纸机传动系统中可编程计算机控制器的应用分析

（文章来源：OFweek）

在纸机分部传动系统中， 多台电机的同步传动控制（无论交流传动还是直流传动） 问题是传动控制系统的关键， 它直接影响系统的可靠性和控制精度， 影响产品的质量和产量。尤其是对于高速纸机， 由于系统动态性能要求的提高和不确定因素的增多， 使得其同步传动控制问题变得更加复杂和困难。纸机的同步传动控制非常复杂， 具体表现在以下几个方面： ①系统变量多、参数多， 例如张力、速度、电流、电压、负载等; ②交流电动机的非线性; ③负载的不确定性;④多电机间性能的不匹配; ⑤多电机之间存在耦合。

因此， 如何利用先进技术和先进设备来实现纸机同步传动控制， 获得最大同步传动速度， 提高纸的质量和系统运行的安全可靠性， 已成为造纸企业亟待解决的难题和研究热点。本文选用可编程计算机控制器（PCC-Programmable Computer Controller） 来组成分层递阶式交流变频网络控制系统， 大大节约了设计时间， 并提高了纸机传动控制系统通信速度与质量， 稳定性高， 实时性好且易于扩展。

传动控制是整个纸机控制的基本回路， 其必须完成速度链控制、张力控制， 并需考虑负荷分配问题。以3400/ 250 牛皮白纸板机为例， 主传动共17 个传动点， 包含芯网驱网辊、成形辊， 衬网伏辊、成形辊，面网伏辊、成形辊， 底网真空伏辊、驱网辊， 第1 导网辊， 真空吸移辊， 真空压榨辊， 大辊径压辊（ 4组） ， 光压下辊， 烘缸传动（4 组） ， 施胶辊， 压光机下辊， 卷纸缸传动，总传动功率为1117kW。通过研究纸机传动控制的特点， 选用PCC B&R 2005 组成分层递阶式网络控制系统， 其传动控制系统结构如图1所示。

PCC B&R 2005 采用模块化结构系统， 这种结构的特点是： CPU 为独立模块， 输入、输出、电源等也是独立模块。要组成1 个系统， 只须将所需的模块插入基板即可。它能通过现场总线PROFIBUS、CAN 组成控制网络， 也可以通过以太网ETHERNET 协议组成以太网控制网络， 组网非常方便。B&R 2005 带有操作系统， 更多的控制任务可以通过分时多任务处理， 增强了系统的实时性；其编程可以采用高级语言， 如C、Automation Studio Basic 等， 能实现复杂算法的编程。

纸机传动控制系统的组织级由上位工业控制计算机（IPC）来实现，完成整个传动控制的数据处理以及控制决策， 它与B&R 2005 通过ETHERNET 以太网接口相连。分层递阶式控制系统的协调级由B&R 2005来实现， 它与另外的负责辅助传动控制的B&R 2005通过PROFIBUS 相连， B&R 2005 的NW150 模块提供标准的PROFIBUS 接口。变频器、电机以及各种传感器执行分层递阶式控制系统的控制级任务。变频器通过CAN 总线挂接在控制网络中。B&R 2005 的IF671协处理器提供1个 RS232 接口、1 个RS485/ 422 接口和1 个CAN 接口。利用CAN 接口， 变频器通过CAN总线挂接在控制网络中。

根据造纸工艺要求， 纸机车速（v） 和抄纸定量（q） 之间存在下列关系：Δq/ q =Δv/ v （其中Δq 是定量容许公差范围， Δv 是纸机车速容许公差范围） 。为了保证纸的定量能够在许可公差范围之内， 要求纸机车速稳定， 速度只能在一定的许可范围内波动， 通常生产时， 纸机车速偏差Δv 不超过±（ 1.5 %～1 %） ， 纸板机车速不超过±（1.5 %～21 %） 。

因此， 稳定的纸机车速能保证纸的定量稳定， 并避免断纸及其他一些问题。纸机各个分部的线速度随着纸的品种、抄纸速度、纸张水分含量等因素改变， 但在某一品种某一速度区， 各个分部间速度的比例基本不变， 纸机前后各分部间速度是一种比例协调关系， 如图2 所示， 前一分部速度是后一分部速度的Ki 倍。纸机传动还要保证能够准确地调整各个分部的速度。

纸机的速度链控制是整个传动控制的基本回路。旧式纸机用1 台定速式变速的交流电动机通过皮带轮、减速装置、齿轮等带动纸机各个分部。这就是通常所说的总轴传动方式， 现代化的纸机传动多采用分部传动方式， 即各个不同的分部都采用1 台以上的电机传动。针对17 个主传动点， 每台电机配备1 台变频器， 采用德国LENZE 公司的Lenze93 系列高性能变频器， 通过CAN 接口卡挂接在控制系统中。而且每台电机都带有每转产生1024 个脉冲的增量式光电编码器， 以完成速度反馈控制。
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