• 關(guān)鍵詞： 變頻器 ACS880 Profibus 造紙機(jī) 變頻器應(yīng)用
• 摘要：在國內(nèi)許多造紙廠家的造紙生產(chǎn)線制造工藝比較落后，特別是在電氣自動化方面，故障率較高，效率較低。本文案列采用ABB系列ACS880變頻器采用Profibus dp通訊控制紙機(jī)系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中對上面出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入研究和程序改進(jìn)。并將改進(jìn)的紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)應(yīng)用于。經(jīng)過回訪客戶，此控制系統(tǒng)，運行系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

一．前言

在國內(nèi)許多造紙廠家的造紙生產(chǎn)線制造工藝比較落后，特別是在電氣自動化方面，故障率較高，效率較低。主要問題體現(xiàn)如下：1.造紙機(jī)在生產(chǎn)過程中某分部傳動點負(fù)載慣量大，速度容易上下波動，造成斷紙；2.某些紙機(jī)傳動系統(tǒng)還采用模擬量信號作為速度給定源，信號干擾較大，不能達(dá)到精確控制的要求。對于以上存在的問題，案列采用ABB系列ACS880變頻器采用Profibus dp通訊控制紙機(jī)系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)中對上面出現(xiàn)的問題進(jìn)行深入研究和程序改進(jìn)。并將改進(jìn)的紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)應(yīng)用于。經(jīng)過回訪客戶，此控制系統(tǒng)，運行系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

二．ACS880變頻器簡介

　　ACS880傳動采用的核心技術(shù)是ABB最先進(jìn)的電機(jī)控制技術(shù)一直接轉(zhuǎn)矩控制(DTC)，可以控制從交流感應(yīng)電機(jī)到永磁電機(jī)的所有電機(jī)類型。這款工業(yè)傳動可以靈活配置，滿足制漿與造紙、冶金、船舶、物料搬運、采礦、水泥、電力、化工和石油天然氣等行業(yè)等不同行業(yè)的特定需求。

二.PROFIBUS簡介

　　PROFIBUS是SIEMENS提出的一個高層次工業(yè)控制現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。它既適合有高速時間要求的數(shù)據(jù)傳輸，也可用于大范圍的復(fù)雜通訊場合，現(xiàn)在已發(fā)展成一種開放式現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)（德標(biāo)DIN19245和歐標(biāo)PREN50170）。按應(yīng)用范圍有三種主要模塊，即PROFIBUS—FMS、PROFIBUS—DP和PRFIBUS—PA。它們均使用單一的總線存取協(xié)議，通過OSI參考模型的第2層實現(xiàn)包括數(shù)據(jù)的可靠性以及傳輸協(xié)議和報文的處理。

PROFIBUS—DP經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價的通信連接，專為設(shè)備級分散I／O之間通信設(shè)計，用于設(shè)備級的高速數(shù)據(jù)傳送，中央控制器通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設(shè)備(如I／O、驅(qū)動器、閥門等)進(jìn)行通信，多數(shù)數(shù)據(jù)交換是周期性的，除此之外，智能化現(xiàn)場設(shè)備還需要非周期性通信，以進(jìn)行配置、診斷和報警處理。使用PROFIBUS—DP模塊可取代價格昂貴的數(shù)字或模擬信號線,用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。

2.變頻傳動系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1變頻傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

本系統(tǒng)以云南某造紙廠工程為例，按照客戶設(shè)計方案及工藝設(shè)計要求，幅寬4400mm，設(shè)計車速350m/min。紙機(jī)傳動點設(shè)計個數(shù)為12組，系統(tǒng)總體設(shè)計容量1249KW。傳動點名稱及電機(jī)容量如下表所示。

　　根據(jù)客戶要求及控制方案的綜合對比，采用的CPU313-2DP作為變頻傳動系統(tǒng)的總控制器,MPI/DP接口作為PROFIBUS-DP系統(tǒng)的通信接口，西門子KTP1000操作屏作為現(xiàn)場人機(jī)界面，采用ABB公司的ACS880變頻器作為各傳動單元，變頻器的通訊模塊選用FPBA-01通訊適配器?？偪刂破髋c各傳動單元之間采用PROFIBUS-DP進(jìn)行通訊，人機(jī)界面與PLC之間采用MPI進(jìn)行通訊。使用西門子公司研發(fā)的STEP7編程軟件對紙機(jī)變頻傳動系統(tǒng)進(jìn)行軟件通訊組態(tài)設(shè)計和系統(tǒng)程序設(shè)計。

2.2可編程控制器的硬件接線

   為了提高造紙生產(chǎn)線的自動化程度，對影響造紙生產(chǎn)線的安全參數(shù)，增加電機(jī)風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖控制，因此本系統(tǒng)可編程控制器集成數(shù)字輸入32點、數(shù)字輸出32點。硬件接線設(shè)計數(shù)字量輸入如下1所示。

圖1 數(shù)字量輸入輸出模塊接線圖

2.3ACS880變頻器硬件接線

　　根據(jù)紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)設(shè)計方案，12個傳動點變頻器接線大體相同，如圖2所示。

圖2 ACS880硬件接線圖

ACS880變頻器的硬件接線包括電機(jī)線、電機(jī)風(fēng)機(jī)線、變頻器的急?？刂贫俗印ROFIBUS通訊等接線。ACS880變頻器的主電源輸入由三相萬能式斷路器提供。

3.變頻傳動系統(tǒng)軟件功能設(shè)計

3.1控制系統(tǒng)硬件組態(tài)設(shè)計

　　本系統(tǒng)人機(jī)界面和PLC之間采用MPI進(jìn)行通訊；各傳動單元和PLC之間采用PROFIBUS進(jìn)行通訊。本文重點介紹PROFIBUS通訊硬件組態(tài)，使用SIMATIC編程軟件進(jìn)行組態(tài)設(shè)計。軟件組態(tài)如圖3所示

圖3組態(tài)硬件

上圖所示，PROFIBUS-DP系統(tǒng)建立起來，記錄每個傳動點的站地址，并保存編輯，完成了PROFIBUS-DP系統(tǒng)建立。

3.2控制系統(tǒng)傳動點速度鏈設(shè)計

　　為了達(dá)到精度高、穩(wěn)定性好、操作方便的設(shè)計要求，必須研究變頻傳動系統(tǒng)速度鏈的控制原理。兩個相鄰傳動點的運行速度應(yīng)保持在一定的比例中，在主點車速調(diào)整過程中，只影響本傳動點和后面的傳動點，而不影響前面各傳動點的速度，每個傳動點在前一級傳動點速度基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整并將速度給定信號傳送給下級傳動點，形成一個鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，稱為速度鏈。根據(jù)紙機(jī)傳動控制要求，傳動控制速度鏈精度應(yīng)在0. 0 1 % - 0 . 0 4 % 之間,這與紙幅的伸縮率有關(guān)。本變頻傳動系統(tǒng)中速度鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計采用二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)法，通過此方法完成速度鏈傳遞功能。首先對各傳動點控制工藝進(jìn)行分析，確定傳動點在速度鏈中的具體位置和作用，然后對設(shè)計好的速度鏈中的傳動點進(jìn)行通訊地址設(shè)置，并準(zhǔn)確記錄地址號碼。本系統(tǒng)進(jìn)過現(xiàn)場工藝情況分析，速度鏈設(shè)計如圖4所示。

圖4 速度鏈設(shè)計圖

此變頻傳動系統(tǒng)中驅(qū)網(wǎng)輥作為速度鏈中的總車速給定，驅(qū)網(wǎng)輥的速度是整個變頻傳動系統(tǒng)的工作車速，在變頻傳動系統(tǒng)的操作人機(jī)界面，改變驅(qū)網(wǎng)輥的運行車速給定值，就調(diào)節(jié)了整個紙機(jī)車速。驅(qū)網(wǎng)輥的速度給定值傳送給它的從點真空伏輥和下一分部主點一壓下輥。從點真空伏輥根據(jù)現(xiàn)場工藝情況，在人機(jī)界面通過速度微升微降調(diào)節(jié)，達(dá)到從點速度調(diào)節(jié)的目的。下一分部主點一壓下輥得到驅(qū)網(wǎng)輥的速度值，也通過人機(jī)界面進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，得到一壓下輥的速度給定值。一壓下輥將速度給定值傳送到自己的從點一壓上輥和下一分部主點二壓下輥。一壓上輥通過人機(jī)界面速度微升微降進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到從點速度調(diào)節(jié)的目的。就這樣依次類推，實現(xiàn)了整個速度鏈的速度給定和調(diào)節(jié)，構(gòu)成了速度鏈控制系統(tǒng)。其調(diào)節(jié)原理如圖5所示。

圖5 速度鏈原理圖

3.3主從傳動點負(fù)荷分配設(shè)計

在紙機(jī)運行過程中，有多臺電機(jī)同時拖動同一負(fù)載的現(xiàn)象，如壓榨部的一壓下輥、一壓上輥之間就形成負(fù)荷分配問題。此變頻傳動系統(tǒng)不能只要求速度完全同步，這樣并不能滿足工藝要求，各傳動點電機(jī)必須出力相同，否則會出現(xiàn)傳動點電機(jī)負(fù)載不一，甚至電動機(jī)成為發(fā)電機(jī)的情況，影響正常生產(chǎn)，甚至損壞壞毛布或造成抄紙困難。針對此問題，必須設(shè)計傳動點主點和從點負(fù)荷分配。紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)的負(fù)荷分配要求系統(tǒng)速度穩(wěn)定、分配平衡、穩(wěn)定無振蕩、能夠隨時適應(yīng)負(fù)載變化。本系統(tǒng)采用PLC＋變頻器二級傳動控制方式，PLC與變頻器通過PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)通訊，交換數(shù)據(jù)。負(fù)荷分配的設(shè)計原則是主點和從點電機(jī)的負(fù)載率相同，即δ＝P/Pa相同（P為電機(jī)所承擔(dān)的負(fù)載功率，Pa為電機(jī)額定功率）。在負(fù)荷分配調(diào)節(jié)過程中不能影響本傳動組以外各分部的速度。PLC通過通訊讀取主點和從點變頻器的實際轉(zhuǎn)矩反饋值，將實際轉(zhuǎn)矩反饋值進(jìn)行比較，計算出從點的速度給定值，再通過PROFIBUS-DP通訊將從點速度給定值傳送到各從點變頻器，以加大或減小從點電機(jī)的轉(zhuǎn)差率，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，使形成負(fù)荷分配的主點和從點轉(zhuǎn)矩相同，達(dá)到負(fù)荷分配的目的，此設(shè)計方法控制精度高，工作可靠。負(fù)荷分配控制原理如圖6所示。

圖6負(fù)荷分配原理圖

3.4　ACS880變頻器參數(shù)設(shè)置說明

　　各傳動點的ACS880變頻器參數(shù)設(shè)置基本一致,主要實現(xiàn)速度控制或轉(zhuǎn)矩限幅控制,通過Profibus進(jìn)行通訊,達(dá)到精確控制電機(jī)的目的。以驅(qū)網(wǎng)輥為例,變頻器的參數(shù)設(shè)置如下圖7所示。

圖7.參數(shù)設(shè)置

4.結(jié)語

本文對前言提出的三個問題，設(shè)計方案采用PROFIBUS-DP通訊方式，運用ABB 變頻器家族的最新產(chǎn)品ACS880 變頻器控制電機(jī)，此系統(tǒng)的通訊速率速度快，運行穩(wěn)定性強(qiáng)，大大提高了傳動控制的自動化程度；科學(xué)合理的速度鏈設(shè)計和負(fù)荷分配設(shè)計方案，使系統(tǒng)在運行中速度穩(wěn)定性高、負(fù)載分配合理、很大程度上減小斷紙次數(shù)。此控制方案完全符合現(xiàn)代造紙自動化的生產(chǎn)要求，在生產(chǎn)中運行良好，值得推廣。

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?5.參考文獻(xiàn)

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