PLC在紙機傳動控制中的應用

重點介紹了以PLC為控制單元在造紙機傳動系統中的構建、設計及其應用，實現PLC對以變頻器為執行單元的傳動系統的全數字現場總線控制，完成造紙機各傳動點的速度鏈同步、相關傳動點的負荷分配及張力控制要求。
關鍵詞：PLC；變頻器；現場總線

在造紙機傳動應用的控制領域，隨著變頻技術、計算機技術以及網絡通訊技術的廣泛應用，使造紙廠的自動化程度、控制精度、控制速度、系統的穩定性和可靠性提高到了一個新的水平。本文重點說明了西門子公司生產的200PLC在造紙機傳動系統中的設計與應用。

1 系統構建

可編程序控制器PLC與變頻器構成DCS系統如圖1所示。

系統各傳動點中的啟動、停止、緊急停車和爬行／運行用繼電器進行控制，紙機車速增減緊松用PLC進行控制，同時完成多傳動速度鏈控制要求及對負荷分配傳動點進行負荷分配控制功能；PLC 對上述幾種信號進行采集，經判斷運算得電機的運行速度設定值，再由RS一485總線寫入變頻器成頻率信號輸出，同時PLC根據開／閉環信號，調各自的處理程序以適應開／閉環的控制要求。

2 PLC硬件設計

圖2中我們以14個傳動點的紙機進行分析：PLC采用Simens PLC226，由于程序采用了按鍵循環掃描的方式，從而各傳動點的加減緊松的動作控制形成矩陣按鍵的開關量控制；并且由于在真空壓榨部或是施膠部的多點控制中須要進行負荷分配控制，可通過PLC的輸入模塊端口進行硬件檢測判斷是否符合負荷分配的條件(如圖中I2．0，I2．1，I2．2)；PLC端口0以總線通訊方式與變頻器進行串行通訊。

3 PLC 程序設計

PLC程序實現對加減緊松按鈕的循環掃描，判斷是否有加減緊松動作，并執行相應的功能；

自動檢測辨識各傳動點處于開／閉環控制，提高系統的穩定性；

速度鏈選用二叉樹型數據結構以適應進行可變多分支速度鏈控制要求；

通訊出錯處理，包括數據出錯重發，通訊超時處理，總線故障報警，可自動切除故障點并能在故障消除后自動重發；

負荷分配控制，即要求在需要負荷分配的傳動點之間其電機的負載率相同。

主流程圖如圖3。

4 速度鏈結構設計

按紙機結構順序對各傳動點進行數字抽象，此編號應與變頻器內部地址設為一致。根據二叉樹結構，確定各傳動結點中的主從關系，在程序中填寫鏈關系寄存器。具體執行如圖4(以河南博愛東方紙業5號紙機為例)：該傳動點速度給定變頻器后，訪問位置寄存器，確定鏈關系寄存器中從動結點號，然后對該結點進行相應的鏈關系處理，直到該鏈完全處理為止。

5 負荷分配結構及程序設計

負荷分配的實際工作原理即要求相應的各傳動點電機的負載率相等，等效為各電機的轉矩電流與其對應額定電流的比值相等。如圖4所示，真壓上和真壓下在傳動控制中組成一組負荷分配，須調用負荷分配子程序對主從傳動點的主從轉矩進行調節，改變調節系數，以改變主從轉矩，使負載率相等。

6 結束語

PLC和總線控制在造紙機傳動系統中的應用，有效地提高了系統的控制精度，從輸入到控制實現數字化操作，解決了現場電磁干擾，簡化了系統結構，提高了可靠性。同時運用了現場總線通訊技術，使速度鏈加減緊松控制量化更精確，負荷分配控制的難題也得以解決，此方案設計曾在河南博愛東方紙業、陜西扶風造紙廠、河南許昌造紙廠應用，效果良好，運行穩定，帶來較大的經濟效益。