【正文】 于選擇不同的硬件裝置和軟件系統(tǒng) [4]。 近年來(lái)，隨著機(jī)械制造業(yè)、電力電子技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外的造紙工業(yè)對(duì)自動(dòng)化程度的要求也不斷提高，紙機(jī)的高速及穩(wěn)定性、快速性是人們對(duì)紙機(jī)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(chǎng)總線技術(shù)具有高傳輸率、強(qiáng)抗干擾性與使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上對(duì)我國(guó)紙機(jī)電氣傳動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用與研究是提高我國(guó)造紙工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平的重要途徑，可以進(jìn)一步滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)文化需求，并使我國(guó)的造紙工業(yè)在世界的紙機(jī)市場(chǎng)上立于不敗之地，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益?！笆?時(shí)期是我國(guó)全面建設(shè)小康社會(huì)的關(guān)鍵時(shí)期，是深化改革開(kāi)放、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的攻堅(jiān)時(shí)期，工業(yè)化的深入發(fā)展是加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要著力點(diǎn)之 一 [2]。目前，我國(guó)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(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)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(dá)國(guó)家相比，還是相差甚遠(yuǎn)，生產(chǎn)和消費(fèi)水平比較低 [1]。 本文采用國(guó)內(nèi)外較成熟的總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，即三級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)，變頻器與電機(jī)等相關(guān)的控制設(shè)備構(gòu)成第一控制級(jí)，通過(guò) ProfibusDP與整 個(gè)控制系統(tǒng)的核心單元也就是第二控制級(jí) PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信， PLC不僅可以通過(guò) ProfibusDP與現(xiàn)場(chǎng)的操作面板進(jìn)行數(shù)據(jù)通信以達(dá)到實(shí)時(shí)控制的作用，而且又能通過(guò)高速的工業(yè)以太網(wǎng)與第三控制級(jí)即上位機(jī)管理操作控制室進(jìn)行連接，最后設(shè)計(jì)了基于現(xiàn)場(chǎng)總線的紙機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)解決了紙機(jī)整體復(fù)雜的控制系統(tǒng)難以控制的問(wèn)題。摘要 造紙工業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在現(xiàn)代社會(huì)對(duì)各類(lèi)紙張的消費(fèi)水平在某種程度上標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的文明程度。 所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)經(jīng)過(guò)在實(shí)際生產(chǎn)中的投入運(yùn)行，紙機(jī)的車(chē)速得到了進(jìn)一步的提高，滿足了紙機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)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(jìn)了造紙工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的 發(fā)展水平，所以該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究的成果具有在工業(yè)應(yīng)用中大力推廣的價(jià)值。與國(guó)際先進(jìn)造紙工業(yè)發(fā)展水平相比，存在如下主要問(wèn)題：纖維原料中木材的比重很小，現(xiàn)有木材沒(méi)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(duì)生產(chǎn)管理和對(duì)“三廢 的治理帶來(lái)很大的困難；技術(shù)裝備扔較 落后，機(jī)械化、自動(dòng)化水平不高，勞動(dòng)生產(chǎn)率較低。目前，我國(guó)仍處于并將長(zhǎng)期處于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展階段，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的收入也在逐步提高，人們的消費(fèi)結(jié)構(gòu)模式也在不斷升級(jí)，所以給我國(guó)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(shí)也促使了落后產(chǎn)能的淘汰，加快了我國(guó)造紙工業(yè)發(fā)展 2 方式的轉(zhuǎn)變與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 隨著機(jī)械制造業(yè)、電力電子技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)紙機(jī)控制系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比要求也日益提高，國(guó)內(nèi)外相關(guān)公司為了占據(jù)更大的市場(chǎng)及贏取更大的利潤(rùn)，都在掙先研究設(shè)計(jì)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。國(guó)內(nèi)的電氣傳動(dòng)公司大多都采用西門(mén)子、 ABB、歐姆龍、貝加萊等知名公司的產(chǎn)品，近些年，國(guó)產(chǎn)和利時(shí)公司的產(chǎn)品也在造紙行業(yè)得到 3 了迅猛的發(fā)展，并搶占了一部分國(guó)內(nèi)外的紙機(jī)市場(chǎng)。所以總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)整個(gè)造紙工業(yè) 技術(shù)的發(fā)展得到了很大的進(jìn)步，但相對(duì)于國(guó)外的紙機(jī)，國(guó)產(chǎn)紙機(jī)在速度及對(duì)其控制的精度和自動(dòng)化程度都還存在一定的差距，所以要提高整個(gè)民族造紙工業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平，不但要順應(yīng)國(guó)際化市場(chǎng)的形式及發(fā)展，還要繼續(xù)加大對(duì)紙機(jī)控制系統(tǒng)性能的研究與應(yīng)用。對(duì)于紙機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)其 主要的難點(diǎn)可歸結(jié)為：高穩(wěn)定性和可靠性是整個(gè)紙機(jī)控制系統(tǒng)的重要控制技術(shù)指標(biāo)也是其控制的難點(diǎn)；如何有效的去實(shí)現(xiàn)紙機(jī)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)所需的大量數(shù)據(jù)的高速通信及其控制；在紙機(jī)高速運(yùn)行生產(chǎn)時(shí)，針對(duì)負(fù)荷分配和張力所控制對(duì)象的非線性和耦合性如何去有效地實(shí)施控制；如何消除變頻器和整個(gè)控制網(wǎng)絡(luò)的的通信易受外界環(huán)境的干擾而引起的整個(gè)控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定 [9] [10][11][12]。成漿池中的漿料通過(guò)上漿流送系統(tǒng)輸送到紙機(jī)的流漿箱，再經(jīng)過(guò)紙機(jī)的網(wǎng)部、壓榨部、干燥部及壓光部后，紙漿被制成原紙，又經(jīng)過(guò)機(jī)外涂布部和復(fù)卷機(jī)的加工，原紙被加工成成品紙。 碎漿 :通常使用水力碎漿機(jī)將成品漿 (如槳板 )分散在水中形成泥漿或懸浮液。 磨漿 :磨漿或打漿的作用是為了通過(guò)回轉(zhuǎn)刀片的機(jī)械作用改變紙漿的纖維狀態(tài)，使其達(dá)到抄紙配料所需最佳狀態(tài)，使用的設(shè)備通常是磨盤(pán)。 漿板白水白水 濕損紙濕損紙干損紙干損紙干損紙紙機(jī)干部系統(tǒng)漿料準(zhǔn)備系統(tǒng)紙機(jī)濕補(bǔ)系統(tǒng)排放回用填料白水回收系統(tǒng)損紙回收系統(tǒng)成品分切卷取壓光干燥壓榨部付輥網(wǎng)部流送系統(tǒng)混漿磨漿漿料初步進(jìn)化碎漿 圖 21造紙工藝流程圖 1 7 網(wǎng)部 :該部是紙頁(yè)成形部位，其原理是通過(guò)逐步增大的真空脫水作用，使流漿在網(wǎng)部成形。 涂布部 :紙機(jī)的涂布部是干部的重要組成部分也稱(chēng)作施膠部，其主要作用是在原紙的表面涂上一定量配比的涂料，以提高紙張的外觀或使用特性。 卷紙部 :該部將成品的紙張卷成規(guī)定的紙卷，近幾年所投產(chǎn)的具備輥庫(kù)設(shè)備的卷紙 8 機(jī)不但具有自動(dòng)換輥的功能，而且還具有對(duì)紙機(jī)的張力控制及其所產(chǎn)紙張的長(zhǎng)度顯示的功能，尤其還可以通過(guò)其輔助的控制部分多方式的控制去實(shí)現(xiàn)紙機(jī)的單動(dòng)、聯(lián)動(dòng)等控制，在卷紙機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行時(shí)其轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式如下 [11]： 22 16 0 6 022vvn r vtr? ?? ?????? （ 21） 式中： n 一 卷紙機(jī)的轉(zhuǎn)速 (r／ min)； v 一 紙張幅度的運(yùn)行速度 (m／ min)； ? 一 紙張的厚度 (m)； 1r 、 2r 一卷紙輥的始、末半徑 (m)。 紙機(jī)功率的計(jì)算 紙機(jī)的功率消耗主要是指在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中所有傳動(dòng)裝置的輸入功率在單位時(shí)間內(nèi)用于克服軸承間輥筒之間的滾動(dòng)摩擦以及刮刀對(duì)輥面和烘缸表面的摩擦等所耗的功率。 (m／ min)]） 備注 長(zhǎng)網(wǎng)部 普通壓榨輥 真空壓榨輥 光澤壓榨輥 烘干部 壓光部 輥數(shù) 8時(shí) 滾筒式卷紙機(jī) 新聞紙或印刷紙等 牛皮紙 10 一般而言，干燥部的功率消耗占造紙機(jī)全部功率的 25％ 40％，而伏輥和壓光機(jī)則各占 12％ 17％。 圖 23 4400／ 600紙機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物圖 11 紙機(jī)的種類(lèi)不同，其所需要配置的傳動(dòng)參數(shù)也就不同，這里結(jié)合紙機(jī)的具體工藝流程及實(shí)際生產(chǎn)情況，上文所述項(xiàng)目中的 4400／ 600紙機(jī)所需要控制的 主要傳動(dòng)點(diǎn)其基本配置參數(shù)如表 22所示 [41]: 表 22 4400／ 600紙機(jī)的基本主傳動(dòng)配置參數(shù) 序號(hào) 傳動(dòng)點(diǎn)部位 所配電機(jī)功率 /Kw 傳動(dòng)點(diǎn)數(shù)量 備注 1 面網(wǎng)付輥 132 1 符合分配 從 2 面網(wǎng) 復(fù)合輥 75 1 符合分配 主 3 芯網(wǎng) 驅(qū)動(dòng)輥 160 1 符合分配 主 4 芯網(wǎng)復(fù)合輥 110 1 符合分配 從 5 底網(wǎng)助動(dòng)輥 45 1 負(fù)荷分配 主 6 真空付輥 315 1 負(fù)荷 分配 從 7 底網(wǎng)驅(qū)動(dòng)輥 355 1 負(fù)荷 分配 主 8 真空吸移輥 55 2 負(fù)荷 分配 從 9 大 壓榨輥 132 4 負(fù)荷 分配 主 10 第 1組烘缸 160 1 分部傳動(dòng) 11 第 3組烘缸 360 2 分部傳動(dòng) 12 第 4組烘缸 160 1 分部傳動(dòng) 13 施膠機(jī) 45 2 分部傳動(dòng)點(diǎn)張控制 14 主壓上輥 200 1 負(fù)荷分配 主 15 主壓下輥 200 1 負(fù)荷分配 從 16 水平圓筒卷紙機(jī) 75 1 分部傳動(dòng)點(diǎn)張控制 17 引紙輥助動(dòng) 4 6 分部傳動(dòng)點(diǎn)張控制 18 卷紙輥助動(dòng) 1 分部傳動(dòng)點(diǎn)張控制 19 引紙繩傳動(dòng) 22 2 分部傳動(dòng)點(diǎn)張控制 紙機(jī)對(duì)控制 系統(tǒng)的要求 在如今倡導(dǎo)追求綠色節(jié)能可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)大背景下，人們對(duì)紙機(jī)性?xún)r(jià)比的要求及 12 其智能化生產(chǎn)的要求也越來(lái)越高，現(xiàn)如今所設(shè)計(jì)的紙機(jī)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)與以往相比有較大區(qū)別，大多數(shù)都在研究設(shè)計(jì)并采用具有全數(shù)字信號(hào)通訊控制的現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)，整個(gè)紙機(jī)生產(chǎn)線的控制通過(guò)上位機(jī)或現(xiàn)場(chǎng)的操作面板就可以集中或部分的去控制各個(gè)生產(chǎn)流程，逐步實(shí)現(xiàn)了無(wú)人現(xiàn)場(chǎng)操作化的現(xiàn)代工廠，推動(dòng)了造紙工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平的發(fā)展邁向了新的階段。 表 23紙機(jī)各分部的速比 分部名稱(chēng) 紙機(jī)的 速比（單位： %） 付輥 第一壓榨部 第二壓榨部 第三壓榨部 烘干部 壓光部 卷紙機(jī) 一般工業(yè)用紙（如羊皮紙） 8991 9495 9798 100 書(shū)寫(xiě)紙和印刷紙等 9697 100 13 (2)為了適應(yīng)紙機(jī)生產(chǎn)不同品種、不同定量的紙張，要求紙機(jī)有較寬的調(diào)速范圍，一般情況下設(shè)定調(diào)速的范圍為：專(zhuān)用造紙機(jī) (如新聞紙 )的調(diào)速范圍是 l： ()、生產(chǎn)印刷紙和書(shū)寫(xiě)紙的紙機(jī)的調(diào)速范圍是 l： 生產(chǎn)工業(yè)用紙及高級(jí)紙的紙機(jī)的調(diào)速范圍是1:(810)，則就可以較好的滿足紙機(jī)生產(chǎn)不同品種、不同定量的紙張的要求。 (5)據(jù)日本工業(yè)界權(quán)威人士認(rèn)為，產(chǎn)品的可靠性是未來(lái)世界市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，如果可靠性能夠提高 1％，那么即使成本提高 10％也是劃算的。現(xiàn)場(chǎng)總線的通信結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳輸高且穩(wěn)定，非常適合應(yīng)用于 PLC與現(xiàn)場(chǎng)分散的 I/O設(shè)備之間的通信 [17]。 ProfibusDP是一種可以替代 DC24V或 ，其數(shù)據(jù)通信率高且成本低， 主要應(yīng)用于工業(yè) 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的控制系統(tǒng)和車(chē)間級(jí)及以上的 I/O的數(shù) 15 據(jù)通信傳輸；帶有本征安全規(guī)范特性的 ProfibusPA，是為過(guò)程自動(dòng)化專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，并且執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器位于同一根總線上； ProfibusFMS是一種具有令牌功能結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，其主要應(yīng)用在整個(gè)控制系統(tǒng)的車(chē)間級(jí)層 [20]。 (2)智能化 :由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備采用了現(xiàn)場(chǎng)總線的控制網(wǎng)絡(luò)，就可以把控制系統(tǒng)所需的各種信號(hào)以數(shù)字的方式傳送到控制室，并且在現(xiàn)場(chǎng)就可以完成相應(yīng)的功能操作，還可以提供更加豐富的生產(chǎn)過(guò)程信息，除傳輸測(cè)量控制的狀態(tài)與數(shù)值信息外，還可提供參數(shù)調(diào)整、故障診斷、閥門(mén)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作次數(shù)等信息，提高了系統(tǒng)的智能化操作水平。 (5)分散控制采用 :該技術(shù)可以使整體控制系統(tǒng)分散為若干個(gè)子系統(tǒng)去單獨(dú)控制，其信號(hào)的 輸入、輸出、控制功能模塊置入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際控制。 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO)的開(kāi)放系統(tǒng)互連 (OSI)協(xié)議，是為計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)而制定的 7層參考模型，只要網(wǎng)絡(luò)中索要處理的要素是通過(guò)共同的路徑進(jìn)行通信，則該參考模型就適用于任何網(wǎng)絡(luò) [22]。 PROFIBUSPA側(cè)重于過(guò)程自動(dòng)化，使用總線供電的傳輸技術(shù)和通信協(xié)議， 是 PROFIBUSDP在現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通信的擴(kuò)展，并采用PROFIBUSDP基本功能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)的傳輸。PROFIBUS通過(guò)采用差分電壓輸出的 RS485實(shí)現(xiàn)電流連接， PROFIBUSDP與 FMS的物理層采用 RS485傳輸技術(shù)，傳輸距離與傳輸速率有關(guān)，傳輸速率 ． 12Mbps，傳輸距離為 1001200m。 FLC對(duì)服務(wù)站點(diǎn) (SAP)的管理和低層接口提供相關(guān) 的緩沖器，并對(duì)有效的低層接口 LLI第 2層服務(wù)進(jìn)行規(guī)定； FMAl/2負(fù)責(zé)完成設(shè)定第 1層 PHY和第 2層 MAC的特定總線參數(shù)： FLC和 LLI之間的服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)只有通過(guò)第2層的 FMAI／ 2子層才能進(jìn)行相應(yīng)的激活或撤銷(xiāo)，與應(yīng)用層所對(duì)應(yīng)的更高子層 (FMA7)則接受第 l、 2層可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤事件。為了將過(guò)程對(duì)象轉(zhuǎn)換為通信對(duì)象，在第 7層的上層開(kāi)發(fā)了應(yīng)用層接口 ALI。 表 31最大段長(zhǎng)度與波特率的關(guān)系 波特率 （ kbit/s） 500 1500 12020 20 段長(zhǎng)度 /m （ A型電纜） 1200 1200 1200 1000 400 200 100 段長(zhǎng)度 /m （ B型電纜） 1200 1200 1200 600 200 光纖的傳輸 一般情況下，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)比較惡劣而又對(duì)電磁干擾要求相對(duì)較高且通信數(shù)據(jù)傳輸率也比較高的場(chǎng)合往往使用光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸， PROFIBUS系統(tǒng)在使用光纖進(jìn)行時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目梢砸罁?jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)計(jì)成星形或環(huán)形的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)。 RS485的差分平衡電路如圖 36所示， A導(dǎo)線上的電壓與 B導(dǎo)線上的電壓方向相反大小相等，兩導(dǎo)線的差值為接收器的輸入電壓 [24]。終端電阻設(shè)置在 PROFIBUS插頭上，可根據(jù)需要接入 (On)和切除 (Off)，當(dāng)需要中斷出線端口“ Out”后面的網(wǎng)段的信號(hào)時(shí)，把終端的電阻設(shè)置為“ On”即可。 PROFIBUSDP 系統(tǒng)組成 PROFIBUS— DP系統(tǒng)的設(shè)備由主站 (包括 l類(lèi)主站和 2類(lèi)主站的主動(dòng)站 )和從站 (被動(dòng)站 )