【正文】 摘要造紙工業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系整個國民經(jīng)濟的發(fā)展，在現(xiàn)代社會對各類紙張的消費水平在某種程度上標(biāo)志著一個國家的文明程度。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對各類紙的消費需求越來越大，進而對紙機的自動化控制要求也越來越高。據(jù)此，本文結(jié)合紙機的生產(chǎn)工藝及其工作過程分析了紙機對其電氣傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計要求，并按照對控制系統(tǒng)的要求分析研究了各分部的控制原理得出相應(yīng)的控制方案。 本文采用國內(nèi)外較成熟的總體設(shè)計結(jié)構(gòu)，即三級控制網(wǎng)絡(luò)，變頻器與電機等相關(guān)的控制設(shè)備構(gòu)成第一控制級，通過ProfibusDP與整個控制系統(tǒng)的核心單元也就是第二控制級PLC進行數(shù)據(jù)的通信，PLC不僅可以通過ProfibusDP與現(xiàn)場的操作面板進行數(shù)據(jù)通信以達到實時控制的作用，而且又能通過高速的工業(yè)以太網(wǎng)與第三控制級即上位機管理操作控制室進行連接，最后設(shè)計了基于現(xiàn)場總線的紙機電氣傳動控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的設(shè)計解決了紙機整體復(fù)雜的控制系統(tǒng)難以控制的問題。所設(shè)計的系統(tǒng)經(jīng)過在實際生產(chǎn)中的投入運行，紙機的車速得到了進一步的提高，滿足了紙機對控制系統(tǒng)的各項要求，且具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率及效益，促進了造紙工業(yè)自動化技術(shù)的發(fā)展水平，所以該系統(tǒng)的設(shè)計與研究的成果具有在工業(yè)應(yīng)用中大力推廣的價值。關(guān)鍵詞:現(xiàn)場總線；變頻器；ProfibusDP；PLCABSTRACTThe paper industry is closely linked with national economic development and social civilization．The paper and paperboard consumption level is a measurement of one of the important symbol of the degree of modernization and civilization of a country．With the development of national economy and the improve of people’s living standards，people’s consumption demand for various types of paper is increasing，thus the machine automation control requirements have bee more sophisticated．Accordingly, this paper bined the paper machine production process and its working process，analyzed design requirements of the machine to its electric transmission control system．a(chǎn)nd in accordance with the requirements of the control system，analysis and study of the various segments of the control principle to draw the corresponding control program．This paper used more mature overall design structure at home and abroad that is the three level control network，inverter and motor and related control devices constitute the first control level，data munication via ProfibusDP with the core unit of entire control system that is the second control level PLC，PLC not only via ProfibusDP and the scene of the operation panel for data munication in order to achieve realtime control，but also by high—speed industrial Ethernet connect to the third control level that is the host puter management operations control room．Finally, the paper designed the electric drive control system of paper machine based on Fieldbus．The designed of the control system to solve the problem of the overall plex control system of the machine being is difficult to control． The designed system has been put into the actual production running，paper machine speed has been further improved，meet the requirements of machine control systems and has high stability and reliability, improved the production efficiency and effectiveness of enterprise，promoted the level of development of paper industry automation technology, so the design and the results of research for this system have the value to promote in industrial applications．KEY WORDS：fieldbus；inverter ；ProfibusDP；PLC目錄1 摘要 I1 abstract II1 緒論 11引言 1 選題背景與研究意義 1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 2 本文研究主要內(nèi)容 42 紙機工藝概述及對控制系統(tǒng)的要求 5 紙機生產(chǎn)工藝的介紹 5 紙機生產(chǎn)能力的計算 8 紙機功率的計算 9 紙機的技術(shù)參數(shù) 10 紙機對控制系統(tǒng)的要求 11 本章小結(jié) 133 現(xiàn)場總線技術(shù)的分析及應(yīng)用研究 14 現(xiàn)場總線技術(shù)的概述 14 現(xiàn)場總線系統(tǒng)的特點及優(yōu)點 15 PROFIBUS的通信模型 16 現(xiàn)場總線的通信協(xié)議 16 PROFIBUSDP的協(xié)議 18 PROFIBUS傳輸技術(shù)介紹 19 PROFIBUS電纜的傳輸 19 光纖的傳輸 20 RS485串行通信接口 20 PROFIBUS插頭及使用 21 PROFIBUSDP系統(tǒng)的總線訪問控制 22 PROFIBUSDP系統(tǒng)組成 22 PROFIBUSDP系統(tǒng)的總線訪問控制 23 PROFIBUSDP系統(tǒng)的工作過程 24 基于PROFIBUSDP的紙機電氣傳動數(shù)據(jù)的傳輸 25 DP從站數(shù)據(jù)的讀取 27 DP從站數(shù)據(jù)的寫入 28 數(shù)據(jù)通信部分程序編寫 28 PROFIBUSDP主從站的通信及組態(tài) 29 PROFIBUSDP主從站通信的介紹 29 PROFIBUSDP主從站通信的組態(tài) 29 本章小結(jié) 314 紙機傳動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計及選型 33 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計方法 33 PLC的硬件選型 35 CPU的選型 35 電源模塊選型 36 I/O模塊選型 36 接口模塊選型 39 變頻器的特點及工作原理 40 變頻器的選擇與容量的計算 41 變頻器的容量計算 41 變頻器的類型選擇 43 變頻器的主要控制功能 44 頻率設(shè)定功能 44 PID控制功能 44 制動控制功能 45 網(wǎng)絡(luò)通信功能 45 主/從宏功能 45 變頻器外圍部分的硬件設(shè)計 46 變頻器主要運行參數(shù)的設(shè)定 48 50 本章小結(jié) 525 基于現(xiàn)場總線的紙機電氣傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計 53 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 53 S7300 CPU部分的設(shè)計 55 PLC與0P27之間的通信 56 速度鏈的設(shè)計及控制 57 負荷分配的控制 60 張力控制 63 紙機的實際生產(chǎn)運行狀況 64 本章小結(jié) 65設(shè)計總結(jié) 66參考文獻 68致謝 72外文資料 73中文翻譯 81891 緒論 引言紙在人類文化、科學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和商業(yè)等各方面的發(fā)展進程中起著舉足輕重的作用，自從人類發(fā)明了紙，悠久的文化知識才得到了更好的繼承與保存以及迅速的傳播人，從而推動了整個人類的精神文明與物質(zhì)文明的的不斷進步。造紙工業(yè)在西方發(fā)達國家已成為重要的國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)，在我國隨著科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)力的不斷發(fā)展與進步，國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民的生活水平也得到了很大地提高，進而造紙業(yè)的發(fā)展也顯得非常重要。目前，我國造紙工業(yè)在產(chǎn)量、質(zhì)量、品種方面都取得了較大的發(fā)展，有力地促進了國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，但人均占有量與世界發(fā)達國家相比，還是相差甚遠，生產(chǎn)和消費水平比較低[1]。與國際先進造紙工業(yè)發(fā)展水平相比，存在如下主要問題：纖維原料中木材的比重很小，現(xiàn)有木材沒有得到充分的合理利用；原材料及能耗消耗偏高；企業(yè)規(guī)模較小，對生產(chǎn)管理和對“三廢的治理帶來很大的困難；技術(shù)裝備扔較落后，機械化、自動化水平不高，勞動生產(chǎn)率較低。目前，縱觀國內(nèi)外造紙工業(yè)的發(fā)展，其趨勢向高速、高效、高質(zhì)量、低消耗、連續(xù)化、自動化的工業(yè)方向發(fā)展，因此要進一步實現(xiàn)我國造紙工業(yè)的現(xiàn)代化，使之具有世界先進水平，還需要作巨大的努力。 選題背景與研究意義造紙工業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系整個國民經(jīng)濟的發(fā)展，在現(xiàn)代社會對各類紙張的消費水平在某種程度上標(biāo)志著一個國家的文明程度?！笆鍟r期是我國全面建設(shè)小康社會的關(guān)鍵時期，是深化改革開放、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的攻堅時期，工業(yè)化的深入發(fā)展是加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式的重要著力點之一[2]。目前，我國仍處于并將長期處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展階段，國民經(jīng)濟的收入也在逐步提高，人們的消費結(jié)構(gòu)模式也在不斷升級，所以給我國造紙工業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了很大空間，也為改善舊技術(shù)及采用新技術(shù)、提高生產(chǎn)效率創(chuàng)造了有利的條件，同時也促使了落后產(chǎn)能的淘汰，加快了我國造紙工業(yè)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。紙機的電氣傳動控制系統(tǒng)是整個造紙工業(yè)生產(chǎn)過程控制的重要基礎(chǔ)，它綜合機械制造技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、電力電子技術(shù)及智能控制技術(shù)等匯集一體的機電控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的性能直接關(guān)系著紙機的高效、穩(wěn)定的生產(chǎn)運行。目前我國造紙工業(yè)的技術(shù)與國外相比仍相對落后，大多數(shù)紙機的車速在300m／min，其部分紙機的控制系統(tǒng)也多為開環(huán)式的控制結(jié)構(gòu)，車速為300m/min～550m／min的中速紙機在正常生產(chǎn)運行時常出現(xiàn)速度波動、斷紙等不良現(xiàn)象，造成資源的浪費與經(jīng)濟的損失，而車速在600m／min以上的紙機則主要依賴進口，因此每年導(dǎo)致大量的資金流向國外。近年來，隨著機械制造業(yè)、電力電子技術(shù)及現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，國內(nèi)外的造紙工業(yè)對自動化程度的要求也不斷提高，紙機的高速及穩(wěn)定性、快速性是人們對紙機的控制系統(tǒng)不斷追求的目標(biāo)，依據(jù)變頻器調(diào)速具有高效節(jié)能、現(xiàn)場總線技術(shù)具有高傳輸率、強抗干擾性與使用方便等優(yōu)點，在此基礎(chǔ)上對我國紙機電氣傳動控制技術(shù)的應(yīng)用與研究是提高我國造紙工業(yè)自動化技術(shù)水平的重要途徑，可以進一步滿足人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需求，并使我國的造紙工業(yè)在世界的紙機市場上立于不敗之地，具有重要的經(jīng)濟和社會效益。 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢隨著機械制造業(yè)、電力電子技術(shù)及現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展，人們對紙機控制系統(tǒng)的性價比要求也日益提高，國內(nèi)外相關(guān)公司為了占據(jù)更大的市場及贏取更大的利潤，都在掙先研究設(shè)計新產(chǎn)品并改善傳統(tǒng)的產(chǎn)品，使其產(chǎn)品的控制性能更加成熟與完善且可靠性精度更高。隨著國家對造紙行業(yè)的不斷重視，現(xiàn)在，越來越多的研究人員和機構(gòu)，開始從事造紙機械自動化技術(shù)的研究。近幾年，雖然我國的造紙工業(yè)技術(shù)水平得到了很大提高，但是國外的相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品(如美國和德國)仍然占據(jù)著我國造紙行業(yè)的大部分市場份額[3]。至今，結(jié)合國內(nèi)外從事造紙控制系統(tǒng)的研發(fā)機構(gòu)及各類技術(shù)單位大多采用3級控制結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)模式對紙機的整體控制系統(tǒng)進行設(shè)計，其結(jié)構(gòu)如圖11所示，系統(tǒng)的差別只在于選擇不同的硬件裝置和軟件系統(tǒng)[4]。國內(nèi)的電氣傳動公司大多都采用西門子、ABB、歐姆龍、貝加萊等知名公司的產(chǎn)品，近些年，國產(chǎn)和利時公司的產(chǎn)品也在造紙行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，并搶占了一部分國內(nèi)外的紙機市場。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紙機設(shè)備也得到了不斷的改進，其生產(chǎn)工藝過程得到了不斷完善，在控制系統(tǒng)的設(shè)計方面應(yīng)用了現(xiàn)代智能控制理論及最新的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，進一步地提高了整個造紙生產(chǎn)線的自動化控制技術(shù)水平。近幾年國外的一般紙機的技術(shù)指標(biāo)可以達到幅寬為10m、車速為2315m/min，最近上線投產(chǎn)的衛(wèi)生紙機可達到2650m/min的車速，浙江富陽造紙工業(yè)基地的大部分高強度瓦楞紙機的車速也達到了1700m/min，且這些紙機的產(chǎn)能大多一般為1500t/D以上[5]。在國內(nèi)，從事該行業(yè)的研究人員及技術(shù)專家經(jīng)過長時期的探索逐步積累了相關(guān)的經(jīng)驗并對技術(shù)進行了改進，至今文化紙機的車速可以達到850m/min、紙張的幅度寬為4600mm左右，白板紙機的正常生產(chǎn)車速也已經(jīng)可以達到650m/min、生產(chǎn)幅寬為4850mm，瓦楞紙機的車速為8