高速复卷机电控系统设计

高速复卷机电控系统设计

在造纸行业，用交流交通工具取代直接总线成为发展趋势。国外的自动卷输机交换生产线已经开发多年，并在中国开发。本文介绍广东某造纸厂使用ACCELI公司的AC842高速复卷机主传动的交流电控系统的设计。1纸卷的制作ACCELI公司的AC842高速复卷机是双支撑辊下引纸复卷机,是从机台下面送入纸幅使其绕过支撑辊(也称底辊)再卷上纸卷,纸从退纸卷上引过下方的几个引纸辊,通过固定位置的纵切机构,绕过前支撑辊或后支撑辊,然后卷在纸轴上,如图1所示。其所卷的纸种为涂布白卡纸,设计车速为2400m·min-1。2复卷机电控系统方案设计双支撑辊下引纸复卷机卷取的成品纸卷的质量指标为:具有足够的硬度,且内紧外松,径向硬度分布均匀。为了达到上述要求,所设计的复卷机电控系统必须具备下列功能:(1)压纸辊压力的自动控制;(2)支撑辊转矩自动程序控制;(3)自动张力控制;(4)电力驱动的“扰动”启动和适当的速度程序控制。根据系统的主要要求,设计主传动为交流电机的复卷机电控系统的基本结构图如图2所示。系统主要由以下几个部分组成:(1)前、后底辊———分别由单独的交流变频电机拖动,并由6SE70交流变频调速装置供电;退纸辊———由交流补偿电机拖动,以西门子6SE70全数字可逆交流调速装置供电。(2)西门子S7-400PLC———中心控制器。(3)张力检测装置、直径检测装置。(4)PC670触摸屏———输入操作和状态显示。(5)液压比例控制装置———压纸辊压力的自动控制。(6)反射式光电检测开关———断纸检测。3plc控制过程操作台上设有底辊及退纸辊的引纸、运行、停止三位旋钮,压纸辊的平衡、停止两位旋钮,卸纸台的上升、停止、下降三位旋钮,同时设有控制系统辅助设备的按钮,分别用以控制系统各部分的工作状态。此外,设有退纸辊、后底辊、前底辊的电流表,也设有计长仪,仪表显示控制器的实时参数,从而了解系统的整体运行情况。本系统所有给定均由触摸屏来完成,触摸屏把速度给定、张力给定、卷径预置等通过通信线路传送到PLC,信号处理后,再经过通信线路将给定信号输出到6SE70。系统中采用反射式光电检测开关进行断纸检测,当光电检测开关检测到断纸信号时,断纸检测继电器回路闭合,即有开关量信号输入PLC。PLC共有5个模块:电源模块(PS407)、CPU模块(CPU412-2)、数字量输入模块(ET200)、数字量输出模块(ET200)和通信模块(RS485)。PLC主要完成系统的逻辑控制任务,进行总体管理;其次,对下通过通信线路读取控制器的各类运行结果参数,对上通过通信线路将控制器的各类运行结果参数传递给PC670触摸屏,同时接收6SE70下达的各类命令,然后传递给调速装置控制器。系统中前底辊的速度、电流给定,引纸时退纸辊的速度给定,分别由后底辊变频器的模拟量输出端口AO(15、16)分别给定到前底辊变频器的模拟量输入端口AI(12)和退纸辊交流调速装置的模拟量输入端口AI(21);圆刀的速度给定通过后底辊变频器端口AI(17)输出,圆刀速度和底辊速度同步,并高于底辊速度的5%～20%。AO(8、13、18)分别为3个辊的状态位数字量输出端口,其通过此端口将电机的工作状态位信号传送给PLC的数字量输入端口AI(2、3、4),通知电机的工作状态,以便于PLC对系统的总体控制。张力检测器检测到电压信号,经过张力放大器放大,由退纸辊交流调速装置的模拟量输入端口AI22将张力反馈信号送入6SE70;直径检测电位器检测到的电压信号,由前底辊变频器的模拟量输入端口AI(9)输入到6SE70,直径信号和张力信号在6SE70内部均由模拟量转化为数字量,由6SE70通过通信线传送到PLC,PLC根据直径的大小来计算压纸辊压力的大小,压力信号由PLC经通信线路传送到前底辊变频器,信号由数字量转化为模拟量由AO(10)端口将信号传送到电液比例阀放大器,信号经过放大,输出到电液比例阀,从而实现恒压力控制的目的。4退纸辊传动的控制功能系统配置了PLC与智能操作屏后,可以组成控制精度及自动化程度较高的系统。考虑系统的快速性、稳定性与精确性的控制原则,系统采用以下控制:(1)系统车速由后底辊组态控制,前底辊的速度及电流由后底辊给出。退纸辊的车速,在引纸时给个引纸速度;在运行时,并不刻意去控制它的速度,而是直接控制退纸辊电机的制动电枢电流,从而控制退纸辊与前后底辊间纸幅的张力为所需值。(2)压纸辊的压力控制由PLC完成,事先把压力曲线计算出来并设置程序存入PLC,卷径信号由PLC从6SE70的空闲输出端口读取,压纸辊压力输出信号由PLC输出到6SE70的输出端口,借助于6SE70的输出端口输出到电液比例放大器。(3)底辊电动机的转速决定复卷机的车速,前、后底辊的转矩分配影响着成品纸卷硬度,为此底辊传动具有以下功能:最低引纸速度、S型升降速特性和前、后底辊之间的力矩差控制。(4)退纸辊传动在复卷机运行中产生制动力用于保持纸幅张力,引纸过程产生电动力获得引纸速度。退纸辊传动具有以下功能:卷径运算、卷径预置、卷径记忆、转矩运算、磁场运算和张力电流运算等。(5)PLC控制系统由西门子S7-400PLC与触摸屏组成,PLC、触摸屏、交流调速装置之间通过通信线连接,从而使得电气传动系统及辅助设备的操作灵活、方便。(6)系统由引纸到运行的过渡过程中,前后底辊与退纸辊间的纸幅可能会有一个从松弛到张紧的过程,如果这个过程变化太急,猛的把纸从松弛状态一下子绷紧,很容易把纸绷断,张力应该是按S型曲线变化递加的量,而不应是阶跃量。处理的办法是给退纸辊一个较小的反方向的速度,对退纸辊的控制并不需要刻意去控制它的转速,只要张力满足要求即可,给它一个反方向的速度,在运行的最初时段,张力还未建立起来,此时的退纸辊为转速、电流双闭环控制;等纸幅绷紧后,纸幅会拉着退纸辊往正的方向运行,使转速环饱和而输出负的最大值到电流环,使电流环的给定达到负的限幅值,而这个负的电流限幅值的大小就是由张力等计算出来的,此时的退纸辊实际为张力电流双闭环控制。(7)动态补偿的实施由PLC完成,先把相对于不同卷径下升降速时应给予的动态补偿值计算出来,以曲线的形式存入PLC。运行时,PLC根据检测到的速度给定信号来判断并给予相应的补偿。(8)对引纸张力、静止张力的控制,是为了在引纸过程中或在底辊停止状态时,防止纸松弛,使后底辊向后有一定的拉力能把纸绷紧,避免底辊运行时,纸幅张力变化过大,造成断纸。(9)辅助动作的设计,包括纵切圆刀、抱闸、风机、油泵等,它们要配合主传动。纵切圆刀采用交流变频调速,圆刀线速度与复卷机的线速度同步改变,并