造纸机传动控制系统

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0.01%；

（3）速差控制，速比可调、稳定。纸幅在网部和压榨部时，其纵向伸长横向收缩，而在烘干部时，两向都收缩，因此纸机各分部的线速度稍有差异，即速差。速差在一定范围内变化不引起纸页质量的突变。此时的速差对成纸来说，主要影响纸页的克重。误差应控制在0.1%以内保持纸张不被拉断。纸机各分部的速比的最大波动值与浆料配比、定量、车速、生产工艺、纸页收缩率及分部之间的纸幅无承托引段的张力等因素有关。因此，造纸机各相邻分部间应有适当的速差来形成良好的纸页。纸机各分部的速度必须是可以调节的，为±10~15%。利于工作时调整。为了生产较高质量的纸幅和减少断头率，还要保持各分部间速比的稳定；

（4）各分部点具有速度微升、微降功能，引纸操作时的紧纸、松纸功能。具有刚性联结或软联结的传动分部，如网部、压榨部、施胶部，能进行负荷动态调节。防止某点的速度发生变化而引起负荷在分部内动态转移，如不及时进行自动的调节（因为现在使用的变频器基本上都不具备长期四象限运行能力），有的传动点负载可能超过它自身的功率范围引起过流发生，有的传动点被拖动而引起过高的泵升电压，导致变频器过压而保护跳闸，甚至损坏变频器和损坏毛布。同时在这些分部中，应具有单动、联动功能，并可以同时起动、停止。必要的显示功能，如线速度、电流或转矩、运行信号、故障信号等；

（5）爬行速度。为了检修和清洗聚酯网、压榨毛毯、干网以及各分部的运行工况，各分部应有15～50m/min可调的爬行速度，但不宜在此

速度下长时间运行；

（6）纸机为恒转矩负载性质，要选择具有恒转矩控制性能的变频器，并具有较高的分辨率，良好的通讯能力，并采用plc作为控制单元，实现对整个控制系统的可靠、协调的控制，以满足纸机控制系通正常工作的需要。

2 控制系统组成

系统原理图如图2所示。该纸机传动系统采用由s7-226小型plc作为系统的控制中心；由功能较强大的森兰sb80系列变频器为驱动单元，频率分辨率为0.01hz以上；变频专用电机作为执行单元；欧姆龙编码器提供速度反馈信号，使纸机传动在速度闭环运行模式下，从而使控制系统稳速精度达到0.01%。由plc通过西门子modubus协议、rs485网络与变频器实现速度链功能、速差控制、负荷分配功能、总车速升、降、各分部点的速度升、降及紧纸、松纸等功能，较理想地满足纸机正常工作的需求。

森兰sb80系列变频器采用ti推出的32位150mips的高速电机控制专用dsp和自主开发的嵌入式实时软件操作系统；电机控制理论的先进性――转子磁场定向和精确磁通观测器的闭环电流矢量控制；整机设计的先进性――高启动转矩、高过载能力、高速电流限制等。森兰sb80能满足各种苛刻工况下的电机控制，广泛应用于恒转矩控制、位置控制、张力和卷绕控制、纺织应用等领域。

3 控制系统软件设计

控制系统的软件设计基于以下原则：1 程序模块化结构化设计，其中负荷分配、速度增减、初始化、紧纸、速比计算、校验、数据发送、接收等作为子程序调用;2 程序采用循环扫描的方式对传动点进行处理，简化程序，提高程序执行效率;3 采用中断子程序进行数据的发送、接收;确保数据的准确快速的传输;4 必要的软件保护措施，以免造成重大机械损害。

因此该程序通用性强，可移植性好，使用不同的变频器，只须进行相应

协议的格式的定义。即数据发送、接收、校验程序的相应修改即可，满足纸机运行的需要。主程序流程图如图3所示

图3主程序流程图

3.1 速度链设计及速差控制

速度链结构采用二叉树数据结构算法，完成数据传递功能。首先对各传动点位置进行数学抽象，确定速度链中各传动点编号，此编号应与变频器内部地址一致。然后根据二叉树数据结构，确定各结点的上下、左或右编号。即任一传动点由3个数据（“父子兄”或“父子弟”）确定其在速度链中的位置，填入位置寄存器数值。如图4所示

图4 位置寄存器示意图

该传动点速度给变频器后，访问位置寄存器，确定子寄存器结点号，若不为0，则对该经点进行相应处理，直到该链完全处理完；再查兄弟寄存器结点号，处理另一支链。所以只须对位置寄存器初始化，即可构成具有任意分支结构的速度链。

算法设计采用了调节变比的控制方法。如图五所示，纸机二压点作为速度链中的主节点，它的速度就是整个纸机的工作车速。在 plc内，我们通过通信检测到车速调节信号则改变车速单元值，同时送给驱网、吸移、真压、一压分部，其速度值乘以相应的速比，即是该传动点的速度运行值。若某一分部速度不满足运行要求，说明该分部变比不合适，可通过操作该分部的加速、减速按钮实现，plc检测到按钮信号后调整了变比，使其适应传动点间的速差控制要求。相当于在plc内部有一个高精度的齿轮变速箱，可以任意无级调速。

若正常生产中变比合适，需要紧纸、松纸操作时，按下该分部紧纸、松纸按钮，plc将对应在速度链上附加一正或负的偏移量则实现紧纸、松纸功能。同时送下一级计算，依此类推，构成速度链及速差控制系统。前一级车速调整，后面跟随调整，后级调整不影响前级,适应纸机操作引纸的顺序要求。

速度链的传递关系由图5来体现，由plc软件实现。

图5 纸机速度链结构图

3.2 负荷分配设计

该纸机传动结构上有柔性联结的传动点，烘缸部和压榨部。它们之间不仅要求速度同步还需要负载率均衡，否则会造成一个传动点由于过载而过流，而另一传动点则由于被带动而过压，影响正常抄纸，甚至可能撕坏毛布，损坏变频器、机械设备。因此这两个传动部分的传动点之间需要负荷分配自动控制。

负荷分配工作原理：假设p1e、p2e为两台电机额定功率，pe为额定总负载功率，pe= p1e+p2e 。p为实际总负载功率，p1、p2为电机实际负载功率，则p= p1+ p2。系统工作要求 p1=p*p1e/pe ，p2=p*p2e/pe，两个值相差≤3%。

由于电机功率是一间控制接量。实际控制以电机定子转矩代替电机功率进行计算。

plc采样各分部电机的转矩，计算每一组的总负荷转矩，根据总负荷转矩计算负载平衡时的期望转矩值。计算平均负荷转矩方法如下公式所

示。

m=

其中： ml1 、ml2 是压榨、烘缸电机实际输出转矩；

pe1 、pe2 是压榨、烘缸台电机额定功率；

m 为负荷平均期望转矩

plc通过modbus总线得到电机转矩，利用上述原理再施以pid算法，调节变频器的输出，使两电机转矩百分比一致。即完成负荷自动分配的目标。

设置最大限幅值，如果负荷偏差超过该设定值，要停机处理，以防机械、电气损害发生。负荷分配控制实现的前提是合理的速度链结构，使负荷分配的传动点组处于子链结构上，该部负荷调整时，不影响其它的传动点，因此速度链结构是采用主链与子链相结合的形式。

3.3辅助控制的机、电、液一体化设计

辅助部分的机、电、液一体化、连锁及保护、卷纸机自动换卷控制、稀油站润滑系统等辅助电气系统协调工作，以保证系统正常运行和设备安全。

4变频器部分主要参数设置

变频器主要参数设置如下表所示，本表适合各系列森兰变频器，所以未列出代码，实际只需找到相应功能设置好即可：

对表中部分参数注释如下：加减速时间，在造纸机传动系统中，由于传动点数目较多，即变频器数量较多，所以负载不近相同。这就要求加

减速时间设定不同，对烘缸类大惯性负载加减速时间要长一些，否则会导致变频器过载报警，对其他辊类负载则加减速时间可稍短一些。通讯参数中地址设定一般从一侧设置至另一侧，即由1至最后。本表为主要参数，还有一些其他参数需据现场情况作相应改动，本文不一一复述。

4 结语

造纸机传动系统各个传动点既要保持一定的速度一致性，又要有一定的速差。同时具有机械相联系的传动点又要有负荷平衡即负荷分配功能。森兰sb80系列变频器具有很高的可靠性和和完善的功能实现，通过丰富的参数组态与plc通过modubus协议通讯、协调工作可满足中、高速造纸机对传动系统要求大速比变化、高稳态精度等控制性能的需要。