东方纸业包装纸变频系统

一、前言

造纸机是由一系列配套装备组成的团结机，分湿部和干部两大部分。湿部包括上浆流送系统、网部和压榨部分，干部包括烘干、压光和卷取部分。其生产流程一样平常是：浆料通过上浆流送系统传送到纸机生产线的前端流浆箱，然后浆料由此依次通过网部、压榨、前烘干、后烘干、压光、卷纸机等在内的分部装备，成为原纸；原纸又可以另外进入机外涂布和复卷机产出制品纸。

造纸是一个一连的生产历程，因今生产线的一连和有序控制成为了制约制品纸质量和产量的瓶颈。由于以前的中小型造纸机多接纳滑差调速方法，经由几年或十几年的生产运行，其误差将日益显着，装备电气元件老化造成运行不稳固，故障率高，断纸率高，产品质量越来越难以控制，且滑差调速方法铺张了大宗的电能。随着变频手艺的生长，变频器因具有调速平稳、调速规模大、效率高、启动电流小、运行稳固可靠、节能效果好、自动控制利便易行和其它调速方法无法相比的优点，在种种工业生产中获得了普遍的应用。现制订用变频器作为各分部电机的驱动，完成对造纸机的动力系统刷新。

二、整体计划

系统接纳PLC和变频器控制方法，各个传动点均接纳按钮在现场调速，系统框图见（图6），变频器接纳4688美高梅登录中心SB70G系列，PLC接纳S7-200系列，整个系统可以完成以下功效：

（1）各分部传动点可恣意单独启动、阻止和调速；

（2）整机同步加、减速；

（3）调某一分部车速能使该分部及其以后所有分部车速同线速率调解；

（4）具有紧纸后，车速自动恢复为原运行车速的功效；

（5）最高设计车速可凭证生产要求调解；

（6）紧迫停车功效。

2.1速率链控制

凭证造纸机和生产工艺流程，纸机上的纸受到牵引力的作用，在湿部爆发纵向伸长，在干部最先时纸张的纵向继续伸长，当纸张的含水量降低后，纸张镌汰纵向伸长变形，在纸张进入压光机和卷纸机时，纸张再度牵引而伸长，因此在整个纸机生产线中，各个分部的速率是差别的，这样可以坚持纸幅张力。同时，纸机各分部的速率必需是可以调理的，这样可以阻止纸幅松驰或绷紧而断头，各分部的速率微调规模为（10-15%）。

在控制系统中各分部的速率同步由PLC和变频器配合完成，PLC认真各分部和速率链盘算，由变频器执行PLC所发出的速率指令，变频器自己完成速率微调（速率微调分为级联速率微协调解机速率微调）。

变频器速率链结构接纳二叉树数据结构算法，用于完成转达功效。首先对各传动点举行数字笼统，确定速率链中各传动点编号，此编号应与变频器的编号相一致。然后凭证二叉数据结构，确定各结点的上下、左或右编号，即任一传动点由3个数据组成，确定其在数据链中的位置，填位置寄存器数值。如图7所示：

N1=b1(N0+△N0) N2=b2(N1+△N1) N3=b3(N2+△N2) N4=b4(N3+△N3)

N5=b5(N4+△N4) N6=b6(N5+△N5) N7=b7(N6+△N6) N8=b8(N7+△N7)

图7 速率链盘算及控制图

该传动点速率指令发给变频器后，会见位置寄存器，确定子寄存器结点号，若不为0，则对该点举行响应处置惩罚，直到该链完全处置惩罚完，再查同级寄存器结点号，处置惩罚另一支链。故只须对位置寄存器初始化，即可组成恣意分支速率链。例如，如图6所示，把纸机的第一分部点作为速率链中的主节点，即它的速率就决议整个纸机的事情速率，调理其给定速率就调理了整个纸机的车速。在PLC内，检测到车速调理信号则改变车速单位值，1点处的速率就是第一台变频器的运行速率设定值，将其送第一台变频器执行，并送给第二台盘算。第一分部的速率值乘以第二分部的变比b1×a则为第二台变频器的给定值。若第二分部速率不知足运行要求，说明第二分部变比不对适，可通过调理第二分部的变比b1来抵达所需的运行要求，调理历程相当于在PLC内部有一个高精度的齿轮变速箱，可以恣意无级调速。若正常生产中变比合适，因某种缘故原由需要用紧纸、松纸时，按下该分部紧纸、松纸按钮，PLC将在对应的速率链上附加一正值或负值的偏移量来实现紧纸和松纸功效。图中2点就包括了调速和紧纸、松纸等指令的速率值，将它送给第二台变频器执行，同时送下一级盘算。依次类推，组成速率链控制系统。

2.2卷取张力控制

在造纸机的纸张卷取部分用张力控制，若是纸机对纸张的生产要求较量高，则可以在压光部分也加入张力闭环控制，对张力控制可以提供两种计划以供选择:1)张力直接检测闭环方法；2)张力间接盘算检测闭环控制方法。张力控制变频器接纳SB70G系列。

1、张力直接检测闭环方法

SB70G的�？橛辛礁鎏趵恚和ㄓ霉π？�，如PID控制、多段频率、自动节能运行等；行业专用功效�？�，如位置控制，纺织应用、恒压供水应用等。SB70G还具有富厚的可编程�？�，功效很是完整，编程无邪利便，包括：1.两个多功效较量器，可自界说故障；2.两个可以实现与、或、异或等运算的逻辑单位；3.两个准时器，可实现多种延时功效；4.一个可预置值、可掉电存储的计数器；5.四个可以实现加、减、乘、除和绝对值等运算的算术单位。

别的SB70G还内置功效完整的历程PID，在闭环张力控制中应用必不可少。详细可见下图：

PID的输入和反响通道有许多种选择，反响信号还可以设置为模拟量的多种运算效果。PID可以预置，并且有两套可以运行中切换的参数。

用户可以为所欲为地对SB70G的资源举行编程，既可以使用它的可编程功效�？槔磁浜献ㄓ霉π？榈氖褂�，更可以使用通用功效�？楹涂杀喑棠？槔词迪种种中幸档淖ㄓ霉π�。SB70G的可编程功效�？榫拖褚蛔槠咔砂�，可以在用户的手中组合成无数种理想的图案。这使它能给种种行业需求提供解决平台和一体化解决计划，对降低系统本钱，提高系统可靠性具有极大价值。

系统控制结构如下图所示：将主机（四缸或压光变频器）的运行频率作为从机（压光机或卷取变频器）的主给定频率，张力控制PID调理器的输出对主给定频率举行修正，使反响张力与给定张力无误差。将张力传感器的输出信号作为PID反响，PID给定通过数字设定成理想的张力值。主机的运行中信号作为从机的起停下令。

系统图如下：

、张力间接盘算检测闭环方法

由代表生产纸线速率的主机（四缸或压光机变频器）运行频率和卷绕纸张的实时卷径盘算出响应的从机（卷取机）主给定频率，以此作为前��；同时用PID调理器控制纸张的张力PID输出，对给定频率举行一直修正，将修正后的频率作为卷取电机的给定频率。这种前馈和反响共用的复合控制要领控制精度很高，许多张力控制专用的变频器都使用了这种要领。而SB70G可以通过可编程�？槔幢喑淌迪终庵挚刂�，使用利便，要领无邪。系统控制框图如下：

SB70G纸张卷绕机张力控制系统图

注：图中D₀为初始卷径百分比值，以最终卷径为100％；

T₀为初始张力值，以张力传感器最大张力为100％；

K为张力锥度系数，由用户设定，规模为0～100％；

主机的模拟运行频率（代表线速率）由AI1输入。

计圈信号使用光电开关由“计数器增”输入。

PID反响值由张力传感器向AI2输入；

外加卷径复位信号对计数值举行预置初值。

下面分两部分来说明这种组合要领。

第一部分：卷取机给定频率的盘算。

用户需要知道三个值，划分是初始卷径、最终卷径和纸张厚度。凭证这三个值，盘算出参数设置所需要的几个数值，详细包括：

1．初始卷径百分比值D₀＝初始卷径/最终卷径。

2．计数器设定值＝最终卷径/(纸张厚度×2)。

3．计数器预置值＝初始卷径/(纸张厚度×2)。

以下面的例子说明：

假设纸张的最终卷径为1000mm，初始卷径为100mm，薄膜厚度为0.05mm，则：

D₀＝100/1000＝10％；

计数器设定值＝1000/(0.05×2)＝20000；

计数器预置值＝100/(0.05×2)＝2000。

此时计数器计数值（以设定计数值为100％）就相当于一个卷径传感器的输出信号，即为实时的卷径值D（以最终卷径为100％）。计数器的掉电影象实现了卷径掉电影象功效，计数器复位实现了卷径复位到初始卷径的功效。

主机频率为F₀，从机频率为F，目今卷径值为D（以最终卷径为100％），则可以知道：

F₀×D₀＝F×D；

即可以算出F＝F₀×(D₀/D)；

先通过算术单位3算出D₀/D的值；再通过算术单位2盘算F₀（即AI1）乘以算术单位3的输出，即为F的值。此时算数单位2的效果即为卷取机的主给定频率，以是将卷取机的频率给定通道设成算术单位2给定。这样就完成了卷取机主给定频率的设定。

第二部分：PID的给定盘算。

接纳闭环张力控制的要领，PID的给定值应该设定为用户需要的张力值。算术单位1的效果即为用户需要的实时张力值，将PID的给定通道选择为算术单位1给定。这就完成了PID给定通道的设定。

至此，就完成了张力控制计划设计。别的，还要把控制需要的一些外部接线和参数设置做好，包括将主机的运行中信号作为从机的起动信号，使从机追随主机运行；凭证现真相形调理PID的相关参数，抵达最好的控制效果。

造纸机各分部传动自动控制接纳PLC和变频器配合控制的要领，是现在造纸传动设计和刷新的生长偏向，它的适用性、可靠性、经济性以及智能性为用户提供了很高的性能价钱比。刷新后的装备自动化水平比以前大幅提高，产品生产历程越发稳固可靠，变频器的低速运行省电特点将给用户带来可观的经济效益。