引言
復(fù)卷機(jī)是一種重要的造紙生產(chǎn)機(jī)械，通常安裝在緊接造紙機(jī)的后面，其車速應(yīng)為紙機(jī)速度的2-3倍，一般為1500-1800m/min,最高達(dá)3000m/min以上，引紙時(shí)，要以最高車速的1：100運(yùn)行。為保證在復(fù)卷過程中不斷紙和松紙，必須保證紙幅的張力恒定；為保證成品紙內(nèi)緊外松的品質(zhì)，必須對(duì)前后底輥電機(jī)進(jìn)行負(fù)荷分配控制，并對(duì)壓紙輥進(jìn)行壓力控制。因此，復(fù)卷機(jī)對(duì)電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的主要性能要求是線速度長期穩(wěn)定，速度可調(diào)且調(diào)速范圍寬，具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)。
傳統(tǒng)復(fù)卷機(jī)的控制以直流傳動(dòng)為主，采用直流數(shù)字控制系統(tǒng)。由于直流電機(jī)換向器及電刷的原因，在穩(wěn)定條件下，復(fù)卷機(jī)的設(shè)計(jì)車速只能達(dá)到1800m/min，數(shù)字式調(diào)節(jié)器的精確度仍限于最高速度的0.08%左右，滿足不了高速紙機(jī)的配套要求。隨著復(fù)卷機(jī)生產(chǎn)工藝和車速的不斷提高，對(duì)復(fù)卷機(jī)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和監(jiān)測(cè)的要求也越來越高。為了減少復(fù)卷機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間的大量布線，提高信號(hào)的傳輸速度和質(zhì)量，以PLC為控制單元，變頻器為執(zhí)行單元、OP操作面板為操作單元組成全數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)總線復(fù)卷機(jī)交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)已成為復(fù)卷機(jī)交流改造的有效途徑。
1．控制系統(tǒng)組成及硬件配置
復(fù)卷機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)可以分為兩個(gè)部分，其一是卷取部分，另一個(gè)是放卷部分。放卷部分有1臺(tái)放卷電機(jī)，卷取部分有2臺(tái)卷取電機(jī)，這兩組電機(jī)依靠紙幅張力聯(lián)系在一起，如圖1所示，具體說，放卷電機(jī)的作用是提供一個(gè)反向力矩，在放卷的過程中拉緊紙。吧卷取部分看為一個(gè)整體，則卷取電機(jī)用來克服放卷電機(jī)所提供的方向力矩，拉平紙幅并卷取紙卷。
根據(jù)復(fù)卷機(jī)工藝要求，利用Profibus-DP總線組成如圖1所示的復(fù)卷機(jī)三級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)控制以PLC為核心，3臺(tái)6SE70變頻器和人機(jī)界面OP掛在Profibus-DP總線上。Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線主要用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，解決自動(dòng)控制系統(tǒng)（如PC、PLC等）通過高速串行總線與分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（如遠(yuǎn)程I/O，變頻器、電磁閥等）之間的通信任務(wù)。傳動(dòng)系統(tǒng)第一級(jí)為變頻器主要完成對(duì)前后底輥電機(jī)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分配控制，控制兩電機(jī)的轉(zhuǎn)矩按設(shè)定曲線運(yùn)行，對(duì)放卷電機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)合恒張力閉環(huán)控制；傳動(dòng)系統(tǒng)第二級(jí)為PLC控制系統(tǒng)，主要完成壓紙輥壓區(qū)壓力控制和對(duì)整個(gè)復(fù)卷機(jī)的操作控制。傳動(dòng)系統(tǒng)第三級(jí)為上位優(yōu)化控制系統(tǒng)，采用OP270作為上位機(jī)用于對(duì)整個(gè)復(fù)卷機(jī)傳動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行操作和監(jiān)控。
系統(tǒng)采用主從結(jié)構(gòu)，PLC和OP270操作面板為主站，變頻器、ET200M為從站。主站在總線上向從站發(fā)送數(shù)據(jù)并向從站索取數(shù)據(jù)，從站只有當(dāng)主站發(fā)出請(qǐng)求時(shí)才能和主站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。從站必須設(shè)置DP地址，區(qū)分各個(gè)從站?，F(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)和各種控制信號(hào)接到臨近遠(yuǎn)程ET200M上，并通過Profibus-DP總線與控制器PLC交換信息；退紙輥、前后底輥電機(jī)采用西門子矢量變頻器調(diào)速，通過變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的實(shí)時(shí)控制。分散的現(xiàn)場(chǎng)備以Profibus-DP總線形式連接成可以相互溝通信息，共同完成控制任務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成控制功能徹底下方到現(xiàn)場(chǎng)的全分布網(wǎng)絡(luò)集成式新型控制系統(tǒng)。
為了滿足一定的性價(jià)比，系統(tǒng)配置上采用了這樣的解決方案：
（1）PLC選用高性能的SIMATICSS7-300,CPU為315-2DP,帶有兩個(gè)Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線接口。它是該控制系統(tǒng)的一類主站，主要完成總線通信控制與管理。
（2）OP270操作面板作為該系統(tǒng)二類主站，完成各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀寫和故障診斷等。它是高性能液晶彩色操作面板，通過RS485口與Profibus-DP總線相連，全中文的擦破做界面方便工人的操作。
(3)分布式I/OET-200M，它是一個(gè)模塊化的Profibus-DPI/O從站，通過IM153接口模板連接Profibus-DP，負(fù)責(zé)信號(hào)采集和輸出。根據(jù)復(fù)卷機(jī)控制要求，遠(yuǎn)程I/O需配置3個(gè)DI模板，3個(gè)DO模塊，2個(gè)AI模塊和2個(gè)AO模塊。其尋址方式如同任何SIMATICS7-300CPU集中方式或擴(kuò)展單元中I/O的尋址方式一樣，即I/O模板可以直接用指令尋址或經(jīng)過程映像來訪問。
（4）3臺(tái)變頻器均選用西門子公司的6SE70矢量變頻器（全數(shù)字交流調(diào)速裝置），通過CBP2（Profibus通信板）作為從站接入Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線上。6SE70變頻器的矢量控制，可以提高復(fù)卷機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力，克服由于加減速的變化引起的速度波動(dòng)，保證復(fù)卷器的張力恒定和速度的穩(wěn)定性。6SE70變頻器的自由功能塊和BICO技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)靈活的組態(tài)設(shè)計(jì)，完成工藝復(fù)雜的控制要求。
