造纸机分部的传动控制系统
造纸机变频传动控制系统电磁兼容牲的分析与设计
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收稿 日期 ：０ ２ ５ １ ２ １— — ８
式 中：
电子 线路 受 干扰 的程 度 ；
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度 ：Ｃ 干扰 源 通过 某途 径 到 达受 干 扰处 的耦 合 因 － ＿
数 ： 受 干扰 电路 的抗干 扰性 能 卜 这 三个环 节相 当复杂 ．不 同的场合 有不 同的表 现 ， 起来 说 ， 总 根据 电磁 感 应 、 电磁 振 荡 与 电磁 波传 播等 基本 物理 规律可 知 ．电磁物 理量 随时 间变 化越 快 ，越容 易感 生 电磁 干扰 ：频率 越高越 容易产 生辐 射： 电磁 场强度 与距离 平方 成反 比 ： 一些 灵敏度 高 的 未屏 蔽 电路容 易产生耦 合 等等
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造纸机 变频传动控制系统 电磁
兼 容 牲 的分析 与设 计
王 红 艳
（ 西科技 大 学 ， 西 西安 ，１０ １ 陕 陕 ７ ０２ ）
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在对 电磁 兼容原理 介 绍的基 础上 ，详 细 分析 了 变频 调速 系统 电磁 干扰 产 生的原 因与 途径 ， 并 分析 和设 计 ， 出了一 些 可供 电气传动 系统设 计 时的参考 措施 。 提 关键词 ： 电磁 兼容 分析 与设 计 造 纸传 动
因数 低 ． 波 电流 大 ， 流 回路 需要 大 的储 能 电容 ， 谐 直
纸机传动控制系统的设计与应用(新)
纸机传动控制系统的设计与应用李明辉孟宪坤（陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021）摘要：根据纸机的工艺结构及要求，提出了采用光纤主/从宏连接的方法，并根据偏差信号的大小选择先进的PID控制算法来调节实现对负荷分配的控制；利用二叉树数据结构算法实现速度链结构的控制，设计了基于Profibus的纸机传动控制系统。
实际运行结果表明，其控制稳定性好，可靠性高，较好地满足了对纸机控制精度和稳定性的要求。
关键字：纸机；传动控制；现场总线；变频器；PLC中图分类号：TP273文献标识码：BDesign and A pplication of T ransmission C ontrol S ystem for P aperM achineLi minghui Meng xiankun（College of Mechanical&Electrical Engineering,Shannxi University of Scince&Techology，Xi’an 710021,China）Abstract：According to the technology structure and requirements of paper machine,Proposed approach using optical fiber master/slave macro connection，and according to the size of the error signal to choice the advanced PID control algorithm to adjust to achieve the load distribution control;used binary tree data structure algorithm to achieve speed control of chain structure,designed the drive control system of paper machine based on Profibus.The operation shows that the system is stable and reliable,it can meet the precision and stability requirement of Paper Machine。
纸机传动控制系统的设计说明书
摘要造纸工业的发展直接关系整个国民经济的发展，在现代社会对各类纸张的消费水平在某种程度上标志着一个国家的文明程度。
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对各类纸的消费需求越来越大，进而对纸机的自动化控制要求也越来越高。
据此，本文结合纸机的生产工艺及其工作过程分析了纸机对其电气传动控制系统的设计要求，并按照对控制系统的要求分析研究了各分部的控制原理得出相应的控制方案。
本文采用国内外较成熟的总体设计结构，即三级控制网络，变频器与电机等相关的控制设备构成第一控制级，通过Profibus-DP与整个控制系统的核心单元也就是第二控制级PLC进行数据的通信，PLC不仅可以通过Profibus-DP与现场的操作面板进行数据通信以达到实时控制的作用，而且又能通过高速的工业以太网与第三控制级即上位机管理操作控制室进行连接，最后设计了基于现场总线的纸机电气传动控制系统，该控制系统的设计解决了纸机整体复杂的控制系统难以控制的问题。
所设计的系统经过在实际生产中的投入运行，纸机的车速得到了进一步的提高，满足了纸机对控制系统的各项要求，且具有较高的稳定性和可靠性，提高了企业的生产效率及效益，促进了造纸工业自动化技术的发展水平，所以该系统的设计与研究的成果具有在工业应用中大力推广的价值。
关键词:现场总线；变频器；Profibus-DP；PLCABSTRACTThe paper industry is closely linked with national economic development and social civilization．The paper and paperboard consumption level is a measurement of one of the important symbol of the degree of modernization and civilization of a country．With the development of national economy and the improve of people’s living standards，people’s consumption demand for various types of paper is increasing，thus the machine automation control requirements have become more sophisticated．Accordingly, this paper combined the paper machine production process and its working process，analyzed design requirements of the machine to its electric transmission control system．and in accordance with the requirements of the control system，analysis and study of the various segments of the control principle to draw the corresponding control program．This paper used more mature overall design structure at home and abroad that is the three level control network，inverter and motor and related control devices constitute the first control level，data communication via Profibus-DP with the core unit of entire control system that is the second control level PLC，PLC not only via Profibus-DP and the scene of the operation panel for data communication in order to achieve real-time control，but also by high—speed industrial Ethernet connect to the third control level that is the host computer management operations control room．Finally, the paper designed the electric drive control system of paper machine based on Fieldbus．The designed of the control system to solve the problem of the overall complex control system of the machine being is difficult to control．The designed system has been put into the actual production running，paper machine speed has been further improved，meet the requirements of machine control systems and has high stability and reliability, improved the production efficiency and effectiveness of enterprise，promoted the level of development of paper industry automation technology, so the design and the results of research for this system have the value to promote in industrial applications．KEY WORDS：fieldbus；inverter ；Profibus-DP；PLC目录1 摘要 (I)1 abstract (II)1 绪论 (1)1引言 (1)1.2 选题背景与研究意义 (1)1.3 国内外发展现状及趋势 (2)1.4 本文研究主要内容 (4)2 纸机工艺概述及对控制系统的要求 (5)2.1 纸机生产工艺的介绍 (5)2.2 纸机生产能力的计算 (8)2.3 纸机功率的计算 (9)2.4 纸机的技术参数 (10)2.5 纸机对控制系统的要求 (11)2.6 本章小结 (13)3 现场总线技术的分析及应用研究 (14)3.1 现场总线技术的概述 (14)3.2 现场总线系统的特点及优点 (15)3.3 PROFIBUS的通信模型 (16)3.4 现场总线的通信协议 (16)3.5 PROFIBUS-DP的协议 (18)3.6 PROFIBUS传输技术介绍 (19)3.6.1 PROFIBUS电缆的传输 (19)3.6.2 光纤的传输 (20)3.6.3 RS-485串行通信接口 (20)3.6.4 PROFIBUS插头及使用 (21)3.7 PROFIBUS-DP系统的总线访问控制 (22)3.7.1 PROFIBUS-DP系统组成 (22)3.7.2 PROFIBUS-DP系统的总线访问控制 (23)3.8 PROFIBUS-DP系统的工作过程 (24)3.9 基于PROFIBUS-DP的纸机电气传动数据的传输 (25)3.9.1 DP从站数据的读取 (27)3.9.2 DP从站数据的写入 (28)3.9.3 数据通信部分程序编写 (28)3.10 PROFIBUS-DP主从站的通信及组态 (29)3.10.1 PROFIBUS-DP主从站通信的介绍 (29)3.10.2 PROFIBUS-DP主从站通信的组态 (29)3.11 本章小结 (31)4 纸机传动控制系统的硬件设计及选型 (33)4.1 PLC控制系统设计方法 (33)4.2 PLC的硬件选型 (35)4.2.1 CPU的选型 (35)4.2.2 电源模块选型 (36)4.2.3 I/O模块选型 (36)4.2.4 接口模块选型 (39)4.3 变频器的特点及工作原理 (40)4.4 变频器的选择与容量的计算 (41)4.4.1 变频器的容量计算 (41)4.4.2 变频器的类型选择 (43)4.5 变频器的主要控制功能 (44)4.5.1 频率设定功能 (44)4.5.2 PID控制功能 (44)4.5.3 制动控制功能 (45)4.5.4 网络通信功能 (45)4.5.5 主/从宏功能 (45)4.6 变频器外围部分的硬件设计 (46)4.7 变频器主要运行参数的设定 (48)4.8编码器的选型 (50)4.9 本章小结 (52)5 基于现场总线的纸机电气传动控制系统的设计 (53)5.1 整体结构的设计 (53)5.2 S7-300 CPU部分的设计 (55)5.3 PLC与0P27之间的通信 (56)5.4 速度链的设计及控制 (57)5.5 负荷分配的控制 (60)5.6 张力控制 (63)5.7 纸机的实际生产运行状况 (64)5.8 本章小结 (65)设计总结 (66)参考文献 (68)致谢 (72)外文资料 (73)中文翻译 (81)1 绪论1.1 引言纸在人类文化、科学、工业、农业、国防和商业等各方面的发展进程中起着举足轻重的作用，自从人类发明了纸，悠久的文化知识才得到了更好的继承与保存以及迅速的传播人，从而推动了整个人类的精神文明与物质文明的的不断进步。
造纸机传动系统设计
摘要纸对于人们而言是必不可少的一种生活用品，在工作、学习当中都经常会用到。
并且在人类历史的流传以及文化的交流也起着极其重要的作用，在材料中属于最基本的层次。
在我国历史长河中，造纸出现的极早，我国在这个领域当中技术也属于走在世界前沿的，而这个行业对于我国经济的发展也有着极为重要的作用。
目前，我国这个行业的特色是：行业内企业数量较多，但从规模而言都并不大，并且纸张的品种远远跟不上人们的需求，技术层次上并没有突破，大多数工作都要依靠人力进行，对环境造成了恶劣影响。
而根据有关数据显示，在企业方面规模中等的数量在三千左右，在造纸时，选择的都是效率比较低的机器，也就是速度低于300m/min，并且在控制系统方面选择的也一般是开环方式；而速度属于中等范围，也就是300m/min到550m/min之间的，在工作时性能极不稳定，会出现速度链无法达到一致，有时还会出现断纸的现象，由此看来在制造机器时并没有将可能发生的故障灯纳入考量范围，导致生产时出现事故的可能性较大，对企业也有很大的负面影响；而技术较为先进的机器，基本上都是从国外引进，因此在这方面的开销也较大，对于企业的压力也有所提升。
而且因为这方面的限制，引进的机器必须包含有关的所有设备，并且在维修方面因为国内外的差异，造成了很大的阻碍，所以这类机器在真正使用时难度系数较大。
而相关行业竞争相当激励，我国技术方面也没有较大的突破，所以要对这方面予以足够的重视，并且控制系统也要进行不断完善，使得我国在竞争当中不至于处于劣势地位。
在上世纪八十年代，矢量变频技术相对而言已经较为先进，并且为了在实际应用当中，少一些阻碍，以ABB、SIEMENS、AB等公司为代表的电气公司着手针对控制系统进行改进，利用公共直流母线进行技术上的突破，使得传动更为顺畅，并且在那个时期将其应用于各种相关的行业当中，如造纸。
而在1994年，苏州紫兴纸业便逐步开始利用PPS-200系统，到后期，便从国外引进了这类系统构成的规模较大的造纸机，其控制便是利用上述提到的集散控制系统进行的，并且国内研究人员在国外技术的基础之上，不断进行学习和研究，到1997年，天津电气传动研究所便开发了一种基于上述系统但具有自主知识产权的相似系统，并且在实际应用中效果也较好，至此，我国便在这方面不再需要依赖于国外的机器才能进行相应的生产制造。
浅谈纸机传动控制系统常见通讯故障与解决措施
浅谈纸机传动控制系统常见通讯故障与解决措施摘要】现代纸机借助信号通讯技术，实现了自动化传动运作模式，在相关领域中十分普及，而结合普遍案例来看，其传动控制系统的通讯功能经常出现故障，且故障种类较多，不利于纸业经济收益，同时给人工带来了一定的工作负担。
就这一点本文为了降低纸机传动控制系统通讯故障概率、治理故障问题，将先分析常见问题及成因，后针对问题提出对应的解决措施。
【关键词】纸机传动控制系统；通讯故障；解决措施0.引言纸机传动控制系统大致可以分为两个部分，即传动设备、自动化控制系统，原理上通过自动化控制系统，可以对传动设备进行控制，控制逻辑依照人工预设流程来实现，由此在正常条件下纸机可以自动完成传动作业、而实际上，自动化控制系统对传动设备的控制依赖于信号通讯，这一条件下因为工作环境中时常存在信号干扰因素，导致信号通讯质量不佳，在控制中就容易形成误动、拒动等问题，此类现象均属于信号通讯故障。
1.常见通讯故障1.1电机停止在本质上纸机类属电机设备，其运作必须由若干数量、型号的电机作为能源支撑，而传动通讯在其中主要对电机进行控制，使其供电时间、供电电压等依照预设逻辑合理运作，这一条件下如果通讯出现故障，电机运行就会出现问题。
此类问题在现代很多纸厂内都有存在，可见此类问题较为普及，应当得到重视。
例如某案例中拥有1~5号电机，其中3、5号电机时常无故停止运作，且通过重启系统的方法难以恢复，但又会突然自行运作，可见案例中存在电机停止问题，究其原因主要因为3、5号电机信号通讯线路中间分别存在2.1m、0.7m宽度的实心结构，导致信号无法直接与电机信号接收端接触，因此电机时常无故停止。
1.2高频率瞬时故障正常条件下受信号通讯功能控制的纸机传动设备的运作过程十分流畅，不会出现瞬时卡顿现象，即使偶有出现也不会造成影响，但结合现代普遍案例来看，其时常出现高频率瞬时故障，即瞬时卡顿现象的发生概率十分频繁，对纸机性能有不利影响。
造纸机传动系的常见故障分析
造纸机传动系统的常见故障分析造纸机传动系统的常见故障分析1 引言造纸机电气传动控制系统性能的好坏是决定一台造纸机能否高效率、高质量进行生产的前提，那么对于一台正常生产的造纸机来说，为保证其连续地高效率、高质量进行生产，传动系统的维护就显得尤为重要，本文列举了造纸机传动系统维护中的几类常见故障，并给出了相关分析及解决办法。
2 整机故障的判断与分析作为电气技术人员，首先对所管理的设备要有充分的了解，对工作原理和设计思想要有非常清楚地认识。
从原理上搞清楚再依据现象作出分析判断，是正确区分故障原因的基础。
一般车间操作工或维修电工所能发现的只是生产过程中的表面现象。
例如操作失灵，频繁断纸，引纸困难等。
这些现象往往被操作人员视为电气故障，经常听到的抱怨是“车速不稳”。
对于这种抱怨电气技术人员要做到一看二测三试验。
一看是先看准问题的部位和现象位置及综合工艺流程分析原因所在；二测是对观察到的速度、电流等参数进行实测确认，排除指示错误；三试验是进行开环或空载等单机试验，确认电气或机械故障的大体范围。
2.1 可以确定的电气故障或机械故障1. 电气故障1) 变频器不能启动，而负荷又不存在卡死或堵转情况；2) 电机发热异常，甚至冒烟，或者电流很大而电机不转或力矩很小，这有可能是线路故障或电机内部故障；3) 操作失灵，加减速不动作，或反映不正常时好时坏；负荷分配不平衡，可以调整但变化度不稳定等。
这些可能与线路接触或通讯干扰等故障有关。
2.机械故障1) 轴承发热；2) 设备转动声音异常，明显周期性声响且能观察到机械周期；3) 网部常见的机械故障就是驱网辊打滑，表现为负荷分配时好时坏，特别是异常加速。
如驱网辊打滑后摩擦阻力突然下降负荷电流下降，而程序上对负荷下降的动作是加速，因而造成驱网辊不断加速最后飞车。
这种情况简单的可以把网子张紧一些，如果不行则只能减小伏辊电流限值或增大驱网辊包角。
2.2 难以确认故障源的故障对于比较明显的故障则可以直接从故障点入手解决，而纸机实际运行中往往会出现一些难以确定故障源的异常现象。
纸机传动控制系统的配置与控制原理
自动 负荷分 配控 制功能 对 于负 荷分配 点, PLC 要完成负荷分配运算及控制。
PLC与操作面板实行 PROF IBU S现场总线高速 通信 将传动各分部点工作状态实时在触摸屏显示出 来; 并接受操作面板上的操作指令, 控制各传动部分执 行相应的动作。
采用公共直流母线的多电机传动系统。使用西门 子 6SE70系列工程型逆变器, 配有 DP 通信板, 与 PLC
现场控制信号的采集 PLC通过 PROF IBUS现 场总线检测现场操作台操作信号。
组成 PROF IBUS DP现场总线控制网络进行实时高速
速度链的控制及计算 PLC 根据工艺要求完成
通信。所有逆变器都采用光电编码器的反馈方式, 通 过矢量运算, 它能够确定和控制转矩和磁通的电流分
0 引言 随着造纸生产工艺和设备的不断进步, 纸机日益
向高速化、大型化方向发展, 对造纸生产自动控制的要 求越来越高。现代高速宽幅纸机传动点多, 信息采集 点多, 通信数据量大, 要求传动控制系统有高稳定性和 快速动态响应。全数字化通信网络传动控制系统顺应 了纸机传动网络化和计算机集中控制的发展趋势, 并 具有极高的控制精度、响应速度和可靠性, 同时作为整 厂集中控制系统的一部分, 开放的结构将方便地与所 有控制设备系统通过数据网络进行联接, 成为真正集 成的、贯穿全系统的新型自动控制系统。
1 控制系统结构 [ 1] 控制系统采用典型的三级控制网络结构: 生产管
理级、自动控制级和现场控制级。如图 1所示。 1. 1 传动监控系统 (管理级 )
PCC的造纸机电气传动控制系统设计 精品
1 引言1.1 课题设计的背景及意义从古文明开始，还没有纸的出现，直到东汉才出现了纸，这是蔡伦制成的。
纸在初现期间，并没有得到广泛应用，直到魏晋南北朝时期，才广泛流传。
直到现在，纸在我们的生活中随处可见。
随着我国工业的发展，人们生活水平的提高，纸在我们的生活中应用越来越广泛，已经成为不可替代的生活用品，比如书籍、报纸、作业纸、包装纸、卫生纸等等，在我们的生活中随处可见。
除了生活用纸外，纸在其他领域也有广泛的应用，如工业用纸、农业用纸和医疗用纸等。
从这些方面可知，纸在我们的日常生活中的影响越来越大，人们的生活早已离不开纸。
人们对纸的需求量日益增长，对纸的种类需求也越来越多，从作业纸到书籍用纸，从包装纸到卫生纸，再到餐巾纸等，纸的种类真的是多种多样，这就导致对纸的生产工艺和生产质量有了更高的要求。
造纸术是我国的四大发明之一，对世界的文明有着深远的历史意义，从以前的手工制纸发展到现在的机制纸，可见我国的造纸技术有了很大的进步和发展。
但这还远远不够，人们对纸的需求量的多样化，需要不断提高造纸工业的自动化水平，加快造纸行业的发展，才能满足人们对纸的需求。
提高造纸业的自动化水平，对我国的造纸业有深远的指导意义。
1.2 课题设计的研究现状纸的制造是一个非常复杂的过程，近年来，大型化、自动化和智能化是世界各国工业的发展趋势。
为了提高纸张的质量、降低生产成本、节约自然资源、减少废气排放以及提高纸的产量，造纸业的自动化水平在不断地提高。
造纸业早期的控制方式比较简单，使用的是应用常规仪器调节仪表的简单控制，目前大多数都使用PLC来控制，大大的提高了造纸业的自动化水平。
PLC具有可靠性高、抗干扰能力强，编程比较简单、容易掌握，功能比较完善、使用灵活方便，体积小、质量轻、功耗低等优点。
基于PLC控制的造纸机不仅大大的提高了自动化水平，还节约成本。
而PCC代表的是目前自动化领域最先进的自动化控制技术，不仅综合了PLC和工业可编程控制器（PC）两者的技术优势，而且还有PLC和PC所没有的优势。
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造纸机分部的传动控制系统
老式纸机很多采用单直流电机传动，通过机械分配转速的方式。
由
于在生产过程中机械磨损、皮带的打滑等因素，造成速度匹配失调，容易
形成断纸、厚薄不均等现象。
同时由于现场高温潮湿，使电机维护量增加。
为了优化产品质量，提高劳动生产率，很多现场已将其改为多电机分部传动，即取消直流电机及其动力的机械传动部分，在每一个传动分部安装交
流电机，采用交流多点传动方式。
1．造纸机对传动控制的要求造纸机的传动包括网部、压榨部、烘缸、
施胶、压光、卷取等分部。
其传动为变速传动。
为了生产过程纸页特性
变化的需要，造纸机的传动必须能够在一定范围内调节车速，并且各个分
部的速度能单独调节。
A. 各分部速度既准确又易于调整。
B. 传动效率高，降低动力10%-15%。
C. 各部分的负荷控制和传动的管理比较方便。
D. 便于生产过程的自动控制和调整，降低维护费用和节省劳动力。
2．变频器选型根据造纸机对传动的控制需求，选用西门子矢量型变
频调速器6SE70，特点如下：A. 标准化及模块化。
整个变频器的结构非常
紧凑，主板及扩展板都有是通过总线插槽连接，各组件接近，便于维修。
由于集成度的提高，使装置具有很高的可靠性。
B. 搞于扰性好，运行可靠，不受元器件老化和温度漂移的影响，能长期保持稳定的控制精度。
C. 适应电源电压波动范围广，能自动适应电网频率变化45-65HZ。
D. 具有
很强的自诊断处理功能，提供有关故障原因的补充信息，使故障排除更为
简单，维护方便。
E. 灵活多变的通讯能力。
可采用USS、PEER TO
PEER、PROFIBUS-DP、CAN、SIMOlink等多种方式通讯及联网。
3．同步在造纸过程中，保持各传动子系统之间的同步运行是尤为重要的。
这种同步，不仅仅是稳速运行时需要同步，而且在加减速的动态过程中也需要保证线速度的一致。
为此，我们采取以下两个措施，以达到同步的目的。
3．1提高系统的动态响应所有变频器都采用光电编码器的反馈方式，通过矢量运算，它能够确定和控制转矩和磁通的电流分量，获得同直流传动相媲美的动态特性。
这就从基础上保证了同步的可实现性。
3.2建立速度给定值链在各个变频器之间建立装置对装置通讯过程，通过此方式能够将速度给定值用数字量迅速而准确地传递给第一个变频器，消除模拟信号传递中由于线路损耗、干扰等带来的信号漂移、干扰所带来的不利影响。
各个分部之间不同的机械变化则由变频器内部不同的比例因子控制，从而实现动态与稳态时各分部线速度的恒比例运行。
变频器选件板SCB2具有电隔离的RS485口，可在多功能变频器之间通过X129实现装置对装置的连接。
在这里，我们采用并行接法，将其中一台变频器作为主动装置，其他作为从动装置，这样，主动装置能够将系统线速度给定值传递至从动装置，从而增加了整个系统的可靠性。
通过对纸机生产线的改造，用户认为采用变频调速系统在提高产品质量、产量、减小日常维护及节能等方面都有显着的优点，完全能够满足生产现场的需要。
来源：中国通信网络。