【正文】 .................................................................................................................. 43 附錄 Ⅰ .............................................................................................................................. 44 附圖 Ⅰ 1 ................................................................................................................... 45 附圖 Ⅰ 2 ................................................................................................................... 46 附圖 Ⅰ 3 ................................................................................................................... 47 附圖 Ⅰ 4 ................................................................................................................... 48 附圖 Ⅰ 5 ................................................................................................................... 49 附圖 Ⅰ 6 ................................................................................................................... 50 附圖 Ⅰ 7 ................................................................................................................... 51 附圖 Ⅰ 8 ................................................................................................................... 52 附圖 Ⅰ 9 ................................................................................................................... 53 附圖 Ⅰ 10 ................................................................................................................. 54 附圖 Ⅰ 11 ................................................................................................................. 55 附圖 Ⅰ 12 ................................................................................................................. 56 附圖 Ⅰ 13 ................................................................................................................. 57 附圖 Ⅰ 14 ................................................................................................................. 59 基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 1 1 緒論 目的和意義 本次課題主要研究基于 S7200 文化紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。 為了 縮小我國(guó)造紙機(jī)械的裝備水平，提高我國(guó)的造紙機(jī)械加工能力和電氣控制的水平，部分引進(jìn)和消化吸收高新技術(shù)并有所創(chuàng)新，逐步提高紙機(jī)裝備國(guó)產(chǎn)化比例是較現(xiàn)實(shí)的道路。通過(guò)對(duì)本課題的設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)自己分析與解決問(wèn)題的能力，同時(shí)也能對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用到的如：電動(dòng)機(jī)、變頻器、 PLC、通訊技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、操作屏等有更深一步的理解。 課題背景 紙機(jī)變頻傳動(dòng)國(guó)外始于 80年代中期 ， 國(guó)內(nèi)大約在 90年代初期 。 造紙機(jī)是一種負(fù)載基本恒定、轉(zhuǎn)速恒定的穩(wěn)速系統(tǒng) ， 其最大的特點(diǎn)是要求速度長(zhǎng)期穩(wěn)定 ，同時(shí)要求動(dòng)態(tài)恢復(fù)時(shí)間盡可能短 。 進(jìn)入 90年代 ， 國(guó)內(nèi)一些中小紙廠(chǎng)對(duì)紙機(jī)變頻調(diào)速由嘗試到廣泛應(yīng)用 ， 使得這些企業(yè)確實(shí)收到了良好的經(jīng)濟(jì)效益。近幾十年，世界各國(guó)工業(yè)向著大型化、連續(xù)好和綜合化的方向發(fā)展。造紙工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的特點(diǎn)決定了其控制的復(fù)雜性。 我國(guó)是一個(gè)消費(fèi)紙的大國(guó)，造紙產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。 近十幾年以來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的日益提高，我國(guó)造紙工業(yè)也取得了快速的發(fā)展。這都是我國(guó)造紙工業(yè)國(guó)際化的趨勢(shì)。但是從世界范圍看，雖然可以說(shuō)我國(guó)已經(jīng)是一個(gè)造紙大國(guó)，但并不是一個(gè)造紙強(qiáng)國(guó)。因此全面提升我國(guó)造紙行業(yè)整體的管理、裝備和自動(dòng)化水平，使我國(guó)造紙行業(yè)進(jìn)入低污染、低消耗、高效益的強(qiáng)國(guó)之列。并隨著紙機(jī)更高功能需求、控制精度、系統(tǒng)可靠性和功能化以及降低運(yùn)行周 期成本變化而變化。 (1)交直流總軸傳動(dòng)階段。該傳動(dòng)形式的結(jié)夠復(fù)雜、占地面積大、效率低。當(dāng)直流控制理論與控制技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成熟可控硅的制造技術(shù)已經(jīng)成熟的情況下逐步發(fā)展起來(lái)的。 (3)交流變頻分部傳動(dòng)階段。并隨著新的控制理論和技術(shù)如：矢量控制、直接轉(zhuǎn)矩控制、無(wú)速度傳感器控制及基于模糊控制 、滑模變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制等理論的逐步完善，使交流變頻技術(shù)日益成熟。因此在許多領(lǐng)域交流變頻調(diào)速系統(tǒng)有逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用。該階段是在對(duì)紙機(jī)傳動(dòng)形式和對(duì)紙機(jī)傳動(dòng)特性的深入研究探討和實(shí)際紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出的。該傳動(dòng)控制方式已經(jīng)被 ABB 公司成功地運(yùn)用到大型高速紙機(jī)的傳動(dòng)中，使用效果是非常理想的。 紙機(jī)的類(lèi)型及工藝流程 按造紙機(jī)網(wǎng)部結(jié)構(gòu)的不同，造紙機(jī) [1]有下列幾種主要的類(lèi)型：長(zhǎng)網(wǎng)類(lèi)型、圓網(wǎng)類(lèi)基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3 型、夾網(wǎng)類(lèi)型、疊網(wǎng)類(lèi)型和帶有飾面輥等一些結(jié)構(gòu)比較特殊的造紙機(jī)網(wǎng)造紙機(jī)是造紙工業(yè)中最廣泛使用的一種造紙機(jī)。通?？煞譃闈癫亢透刹?jī)纱蟛糠?。?jīng)過(guò)配漿、施膠、加填和凈化以后 ，具有適于抄紙的性能的漿料，在 ～ %的濃度下進(jìn)入造紙機(jī)的漿料流送設(shè)備。漿流在網(wǎng)案的胸輥中心線(xiàn)附近上網(wǎng)以后，逐漸地過(guò)濾、脫水，形成連續(xù)的濕的紙幅。當(dāng)濕紙幅脫水到一定干度 (通常是 20%左右 )，便可以從網(wǎng)面剝離，送至壓榨部繼續(xù)脫水。濕紙幅是由壓榨毛毯支托著，在壓輥間用機(jī) 械擠壓的方法脫水的。經(jīng)壓榨部后，濕紙幅的干度一般可達(dá) 40%左右。造紙機(jī)的干燥部通常是 由許多用蒸汽從內(nèi)部加熱的烘缸組成。干燥后，通常使用由 6～ 8 輥組成的壓光機(jī)來(lái)提高紙幅表面質(zhì)量。 長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)的用途廣泛，可以生產(chǎn)絕大多數(shù)品種的紙張。各種用途和大小的長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)基本上是類(lèi)似的，它們有相同的工作原理和相似的結(jié)構(gòu)組成，只是由于生產(chǎn)能力和產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)上有一些局部的差異。小型紙機(jī)只有一個(gè)主傳動(dòng)點(diǎn)，真空伏輥，此類(lèi)紙機(jī)傳動(dòng)比較容易控制，沒(méi)有特殊要求。這類(lèi)紙機(jī)在傳動(dòng)控制中應(yīng)設(shè)有負(fù)荷分配。網(wǎng)部真空伏輥包角比較小，在沒(méi)有開(kāi)真空度時(shí)與網(wǎng)摩擦力較小，而且 上漿后真空度的變化引起負(fù)荷的變化，會(huì)造成打滑現(xiàn)象。所以網(wǎng)部負(fù)荷分配應(yīng)充分考慮到這幾種工作狀態(tài)，必須設(shè)置負(fù)荷不平衡度限制和速度限幅保護(hù)功能。 圓網(wǎng)造紙機(jī)與長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)的組成基本相同，也是由網(wǎng)部、壓榨部、干燥部和卷紙機(jī)等組成。 圓網(wǎng)造紙機(jī)在國(guó)內(nèi)小型造紙廠(chǎng)中被廣泛地采用 。復(fù)合造紙機(jī)，使用上述各類(lèi)型造紙機(jī)的網(wǎng)部，即使用不同型式的陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)） 4 紙幅成形裝置所組合起來(lái)的造紙機(jī)，都可以稱(chēng)為復(fù)合造紙機(jī)?，F(xiàn)在最常見(jiàn)的是由多個(gè)圓網(wǎng)和一個(gè)長(zhǎng)網(wǎng)組合成的紙機(jī)它常用來(lái)生產(chǎn)多層板紙。 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù) 本課題主要對(duì)文化紙機(jī)硬件傳動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)及各部分原理的了解和紙機(jī)速度鏈、負(fù)荷分配等功能實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)闡述。紙機(jī)的基本組成部分按照紙張成型的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機(jī)、卷紙機(jī)等。為了防止紙張?jiān)趥?動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)斷裂、卷曲、褶皺、壓痕等問(wèn)題。紙機(jī)各部分之間的張力控制，以使紙機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)對(duì)應(yīng)于脫水及干燥度等工藝參數(shù)，從而保證了紙張按成紙方向所限定的伸展率進(jìn)行延伸。在紙機(jī)的網(wǎng)部等多傳動(dòng)網(wǎng)控制中需要有靜態(tài)補(bǔ)償控制?；?S7200PLC 文化紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 5 2 變頻調(diào)速基礎(chǔ)知識(shí) 變頻器 變頻器基礎(chǔ) 原理知識(shí) 變頻器是利用 電力 半導(dǎo)體器件的通斷作用將 工頻 電源變換為另一 頻率 的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟起動(dòng)、 變頻調(diào)速 、提高運(yùn)轉(zhuǎn) 精度 、改變功率因數(shù)、過(guò)流 /過(guò)壓 /過(guò)載保護(hù)等功能。 變頻器的組成和分類(lèi) 控制電路：控制電路完成對(duì)主電路的控制。 整流器 :整流器與單相或三相電源連接，產(chǎn)生脈動(dòng)的直流電壓，將交流變換為直流。將整流電壓變換成直流電流；使脈動(dòng)的直流電壓變得穩(wěn)定平滑，供逆變器使用。 一般的三相變頻器 [2]的整流電路由三相橋式全控整流橋組成。整流電路的主要分類(lèi)有：按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。此外，由于電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的需要，在直流中間電路中有時(shí)還包括制動(dòng)電阻以及其他輔助電路。它是利用六個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件組成的三相橋式逆變電路，有規(guī)律的控制逆變器中的主開(kāi)關(guān)元器件的通與斷，得到任意頻率的三相交流電輸出。因此，在直流環(huán)節(jié)和電動(dòng)機(jī)之間總會(huì)有無(wú)功功率的交換，這種無(wú)功能量就靠中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件來(lái)緩沖。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。 變 頻器工作原理 主電路是給 異步電動(dòng)機(jī) 提供調(diào)壓調(diào)頻電源的電力變換部分，變頻器的主電路大體上可分為兩類(lèi) :電壓型是將電壓源的直流變換為交流的變頻器，直流回路的濾波是電容。 它由三部分構(gòu)成，將工頻電源變換為直流功率的 整流器 ，吸收在變流器和逆變器產(chǎn)生的電壓脈動(dòng)的 “平波回路 ”，以及將直流功率變換為交流功率的 “逆變器 ”?，F(xiàn)在使用的變頻器主要采用交 —直 —交方式（ VVVF 變頻或矢量控制變頻），先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。 整流電路： VD1VD6 六個(gè)整流二極管組成不可控全波整流橋。 變頻器功能與控制方式 自 70 年代初產(chǎn)生的變頻器調(diào)速技術(shù)，經(jīng)過(guò) 30 年的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一 個(gè)理論上成熟，技術(shù)上完善的電力拖動(dòng)控制設(shè)備。例如最初的變頻器電壓和頻率的控制規(guī)律簡(jiǎn)稱(chēng) V/F 曲線(xiàn)是由設(shè)定的電壓 /頻率曲線(xiàn)或圖形來(lái)表示和實(shí)現(xiàn)的。例如，確定的 V/F 曲線(xiàn)，可以理解為就是一個(gè)變頻電源，至于實(shí)際的電機(jī)運(yùn)行情況變頻器是不予理會(huì)的。只要電機(jī)參數(shù)基本準(zhǔn)確，這種補(bǔ)償比起 V/F 控制要先進(jìn)多了，理論上說(shuō)可以實(shí)現(xiàn)真正的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。因?yàn)樵O(shè)定和使用這些參數(shù)發(fā)揮最佳效果必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和反復(fù)調(diào)整，如果設(shè)定不好可能還不如簡(jiǎn)單的 V/F 曲線(xiàn)好。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較低，轉(zhuǎn)矩受定子電阻壓降的影響比較顯著，使輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過(guò)反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。 3)矢量控制 （ VC） 方式 矢量控制變頻調(diào)速的做法是將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子電流 Ia、 Ib、 Ic、通過(guò)三相－二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流 Ia1Ib1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流 Im It1（ Im1 相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流； It1 相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流），然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。通過(guò)控制轉(zhuǎn)子磁鏈，然后分解定子電流而獲得轉(zhuǎn)矩和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，經(jīng)坐標(biāo)變換，實(shí)現(xiàn)正交或解耦控制。然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準(zhǔn)確觀測(cè)，系統(tǒng)特 性受電動(dòng)機(jī)參數(shù)的影響較大，且在等效直流電動(dòng)機(jī)控制過(guò)程中所用矢量旋轉(zhuǎn)變換較復(fù)雜，使得實(shí)際的控制效果難以達(dá)到理想分析的結(jié)果?；虿桓鶕?jù)負(fù)載和使用情況采用一些不適當(dāng)?shù)呐渲茫顿Y增加卻沒(méi)有應(yīng)有的效果。 ACS550 的構(gòu)成及功能