紙板造紙機(jī)PLC控制系統(tǒng)

1 引言

　　目前，我國造紙行業(yè)的控制系統(tǒng)主要采用集散控制系統(tǒng)(dcs)，控制器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間靠大量的i/o電纜連接，不僅增加成本，而且降低了系統(tǒng)的可靠性。

　　控制系統(tǒng)傳送4～20ma信號(hào)，并以此監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，這樣，由于控制器獲得的信息量有限，現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備的在線故障診斷、報(bào)警、記錄功能比較弱；另一方面也很難完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)監(jiān)控、遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)定、修改等功能，造成造紙控制系統(tǒng)的信息集成能力不強(qiáng)和可維護(hù)性較差，影響工廠的生產(chǎn)效率，并給生產(chǎn)管理帶來諸多不便。

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，串行現(xiàn)場(chǎng)總線通信技術(shù)已深入到自動(dòng)控制的各個(gè)領(lǐng)域。應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)可以將可編程序控制器、交直流驅(qū)動(dòng)器、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程i/o及智能傳感器等連接起來，實(shí)現(xiàn)分布式計(jì)算機(jī)控制，可提高檢測(cè)和控制的精度，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)的安全性，因而建立基于現(xiàn)場(chǎng)總線的紙機(jī)控制系統(tǒng)成為解決這一問題的有效途徑。

　　profibus過程現(xiàn)場(chǎng)總線是一種全數(shù)字化的、串行、雙向傳輸、多分支結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)，用于工廠/車間儀表和控制設(shè)備的局域網(wǎng)。profibus-dp是profibus過程現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的工廠自動(dòng)化控制子集。因此其在紙機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，將大大減少布線工作量與電纜投資，避免信號(hào)干擾，使系統(tǒng)更可靠，操作更簡便，監(jiān)控更直觀。正是基于上述原因，山東中茂圣源紙漿有限公司紙板紙機(jī)項(xiàng)目工程中采用了profibus-dp現(xiàn)產(chǎn)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了該機(jī)組的通信及分布式控制，取得了良好的效果。

2 紙板造紙工藝分析

　　圖1所示的紙板造紙機(jī)示意圖中，可以看到該紙機(jī)是一種由多臺(tái)設(shè)備組成的聯(lián)動(dòng)機(jī)。濕部包括漿料流送設(shè)備、網(wǎng)部和壓榨部；干部包括干燥部、切紙機(jī)和理紙機(jī)。具有適合抄紙性能的漿料進(jìn)入造紙機(jī)的漿料流送設(shè)備，經(jīng)漿流分布器和流漿箱的分布和勻整以后，均勻而穩(wěn)定的流送到運(yùn)動(dòng)著的成形網(wǎng)的網(wǎng)面上。漿流在網(wǎng)部逐漸地過濾、脫水，形成連續(xù)的濕的紙幅。當(dāng)濕紙幅脫水到一定干度，便可以從網(wǎng)面剝離，送至壓榨部繼續(xù)脫水。壓榨部是由若干組輥式壓榨組成。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。為了保持壓榨毛毯的良好脫水性能，壓榨輥上配設(shè)有毛毯洗滌裝置。經(jīng)壓榨部后，濕紙幅的干度一般可達(dá)40%左右。然后濕紙幅經(jīng)氣墊式烘干箱進(jìn)一步脫水。干燥后的紙板經(jīng)牽引輥進(jìn)入切紙機(jī)，經(jīng)縱切刀由送紙輥進(jìn)入橫切部分，橫切甩刀將紙幅切斷送出。切斷的紙經(jīng)輸送輥、高速輸送帶、低速輸送帶、壓紙帶送往理紙機(jī)。最后打包稱重，整個(gè)工序完成。

圖1 紙板紙機(jī)示意圖

　　2.1 穩(wěn)速的要求

　　造紙機(jī)由紙漿到形成紙張，需經(jīng)過多個(gè)分部，因此是一個(gè)多單元的速度協(xié)調(diào)系統(tǒng)，各個(gè)分部間的速度要求嚴(yán)格配合，根據(jù)工藝流程，一般有以下關(guān)系：只要其中一個(gè)分部速度不穩(wěn)，就會(huì)無法維持生產(chǎn)，紙幅不是斷裂，就是松垮下來。如果整臺(tái)紙機(jī)車速不穩(wěn)，就不能保證紙張的定量(每平方米紙頁的重量)不變。因此要求紙機(jī)的各分部都能穩(wěn)速。但是，在實(shí)際運(yùn)行中，有許多干擾因素破壞速度的穩(wěn)定，例如電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、頻率的變化、負(fù)載的波動(dòng)、溫度的變化等等，對(duì)電氣傳動(dòng)自動(dòng)化控制的要求是克服這些干擾的影響，保證車速的穩(wěn)定。

2.2 平穩(wěn)起動(dòng)的要求

　　紙機(jī)中有的分部要求平穩(wěn)起動(dòng)，例如網(wǎng)部起動(dòng)太快就會(huì)損壞銅網(wǎng)；干燥部傳動(dòng)慣量比較大，起動(dòng)太猛會(huì)把機(jī)械連軸扭斷，因此要求整個(gè)系統(tǒng)能平穩(wěn)起動(dòng)，而且各分部要能單獨(dú)起動(dòng)和停止。

　　2.3 紙機(jī)速度鏈

　　由于各分部傳送著生產(chǎn)過程中的紙張，根據(jù)造紙工藝的要求，各分部間要求達(dá)到線速度比例協(xié)調(diào)(相鄰兩個(gè)分部間的線速度比值應(yīng)保持恒定)，高精度地、可靠地保持這個(gè)比例系數(shù)是保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)正常運(yùn)行的重要條件，任何原因破壞這種比例協(xié)調(diào)，就會(huì)降低產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，紙機(jī)的這種速度比例協(xié)調(diào)關(guān)系應(yīng)在該變車速或停機(jī)后重新開機(jī)時(shí)繼續(xù)保持，而不需重新調(diào)節(jié)。其次，這種比例協(xié)調(diào)應(yīng)具有微調(diào)功能，以調(diào)節(jié)相鄰兩分部間的速差，避免紙張?jiān)趥魉瓦^程中的松弛和繃緊現(xiàn)象，并且速度微調(diào)應(yīng)該靈敏、可靠，不應(yīng)在調(diào)過程中有明顯的滯后現(xiàn)象。比例協(xié)調(diào)關(guān)系如下：

　　n1=k1(n0+δn0)
　　n2=k2(n1+δn1)

　　n3=k3(n2+δn2)
　　n4=k4(n3+δn3)

　　本系統(tǒng)中，采用profibus-dp過程現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)合plc程序來完成速度鏈的控制，避免了運(yùn)算放大器的速度鏈給定環(huán)節(jié)的信號(hào)漂移，提高了穩(wěn)定性。