为上位控制系统，采用DELL公司工控机,用于纸机传动系统状态监控，实现整个纸机自动控制。并可通过工业以太网与QCS系统、DCS系统、厂级管理级等联网，可实现纸机控制系统优化控制。 图2 控制系统结构图 3 纸机电气传动控制系统的设计 3.1 系统硬件选型 硬件选择依据系统的控制精度、通讯速度、响应时间、高性价比、高可靠性的原则，选用SIEMENS S7 314PLC、CP340通信处理器，作为系统主控单元，控制整个系统。上位机选用采用DELL工控机,配置为“PIV2.0G/21”，用于纸机传动系统状态监控。 变频器选用台达公司的VFD-B系列高功能，向量型变频器，台达B系列新一代高功能无感测向量控制型变频器,具有功能齐全、调速精度高、稳定性好及可应用范围广等特点。可广泛应用于产业机械、工厂过程控制自动化、建筑、石化、冶金、钢铁、能源、电力、楼宇、环保等国民经济各行各业。其主要特点有：/F控制,无感测向量控制模式；内置PID功能及PID disable功能；PG速度闭环精确速度控制；自动侦测(autotunning)功能；摆频功能；飞速启动,速度追踪功能；主,辅频率及比例加法运算选择功能；15段速及自动程序运转；内置DC Reactor；计数器，马达累计运行时间；散热风扇动作模式设定；简易定位控制；风机/泵控制等；节能运转；RS485通讯接口,支持Modbus协议等。 图3 纸机电气控制原理图（以传动电4为例） 总之，台达系列高性能变频器的精巧设计可较理想地满足该机的高传动性能的需要。该纸机由30个传动点构成，变频器所实现的调速功能由PLC通过通讯指令控制，所以每台变频器从自身来讲功能基本相同，我们以该纸机的一个传动点电气控制原理图如图3所示为例来说明它在造纸机中如何让应用。 图3中，起停运行右外部按钮通过继电器触点完成，造纸机运行只有正转，恒速选择在这里我们用