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近年來，隨著我國自動化技術(shù)的提高，工廠自動化也上了一個新臺階。PLC、變頻器由于性能穩(wěn)定、性價比高，在造紙機上得到了大量的應(yīng)用。造紙機對電氣控制系統(tǒng)有著較高要求，在速度上要求各部分驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速嚴格同步，因為在紙的生產(chǎn)過程中只要其中一個電機速度與其它電機不一致，就會無法維持生產(chǎn)，紙張就會斷裂，或是松垮下來，無法保證紙的生產(chǎn)質(zhì)量。在生產(chǎn)中，有許多干擾因素會影響電機的速度，例如電網(wǎng)電壓的不穩(wěn)、頻率的變化、負載的突變、溫度的改變等，對控制系統(tǒng)的要求是克服這些干擾的影響，保證電機穩(wěn)定運行。造紙機啟動要求平穩(wěn)，各部分電機轉(zhuǎn)速保持同步，薄型紙或大型高速紙機對電氣控制系統(tǒng)求較高些。

　　紙機控制系統(tǒng)要求

　　某防銹包裝廠生產(chǎn)包裝紙工藝要求:

　　原料紙卷開卷控制電機一臺, 噴涂速度控制電機一臺，干燥速度控制電機兩臺, 收卷速度控制電機一臺, 電機采用6極交流異步電動機, 共有5個傳動點, 走紙速度0~120m/min,收卷機收卷筒直徑D=100mm~1000mm，紙帶張力F=300~1000N。要求起機速度平緩，起動后張力穩(wěn)定，各電機的速度調(diào)節(jié)范圍為±（10~15％）。

　　傳動系統(tǒng)特點和變頻器選型

　　由上述系統(tǒng)描述可知:傳動系統(tǒng)對電機的動態(tài)性能有較高的要求，要求電機起動平穩(wěn)、速度穩(wěn)定、同步性能好，因此必須選用高性能變頻器才能滿足需求。芬蘭Vacon NX系列變頻器是高性能矢量控制通用變頻器。它具有如下特點:

　?。?） 采用先進的矢量控制算法，配合電機參數(shù)設(shè)定，動態(tài)補償負載波動，能實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準確控制，具有極高的穩(wěn)速精度和快速動態(tài)響應(yīng)，能滿足各類高性能場合的傳動控制要求。

　　（2） Vacon變頻器具有開放的可編程功能，編程工具Vacon NC1131-3 Engineering是一個符合IEC611131-3標準的圖形化的編程工具，它可以用來設(shè)計Vacon NX特殊的控制邏輯和參數(shù)。它包含了基本功能模塊和高級功能模塊，如各種濾波器、PI控制器和積分器。NC1131-3可以創(chuàng)建參數(shù)，故障信息和其他與應(yīng)用相關(guān)的特性。自帶LCD鍵盤,不僅能夠顯示運行數(shù)據(jù)和故障代碼，還能進行參數(shù)的拷貝和下載功能，非常方便調(diào)試和后期維護。

　　（3） 多種擴展卡滿足用戶需要。

　?。?） 內(nèi)置RS485接口，通過通過擴展板可以接入符合國際標準的ProfiBus DP、ModBus現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，滿足日后組網(wǎng)要求。

　?。?） 瘦長、節(jié)省空間的設(shè)計，安裝靈活，集成了的RFI濾波器能夠滿足工業(yè)等級斜坡防護要求。

　　控制系統(tǒng)設(shè)計

　　在控制系統(tǒng)中，采用S7-200系列PLC運用ProfiBus DP協(xié)議通訊控制不同分部的Vacon變頻器，Vacon變頻器對電機變頻調(diào)速，原料紙卷開卷控制變頻器一臺，噴涂速度控制變頻器一臺，干燥速度控制變頻器兩臺，收卷速度控制變頻器一臺，變頻器加有ProfiBus DP擴展板NXOPTC3，PLC主機之外配有A/D模塊、通訊模塊，PLC采集張力傳感器信號，控制變頻器轉(zhuǎn)速，保證張力維持不變。系統(tǒng)采用主從控制，收卷速度控制變頻器為主控制變頻器，其他變頻器為從變頻器，從而達到紙機的同步比例傳動的控制。由于在生產(chǎn)過程中，根據(jù)不同紙張的要求，各電機要求達到速度比例協(xié)調(diào)，保證走紙的張力穩(wěn)定，高精度地、可靠地保持速度比例協(xié)調(diào)是保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要條件，任何電機速度的變化破壞這種比例，紙張質(zhì)量就會降低。同時，紙機的這種速度比例協(xié)調(diào)關(guān)系應(yīng)在加減速或開機時繼續(xù)保持，而不需重新調(diào)節(jié)。其次, 這種比例協(xié)調(diào)應(yīng)具有微調(diào)功能，以調(diào)節(jié)相鄰兩分部間的速差，防止紙張在傳送過程中的繃緊和松弛情況，在調(diào)節(jié)過程中不應(yīng)有過大的超前和滯后，保證速度微調(diào)應(yīng)該可靠、靈敏。采用ProfiBus協(xié)議通訊控制結(jié)合PLC程序來完成電機的控制，避免了現(xiàn)場信號的干擾，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

　　主從同步控制參數(shù)設(shè)計

　　采用Vacon NX系列變頻器主從同步控制應(yīng)用宏設(shè)計了主從參數(shù)組，主從參數(shù)通訊中沒有經(jīng)過系統(tǒng)總線從從機反饋給主機的信號，可以把從機的故障輸出信號連接到主機外部故障輸入端。系統(tǒng)總線通訊失敗從機將觸發(fā)#81系統(tǒng)總線錯誤，如果主機出現(xiàn)報警從機將報#80錯誤。參數(shù)敘述如下:

　?。?） P2.12.1主從選擇:此參數(shù)定義了主從連接的驅(qū)動關(guān)系。主機此參數(shù)設(shè)定為Master，主機將通過光纖通道傳輸主從控制字，速度參考，轉(zhuǎn)矩參考等。從機此參數(shù)設(shè)定為Follower同時把控制位置參數(shù)P3.1設(shè)定為Systembus，采用總線控制方式。

　　（2） P2.12.2本機系統(tǒng)總線ID號:用于系統(tǒng)總線驅(qū)動。0~63每臺驅(qū)動器都有唯一的本機系統(tǒng)總線ID號。

　?。?） P2.12.3從機系統(tǒng)總線ID號:主從通訊中下一臺驅(qū)動器ID號。

　?。?） P2.12.4系統(tǒng)總線通訊速度:設(shè)置系統(tǒng)總線通訊速度:0=1.5Mbit/s，1=3Mbit/s，2=6Mbit/s。

　?。?） P2.12.5轉(zhuǎn)矩模式選擇:主機是典型的速度控制，從機可選用轉(zhuǎn)矩控制。參數(shù)可選如下:

　　0=不用1=速度控制2=轉(zhuǎn)矩控制3=轉(zhuǎn)矩參考和速度控制器輸出中最小值4=轉(zhuǎn)矩參考和速度控制器輸出中最大值（6） P2.12.6轉(zhuǎn)矩標定:對應(yīng)于電機額定轉(zhuǎn)矩。默認值1000。此參數(shù)轉(zhuǎn)矩參考的標定因子。選擇1000對應(yīng)于額定轉(zhuǎn)矩參考。

　?。?） P2.12.7負載分配比例:負載分配轉(zhuǎn)矩參考的百分數(shù)。如設(shè)定100%=驅(qū)動器間根據(jù)額定轉(zhuǎn)矩分配負載。

　　（8） P2.12.8轉(zhuǎn)矩參考源選擇:從機轉(zhuǎn)矩參考源。設(shè)定為1，選擇主機控制。

　　0=不用1=主機2=現(xiàn)場總線3=模擬1信號4=模擬2信號（9） P2.12.9從機參考頻率:從機速度參考源。設(shè)定為1，選擇主機參考頻率。

　　0=從機本身參考頻率1=主機參考頻率2=主機輸出斜坡（從機斜坡不起作用）

結(jié)束語

　　本系統(tǒng)充分利用了Vacon變頻器具有的可編程功能。為用戶編寫專用應(yīng)用宏，實現(xiàn)了其它普通變頻器無法實現(xiàn)的功能。主機速度控制方式為閉環(huán)矢量控制，PLC增加ProfiBus通訊模塊，將Vacon變頻器作為DP網(wǎng)絡(luò)的從站，提高紙機電機速度控制精度，達到高速紙機的要求。主從變頻器間采用光纜通信，提高了通信速度和抗干擾性。完成同步控制和負荷分配控制。整個控制系統(tǒng)具有良好的人機界面，控制系統(tǒng)穩(wěn)定，滿足用戶要求。在國內(nèi)中小型造紙機中，VaconNX系列變頻器將有廣闊的應(yīng)用前景