【正文】 管理和低層接口提供相關(guān)的緩沖器，并對有效的低層接口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)訪問點只有通過第2層的FMAI／2子層才能進(jìn)行相應(yīng)的激活或撤銷，與應(yīng)用層所對應(yīng)的更高子層(FMA7)則接受第l、2層可能出現(xiàn)的錯誤事件。PROFIBUSPA側(cè)重于過程自動化，使用總線供電的傳輸技術(shù)和通信協(xié)議，是PROFIBUSDP在現(xiàn)場級通信的擴(kuò)展，并采用PROFIBUSDP基本功能實現(xiàn)實時過程數(shù)據(jù)的傳輸。(5)分散控制采用:該技術(shù)可以使整體控制系統(tǒng)分散為若干個子系統(tǒng)去單獨控制，其信號的輸入、輸出、控制功能模塊置入現(xiàn)場設(shè)備，實現(xiàn)了現(xiàn)場的實際控制。其數(shù)據(jù)通信率高且成本低， 主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備層的控制系統(tǒng)和車間級及以上的I/O的數(shù)據(jù)通信傳輸；帶有本征安全規(guī)范特性的ProfibusPA，是為過程自動化專門設(shè)計的，并且執(zhí)行機構(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)，具有較強的實時性，其主要應(yīng)用在整個控制系統(tǒng)的車間級層[20]。(5)據(jù)日本工業(yè)界權(quán)威人士認(rèn)為，產(chǎn)品的可靠性是未來世界市場競爭的焦點，如果可靠性能夠提高1％，那么即使成本提高10％也是劃算的。圖23 4400／600紙機現(xiàn)場實物圖紙機的種類不同，其所需要配置的傳動參數(shù)也就不同，這里結(jié)合紙機的具體工藝流程及實際生產(chǎn)情況，上文所述項目中的4400／600紙機所需要控制的主要傳動點其基本配置參數(shù)如表22所示[41]:表22 4400／600紙機的基本主傳動配置參數(shù)序號傳動點部位所配電機功率/Kw傳動點數(shù)量備注1面網(wǎng)付輥1321符合分配 從2面網(wǎng)復(fù)合輥751符合分配 主3芯網(wǎng)驅(qū)動輥1601符合分配 主4芯網(wǎng)復(fù)合輥1101符合分配 從5底網(wǎng)助動輥451負(fù)荷分配 主6真空付輥3151負(fù)荷分配 從7底網(wǎng)驅(qū)動輥3551負(fù)荷分配 主8真空吸移輥552負(fù)荷分配 從9大壓榨輥1324負(fù)荷分配 主10第1組烘缸1601分部傳動11第3組烘缸3602分部傳動12第4組烘缸1601分部傳動13施膠機452分部傳動點張控制14主壓上輥2001負(fù)荷分配 主15主壓下輥2001負(fù)荷分配 從16水平圓筒卷紙機751分部傳動點張控制17引紙輥助動46分部傳動點張控制18卷紙輥助動1分部傳動點張控制19引紙繩傳動222分部傳動點張控制 紙機對控制系統(tǒng)的要求在如今倡導(dǎo)追求綠色節(jié)能可持續(xù)發(fā)展的社會大背景下，人們對紙機性價比的要求及其智能化生產(chǎn)的要求也越來越高，現(xiàn)如今所設(shè)計的紙機的電氣傳動控制系統(tǒng)與以往相比有較大區(qū)別，大多數(shù)都在研究設(shè)計并采用具有全數(shù)字信號通訊控制的現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)，整個紙機生產(chǎn)線的控制通過上位機或現(xiàn)場的操作面板就可以集中或部分的去控制各個生產(chǎn)流程，逐步實現(xiàn)了無人現(xiàn)場操作化的現(xiàn)代工廠，推動了造紙工業(yè)自動化技術(shù)水平的發(fā)展邁向了新的階段。 紙機功率的計算紙機的功率消耗主要是指在實際生產(chǎn)運行中所有傳動裝置的輸入功率在單位時間內(nèi)用于克服軸承間輥筒之間的滾動摩擦以及刮刀對輥面和烘缸表面的摩擦等所耗的功率。涂布部:紙機的涂布部是干部的重要組成部分也稱作施膠部，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。 磨漿:磨漿或打漿的作用是為了通過回轉(zhuǎn)刀片的機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。成漿池中的漿料通過上漿流送系統(tǒng)輸送到紙機的流漿箱，再經(jīng)過紙機的網(wǎng)部、壓榨部、干燥部及壓光部后，紙漿被制成原紙，又經(jīng)過機外涂布部和復(fù)卷機的加工，原紙被加工成成品紙。所以總的來說，我國整個造紙工業(yè)技術(shù)的發(fā)展得到了很大的進(jìn)步，但相對于國外的紙機，國產(chǎn)紙機在速度及對其控制的精度和自動化程度都還存在一定的差距，所以要提高整個民族造紙工業(yè)的技術(shù)發(fā)展水平，不但要順應(yīng)國際化市場的形式及發(fā)展，還要繼續(xù)加大對紙機控制系統(tǒng)性能的研究與應(yīng)用。 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。與國際先進(jìn)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。摘要造紙工業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系整個國民經(jīng)濟(jì)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。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(jìn)了國民經(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)國家相比，還是相差甚遠(yuǎn)，生產(chǎn)和消費水平比較低[1]。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(jìn)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(jì)和社會效益。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(jìn)行了改進(jìn)，至今文化紙機的車速可以達(dá)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(dá)到650m/min、生產(chǎn)幅寬為4850mm，瓦楞紙機的車速為800m/min、生產(chǎn)幅寬為6600ram，以上紙機的機械裝備及工業(yè)技術(shù)除了個別關(guān)鍵設(shè)備及技術(shù)引進(jìn)國外，其他的機械設(shè)備及技術(shù)，我國幾乎都可以完全自我解決。濕部主要由上將流送系統(tǒng)、網(wǎng)部、壓榨部等部分構(gòu)成；干部主要由烘干部和涂布部以及卷紙部等部分組成。目前使用的設(shè)備主要是除砂器和壓力篩。 (3)紙機干部干燥部:該部通過熱蒸發(fā)脫去殘余的水分，濕紙幅經(jīng)過一系列旋轉(zhuǎn)的蒸汽烘缸，水分被蒸發(fā)掉并通過排風(fēng)被帶走，是提高高速紙機性能的重要環(huán)節(jié)。 紙機生產(chǎn)能力的計算紙機的生產(chǎn)能力是人們判斷及選購紙機的最關(guān)鍵參考因素，也是工程技術(shù)人員對其設(shè)計相關(guān)控制系統(tǒng)所需要參考慮的最重要的技術(shù)數(shù)據(jù)，其生產(chǎn)能力的計算公式如下[1]： （22）式中：一造紙機運行生產(chǎn)的能力(t/d)；一造紙機的車速(m／min)；一紙的抄寬(m)；一紙的定量(g/m2)；一抄造率，即紙機正常產(chǎn)紙運行時的比率，；一成品率，即所生產(chǎn)合格品的比率，對一般紙張要求達(dá)到93％98％,對薄葉紙張要求達(dá)到88％90％；一平均日作業(yè)時間，即除換網(wǎng)、換毛毯及小修等，平均每晝夜運轉(zhuǎn)的小時數(shù)，；通常講的一臺紙機生產(chǎn)規(guī)模是指該紙機的年生產(chǎn)能力，計算時以日生產(chǎn)能力乘以330～345即得，這是指每年扣除1530d的大中修時間。紙機因其所生產(chǎn)的紙類不同而其機械結(jié)構(gòu)形式、工作車速、紙幅寬度等技術(shù)參數(shù)也就不同，所以各自所對應(yīng)的控制系統(tǒng)的具體要求也就不一樣，本文結(jié)合2010至201 1年度陜西西微測控工程有限公司(原陜西科技大學(xué)微機測控研究所)與陜西西安某紙廠所合作的4400／600紙機電氣傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計項目，其現(xiàn)場實物如圖23所示，并以該項目的紙機為例可得出如下主要基本參數(shù)：生產(chǎn)品種：高強瓦楞紙；紙張定量：100．1509／m2；凈紙寬度：4400 mm；工作車速：450600 m／min；傳動車速：600 m／min；傳動形式：變頻傳動。(4)現(xiàn)代紙機的運行負(fù)載基本上是一個恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，要求其負(fù)荷均衡，所以須要選用具有恒定轉(zhuǎn)矩特性的變頻器且具備較高的頻率分辨率和良好的通訊性能。圖31 Profibus現(xiàn)場總線連接示意圖PROFIBUS通信主要由ProfibusDP(車間級通信)、ProfibusPA(現(xiàn)場級通信)和ProfibusFMS(工廠級通信)三個相互兼容的部分組成，如圖3一l所示，每一級可采用不同的通信方式[19]。(4)適應(yīng)環(huán)境性:該類總線能夠較好的去適應(yīng)各種工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)環(huán)境，其主要表現(xiàn)在通信傳輸可以采用多種媒介，并具有較強的抗電磁干擾的性能，還可以采用總線的方式進(jìn)行供電。參照ISO/OSI參考模型，PROFIBUS有3個版本，PROFIBUSDP側(cè)重于工廠自動化，使用RS485傳輸技術(shù)，3種DP通信協(xié)議版本和一種或多種典型工廠自動化的應(yīng)用行規(guī)。MAC對連接到傳輸媒體的總線存取方法進(jìn)行了說明，由于PROFIBUS采用了一種混合的訪問控制方法使所有的設(shè)備不能在同一時刻傳輸，所以，在PROFIBUS主設(shè)備(Master Station)之間采用令牌控制方法，從設(shè)備(Slave Station)之間的信息傳遞采用主設(shè)備循環(huán)查詢從設(shè)備的方法實現(xiàn)，如圖34所示。用戶層DP設(shè)備行規(guī)DP基本功能和擴(kuò)展功能DP用戶接口（直接數(shù)據(jù)鏈路映射程序DDLM）第37層空第2層（數(shù)據(jù)鏈路層）現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層（FDL）FMA2/1第一層（物理層）物理層（PHY）圖35 PROFIBUSDP的協(xié)議結(jié)構(gòu) PROFIBUS傳輸技術(shù)介紹 PROFIBUS電纜的傳輸PROFIBUS最大允許的總線長度(段長度)與所選用的傳輸速率有關(guān)，如表31所示，傳輸速率可選用9．6kbit/s～12 Mbit/s，只要一有設(shè)備投入了正常生產(chǎn)的運行，其它PROFIBUS上所有的設(shè)備都應(yīng)選用統(tǒng)一的傳輸速率。短截線的波特率≤1．5Mbps根據(jù)環(huán)境條件可選用屏蔽雙絞電纜或非屏蔽雙絞電纜不帶中繼器每個網(wǎng)段可掛32個站，帶中繼器做多可掛127個站最好9針D型插頭 PROFIBUS插頭及使用圖37 PROFIBUS插頭的使用PROFIBUS插頭用于連接PROFIBUS電纜和PROFIBUS站點，如圖37所示，在PROFIBUS插頭上，有一個進(jìn)線孔(In)和一個出線孔(Out)，這二個孔可分別連接前后站，依據(jù)RS485串行通信技術(shù)的規(guī)定，通過插頭或網(wǎng)線將各站點連接到網(wǎng)絡(luò)上時每個物理網(wǎng)段需要支持32個物理設(shè)備，為了防止浪涌而確保通訊質(zhì)量還需要在物理網(wǎng)段終端的站點處設(shè)置終端電阻。為了能夠使數(shù)據(jù)在輸入輸出時達(dá)到同步的目的，DPM1通過運行Global _Control(全局控制)的命令通知各個DP從站，以使DP從站得到DPM1的運行狀態(tài)參數(shù)，而從站只能被動的接收DPM1發(fā)送的參數(shù)，并被DPM1讀取其從站故障診斷的信息。(1)令牌傳遞過程在令牌傳遞的過程中，當(dāng)主站擁有了令牌就擁有了訪問總線的權(quán)限，并可以按照節(jié)點地址的順序以令牌幀的形式傳遞給下一個主站。接下來按照主從站的設(shè)置建立總線的令牌環(huán)，并對主從站的通信進(jìn)行初始化處理，待以上程序處理完畢后就可以對用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行正常的通信，其具體的工作過程如圖311所示。 數(shù)據(jù)通信部分程序編寫在本項目的設(shè)計中有一個S7DP主站(CPU3152DP)和一個DP從站(CPU313C2DP)，主從站通過系統(tǒng)功能SFCl4和SFCl5來傳送I/O數(shù)據(jù)，且從站的連續(xù)輸入和輸出的數(shù)據(jù)區(qū)分別為10個字節(jié)長，DP通信的媒介通過連接CPU上的DP口或S7300上的CP模塊(CP3425)來完成。從設(shè)備可直接與I/O口相連，根據(jù)其結(jié)構(gòu)可組建以下形式的從站： (1)緊湊型DP從站：直接有集成I/O口，結(jié)構(gòu)輸入和輸出區(qū)域都固定不可更改，如ET200B。插入二個SIMATIC 300 station站點，在進(jìn)行配置時，一般先配置從站，然后在配置主站，從站可以有多個，本例中只使用一個從站，如需要配置多個從站，其配置方法類似。PLC控制系統(tǒng)的主要特點為：(1)系統(tǒng)的應(yīng)用功能模塊可以按需靈活的進(jìn)行配置且容易在后期對其功能進(jìn)行擴(kuò)展，它主要采用開關(guān)量控制的方式，并可以對PID回路進(jìn)行控制以實用連續(xù)生產(chǎn)過程的需要，作為連接現(xiàn)場設(shè)備與控制室上位機的中心樞紐單元，可以優(yōu)化整個控制系統(tǒng)并有利于對現(xiàn)場的監(jiān)控管理，對整個控制系統(tǒng)的設(shè)計起著非常重要的作用。本系統(tǒng)所需的存儲容量為： (42)依據(jù)西門子產(chǎn)品特性的技術(shù)參數(shù)，可確定本文所選的CPU3152DP滿足要求。表42常用電氣元件所需PLC的I/0點數(shù)電氣元件輸入點數(shù)輸出點數(shù)I/O總點數(shù)Y△啟動籠型電機437單向/可逆變極電機5/63/48/10單向/可逆直流電機9/126/815/20比例閥358單/雙線圈電磁閥2/31/23/5按鈕11/21信號燈11光電開關(guān)22撥碼開關(guān)44行程開關(guān)11位置開關(guān)22（1）模擬量輸入模塊的選擇模擬量輸入模塊SM331有兩種規(guī)格型號，一種是812位模塊，另一種是2x12位模塊，前者是8通道的輸入模塊，后者是2通道的輸入模塊。20mVD電流420mA(四線變送器)電流（2線）/（420mA）（2）模擬量輸出模塊的選擇模擬量輸出模塊SM332也有多種型號，本文采用具有4通道的412位SM332模塊，該模塊具有光電隔離的作用，其輸出的精度可以達(dá)到12位，并且可以針對每個通道以電壓、電流輸出的形式對其進(jìn)行單獨編程