【正文】 2 機械自動化 和 過程 自動化，應用前景 非常 廣闊。 通過對造紙機傳動方式的分析，選擇系統(tǒng)的硬件及相關模塊，設計出系統(tǒng)的主電路以及控制電路。 （ 2） 通過對主控制器的分析與了解選擇硬件及相關模塊 （ 3） 分析控制流程，編寫相應程序流程圖，實現(xiàn)基本的電氣傳動控制功能。 3 2 系統(tǒng)分析 造紙機工作流程及傳動方式分析 造紙機 是一種非常復雜的機器 ，首先是把原材料進行打漿和 調制 ，加工成 符合抄紙要求的 初始原料，其次是把加工好的初始原料 通過 其它的 機械部分 進行加工和制作 ， 最后才能 抄制成紙頁。 一般的造紙工藝流程如 圖 所示。 造紙的第一步是把原材料 制 造成 漿， 而使用的原材料 一般 是 木材 ，把原材料制造成漿的方法一般有三種，分別為化學法、機械法 和半化學法。 紙的調制過程一般可分為散漿、打漿、加膠和充填這幾個步驟。 把稀紙料經過 加工 和脫水等一系列工作，制成成品紙，這是抄造部門的主要工作。 這一過程主要是把調制好的紙料進行稀釋，將其稀釋到 一定 低的濃度 ， 然后再用篩選設備進行篩選，將里面的雜物和還沒有解離的纖維束篩選出來，除掉 ，才能保持制紙 質量，保護相關設備不被損壞 。 網部的主要作用是 對 流 到網上的紙漿進行加工和處理 ， 若紙漿 從頭箱流到循環(huán)的網上 時 ， 就對 網上的紙料進行均勻的 分布 以及交織 等處理工作 。 壓榨部的主要作用是將濕紙進行脫水處理，主要過程是把從網面移過來4 的濕紙引導兩個滾轆間，這兩個滾轆上都附有毛布，滾轆可對濕紙進行壓擠，毛布對濕紙有吸水作用，當這兩種物體都對濕紙作用時，不僅能脫水，而且 還能改變紙質使其更緊密，提高紙的質量。 干燥部的主要作用是將壓榨過的濕紙進行進一步的干燥。 5） 壓光部。 6） 卷紙。 7） 裁切、選別、包裝。 造紙機傳動方式分析 一般來說，傳統(tǒng)的造紙機采用的是機械總軸這種傳動方 式，這種傳動方式的 各個傳動軸通過機械裝置連接在共同的主傳動軸上， 傳動軸就能 跟隨主傳動軸同步運行，如圖 所示。 這種傳動方式上的 各分部間速比的調節(jié) 比較簡單，單純的 靠機械的方法 來調節(jié) ， 可以 借助錐形皮帶輪或 者 無級變速的三角皮帶輪 來實現(xiàn)，也可借助 差動機構來實現(xiàn)。 這種5 傳動方式比較落后，難以進行響應較 快的各種控制，如 張力控制，已經遠遠不能滿足生產需求 。 網 部 壓 榨 部 干 燥 部 壓 光 部 卷 紙 部減 速 箱電 動 機 電 動 機 電 動 機 電 動 機圖 分部傳動 在分部傳動這種傳動方式中，采用電氣來進行調節(jié)，不僅能調節(jié)整個系統(tǒng)的車速，還能調節(jié)各個分部間的速比，用這個調節(jié)方法取代機 械調節(jié)的方法，大大的簡化了整個系統(tǒng)的裝置。 分部傳動 要比機械總軸傳動簡單的多， 可以 不用 總軸、錐形皮帶輪 和 皮帶和離合器 這些設備 ， 大大的 簡化了傳動 過程所需的 裝置，運行也 比機械總軸傳動可靠 的多 。 控制單元分析 PLC 是使用 最早的可編程控制器 ，到 了近現(xiàn)代 ， 隨著 個人計算機技術不斷的發(fā)展，隨之發(fā)展的還有自動化技術，網絡通訊技術 ,于是一個新的控制器誕 生了，那就是貝加萊公司生產的 PCC。 6 從 20 世紀 中期 至今， 可編程控制器 從最初的 PLC， 發(fā)展到 PC，再 發(fā)展 到現(xiàn)在的 PCC。 PCC 具有 可靠性 高 ，編輯語言 種類繁多 ，編程方式 非常靈活，可根據(jù)使用者的習慣使用； 功能函數(shù) 非常豐富 ，控制功能 較強 ， 技術 性能 良好 ，擴展結構 的使用很方便 ，優(yōu)良的耐惡劣環(huán)境能力 等一系列的優(yōu)點，使之在 工業(yè) 控制 中 的應用越來越廣泛， 增長速度 非?？捎^ 。 在工業(yè) 生產 中，現(xiàn)場 生產的過程 大多 是白天黑夜都在工作的，而且大多數(shù)工業(yè) 的生產車間 的工作環(huán)境比較惡劣 ， 干擾現(xiàn)象比較嚴重，如 電磁干擾。 (2)PCC 的編程 較 簡單 ，容易掌握 梯形圖是一種簡單易懂的編程語言，比 其他 的 編程 語言 更 容易 掌握 。隨著 IT 技術的發(fā)展， PCC 也引入了更高級的語音，如 BASIC 語言和 C 語言，使編程更簡便更靈活。面板的顯示功能更多，各種指示燈可以在 PCC 運行時顯示運行狀態(tài)，方便調試和操作人員的監(jiān)控，及時處理發(fā)生的故障。這就使控制系統(tǒng)更加靈活多變。 (5)體積 較 小， 功 耗 非常 低 PCC 集成度更高了，所以體積小。 采用 PCC 的可行性研究 首先， PCC 的系統(tǒng)軟件采用的是分時多任務的組成機構，這就使系統(tǒng)程序的運行周期只和系統(tǒng)的循環(huán)周期有關，不受程序長短的影響，大大的提高了運行的速度。由于 PCC7 是多任務的操作系統(tǒng)，這就為軟件的開發(fā)提供了更大的便利，可以根據(jù)任務的需要編 制出具有相應功能的模塊。 再次， PCC 的軟件和編程系統(tǒng)功能更加強大更豐富。 最后， PCC 在硬件方面比 PLC 更加強大。 所以，利用貝加萊 PCC 代替一般的 PLC 控制器應用于工業(yè)自動化領域，已經成為世界工業(yè)自動化領域發(fā)展的總趨勢。 利用 PCC 提供的高級語言進行編程，在現(xiàn)有設備的基礎上，做相關實驗，并進行改進 ，提高系統(tǒng)的綜合性能。 在造紙機 的各分部中，壓光部是整個傳動系統(tǒng)的 重 點， 壓光部工作的情況將影響紙的品質，所以 本設計主要對該環(huán)節(jié)進行設計 ，最終采用兩 臺 電機控制壓光部 。最終確定采用 PCC 為主控制器，通過控制變頻器，進而控制電機的 電氣分部傳動 的控制方式。 本章 將主要介紹系統(tǒng)的設計方案以及各模塊元件的選型。R 的 PCC 為主控制器，通過 改變變頻器的頻率 控制 電機的工作 ， 對電機調速， 進而控制造紙機的工作流程，其系統(tǒng)結構框圖如 所示。 變頻器的選擇 變頻器作為交流電動機的調速裝置，因其節(jié)能、高效、調速性能優(yōu)異，已被廣泛應用于造紙、冶金、機械、化工等各個領域，并成為電氣傳動的發(fā)展方向之一。第一，根據(jù)風機水泵類負載進行選擇；第二，根據(jù)恒轉矩負載進行選擇；第三，根據(jù)被控對象 基本的10 靜、動態(tài)性能要求進行選擇 ；第四， 根據(jù)被控對象具有較高的 靜態(tài)性能指標 和動態(tài)性能指標 進行選擇。 而 6SE70 是一種恒轉矩變頻器， 其優(yōu)點如下： （ 1） 這是一種工業(yè)型變頻器，能適應工業(yè)生產現(xiàn)場的惡劣環(huán)境。 （ 3） 抗擾性較高，運行可靠。 （ 5） 具有自診斷處理功能，維護方便。 綜合以上分析，可知 6SE70 這款變頻器 能滿足造紙機的工作要求， 所以 本設計采用的是這一型號的變頻器。 電動機的選擇一般要考慮五個方面的內容：第一，考慮電動機的機械特性；第二，考慮電動機的調速性能；第三，考慮電動機的啟動性能；第四，考慮電源種類；第五，考慮經濟性。 隨著科學技術的發(fā)展，交流電動機比直流電動機的應用要廣泛的多，且在交流電動機不能滿足生產要求時才會選擇直流電動機。 造紙機工 作時的傳動方式是恒轉矩負載型的，這就要求電機也必須是恒轉矩調速，而交流電機的機械特性和調速性能不能滿足造紙機的生產要求，但是通過變頻器控制的交流電機，其 機械特性和調速性能都能滿足造紙機的生產要求。其所選電機型號及性能如表 所示。 工作制： S1 一般用途，可用于變頻調速 電機的同步問題分析 在高速造紙機中，影響系統(tǒng)的各種性能的因素是電機的同步，而且所用電機的臺數(shù)越多，其同步問題越復雜。多電機同步傳動一般有四種控制方式：第一， 主從級聯(lián)控制 ；第二，虛擬主軸控制；第三，交叉耦合控制；第四， 主令參考控制 。這種控制方式的線路比較簡單，且比較容易實現(xiàn)，跟隨性能和同步性能都很好。 W r *++W r *K 1K 2控 制 器控 制 器M o t o r 1M o t o r 2W 1W 2 圖 主令參考控制結構圖 在造紙機的電氣傳動控制系統(tǒng)中，其傳動點較多， 容易 發(fā)生擾動， 擾動 會影響傳動的速度，進而引起振蕩。 12 電路設計 主電路設計 系統(tǒng)的主電路如圖 所示 。 整個系統(tǒng)的主控制器還是 PCC， 當 QF0 和 QF3 閉合后， KM0 得電閉合，兩個變頻器開始工作 ； 當變頻器的頻率達到工作的要求時 ， KM KM4 得電閉合，電機 M M2 開始工作。 當電路 工作過程中 發(fā)生 電路過載、短路和失壓時，斷路器 QF0、 QF QF QF3 能自動分斷 電路，保護電路不被損壞。接觸器 KM0、 KM KM KM KM4 具有欠壓失壓保護的功能。 K M 3 ~ K M 4控 制 柜S B故 障 報 警信 號K M 1 ~ K M 2張 力 傳 感 器M 1 ~ M 2K M 0控 制 操 作張 力 信 號紙 張 張 力變 頻 器6 S E 7 0L 1 L 2 L 3U V W變 頻 器 故 障 信 號 （ K A 1 ， I 0 0 ） ， 變 頻 器 頻 率 降 低 至 最 低 信 號 （ K A 2 ， I 0 1 ） ,變 頻 器 頻 率 = 5 0 H Z ( K A 3 , I 0 2 )F 1 2變 頻 器 啟 停 信 號控 制n( K A 1 ~ K A 3 )I 0 0 ~ I 0 3A I W 2A I W 0I 0 3I 0 4 ~ I 2 3Q 0 0Q 1 0Q 0 2 、 Q 0 4Q 0 6 、 Q 0 8Q 0 1 、 Q 0 3Q 0 5 、 Q 0 7Q 0 9主 控 制 器P C CH L 1n 圖 系統(tǒng)控制電路 整個系統(tǒng)以 PCC 為核心控制器， 系統(tǒng)的工作過程可通過控制柜 SB 來進行控制操作，通過接受變頻器的啟停信號，再根據(jù)控 制要求，控制變頻器的啟停信號，進而控制整個分部的工作狀態(tài)。 如 張力傳感器通過檢測紙張的張力后，可直接反饋給 PCC， PCC 通過改變變頻器頻率控制電機的轉速，進而改變紙張張力的大小 。 具有斷電、缺相、斷相和相序保護功能，在主電源發(fā)生缺相，設備發(fā)生斷相、反相時，保護器動作切斷設備主電源；有報警、運行、電源、故障指示燈，對設備運轉狀態(tài)及異常情況報警 。 變頻器控制電路 變頻器控制電路如圖 所示。 造紙機電氣傳動控制系統(tǒng)設計 電氣傳動系統(tǒng)又稱為電力拖動系統(tǒng)， 該傳動系統(tǒng) 是以電動機作為原動機 ，進行工作 的機械系統(tǒng)的統(tǒng) 稱。 張力控制 設計 紙張的張力的表現(xiàn)主要為紙張的彈性。 15 張 力斷 紙牽 引 力T 1T 0 圖 紙張的牽引力與 橫向 張力的關系 由圖 和 可知，當紙張的橫向張力和縱向張力 維持在 T0 和 T1 中間之間時，造紙機對紙的抄造處于最優(yōu)良的工作狀態(tài)，當然對紙張的張力 可以通過改變牽引力來控制。 總的來說，在紙的生產過程中，通過改變牽引力來控制紙張的縱向張力和橫向張力，使之處于最優(yōu)良的范圍， 不僅 能大大的提高紙張的生產效率 ，還能提高紙的質量 。假設紙張 1和 2 兩點間 ,自然 狀態(tài)的 紙張長度為 L1，當通過改變牽引力控制張力拉伸紙張以后，紙 ,2 兩點間的長度為 L2， ?L 為紙張拉伸前后的差值，紙張拉伸前的長度如下式所示： (32) 根據(jù)紙張的張力定義有 ： （ 33） 16 其中， K 是和材料有關的系數(shù)。假設 1 點的線速度為 V1,2點的線速度為 V2，經過單位時間 t 后，紙張中經過 1 點的長度為 ?L1=V1t，再通過改變牽引力控制其拉伸后，紙張中經過 2 點的長度為 ?L2=V2t。 若 ?L2?L1，則表示紙張被拉伸了，其拉伸長度為?L=?L2?L1，它的相對拉伸率為 ?L12/?L1，兩點間的張力為： （ 34） 由上式可知，在紙的制做過程中，紙張上 2 兩點的張力與它們的速度大小 無關，只與它們的速比有關，且它們的關系與張力是正比關系。 一般來說，張力控制可分為間接張力控制和直接張力控制。而直接張力這種控制方式，需要其它的測量裝置進行測量， 其控制系統(tǒng)還需要相關調節(jié)器進行調節(jié)，如張力調節(jié)器，該控制方式測量精度較高，能實現(xiàn)反饋調節(jié)，適用于造紙機。 當紙張還沒到壓光部的前導輥時，只有速度鏈控制在調節(jié)壓光部，其它設備不對其作用，如張力傳感器。 17 編 碼 器M變 頻 器速 度 鏈 計 算P C C 內 部 計 算速 差張 力 給 定 值張 力 反 饋 值張 力 調 節(jié) 器速 度 給 定速 度 反 饋 圖 直接張力控制原理框圖 I/O 分配表 表 I/O 分配表 變量名 功能 端口 I00 變頻器故障信號 輸入 I01 變頻器最低頻率信號（送 PCC） I02 變頻器正常工作信號 I03 張力過大信號 I04 手動運行按鈕 I05 自動運行按鈕 I06 選擇 M1 開關 I07 選擇 M2 開關 I08 啟動按鈕 I09 停止按鈕 I10 手動時 M1 變頻啟動按鈕 I11 手動時 M1 停機按鈕 I12 手動時 M2 變頻啟動按鈕 I13 手動時 M2 停機按鈕 I14 手動時 M1 變頻向工頻切換按鈕