基于现场总线控制的A-B变频器在干法造纸生产系统中的应用

基于现场总线控制的A-B1336系列变频器在干法造纸生产系统中的应用2007-02-13来源：西部工控网浏览：213[打印本稿][字体：大小]分享到：1．引言无尘纸是一种高附加值新型卫生用品。它具有卓越高吸湿性、可靠锁水性、卫生安全性等优点，广泛应用于妇女卫生巾、成人尿失禁、婴儿纸尿裤等产品领域。为满足亚太区对无尘纸日益增长市场需求，世界无纺布行业巨头英国BBA集团于1999年中国天津投资成立了博爱（中国）膨化芯材有限公司；并安装了目前世界上最先进干法造纸（无尘纸）生产线，于2001年秋正式投产，年生产能力16000吨。2．干法造纸（无尘纸）生产工艺简介：干法造纸要求十分严格稳定生产条件，与传统湿法造纸技术完全不同。其核心是浆粕气流成网技术。基本工艺过程是：恒温、恒湿、恒气压环境中利用气流成网技术，不同比例配比开松成单纤维状态木浆纤维板、合成短纤维、PE（聚乙烯）粉末和SAP(超级吸湿粉末)等原料，从它们各自原料准备区域，设备自动测算和计量，然后用风机管道气流传输方法使它们输送到成型站。各种原料成型站成型头内充分混合后，靠真空吸附均匀凝集成网皮带上，再喷胶、热风加热/熔化、热压、反面喷胶、热风加热/熔化，冷却、打卷，分切等过程，生产出优良产品。各种原料从成型站成型直到成品打卷要10条不同输送皮带。针对不同产品，要求各原材料进给量，风机速度，传动电机速度等连续可调节，驱动速度和转矩更要求严格准确，否则将对产品质量造成重大影响。3.控制系统简介我公司干法造纸无尘纸生产线全套从欧洲进口,是目前本行业内最先进设备。其控制系统美国罗克韦尔公司全方位自动化理念而设计开放式网络控制系统及设备。三层网络控制系统贯穿于整个生产控制区域。实现了从信息层(Ethernet)到控制层（ControlNet）和现场层(DeviceNet)无缝连接。五台装有RSview32和RSlogix5软件A-B工业PC机安装中控室内，它们以太网接口都连接到HUB上。该网HUB还与企业Intranet相连，TCP/IP协议组成Ethernet网络，构成信息（管理）层生产线控制层由具有以太网功能八台A-BPLC5和一台A-BSLC500可编程序控制器组成，它们都安装MCC（马达控制中心）室内控制柜内，分别控制九个工艺区域。它们以太网接口都媒体转换设备经光纤连接到中控室集线器（HUB）上。各台可编程序控制器除挂接本及远程I/O模块、PanelView人机界面等装置外，都安装了DeviceNet扫描器（1771-SDN或1747-SDN），并DeviceNet通讯模块（1336-GM5,1203-GK5，1794-ADN等）下挂现场智能设备，如变频器，电机软起动器，FlexI/O,9000系列光电开关等组成DeviceNet设备网，实现了对现场级装置有效控制。4．DeviceNet变频器设备网硬件组成和软件组态及控制实现。DeviceNet网络结构简单，实时性强，它采用生产者／客户模式，提供了强有力故障诊断与排除能力，是一种理想设备层现场总线。下面以PLC5-40/E为例子，介绍变频器设备网连接方法。PLC5本机架上都安装了DeviceNet扫描器模块（A-B1771-SDN），它有两个通道，每个通道最多可以外接64个站。每个PLC利用本机网络扫描器DeviceNet通讯适配器(1203-GK5或1336-GM5，)来下挂本控制区域各台现场总线设备。这些站点主要包括：A-B变频器（1336F，1336E，160SSC系列，）A－B电机软起动器（SMC150系列）等。我公司采用是雏菊链（DaisyChain）环行连接形式物理拓扑结构。，利用Belden标准圆形五芯屏蔽通讯电缆将各个站点连接起来。首尾终端两站分别安装了终端电阻（121Ω，1%，1/4W）。如下图1所示，雏菊链拓扑结构DeviceNet变频器设备通讯网络示意图图1：雏菊链拓扑结构DeviceNet变频器设备通讯网络示意图我厂设备分布比较分散，某些站点之间相距较远。所有DeviceNet网络传输速率都设定为125KBPS,以确保通讯可靠。网络硬件连接好后，就可以利用设备网RS-232-CPC接口适配人器（1770-KFD）或设备网PC卡（1784-PCD）来实现PC机与PLC设备网扫描器通讯.DeviceNet管理软件RSNetworxforDeviceNet是基于Windows平台软件，利用它可以组态设备网并进行项目管理和网络故障诊断等。它支持A-B及第三方设备组态电子数据表（EDS）。组态过程中,首先应组态扫描器，设置扫描器与PLC之间I/O址界面，建立扫描器与各站适配器之间通讯。组态网络上各个站时，先要定义各个站址(即站号)。站址可以不连续，但要与各站通讯模块DIP开关设定相一致。变频器、软起动器等设备类站点，我们采用显式报文（ExplicitMessage）形式，分配PLC和各站之间发送/接收字长;定义通讯方式(我们定义为polled方式,每个扫描周期);建立变频器与PLC之间对应“软”I/O关系。再PLC５编程软件ＲＳlogix5编制出块传送（BTR/BTW）命令，实现ＰＬＣ对设备网上工作站I/O信息采集和控制。PLC控制程序就可以各站工作状态向各站发出控制命令，以达到工艺要求。我公司各PLC都连接到Ethernet上，网上中控制室内有Rsview32监控工作站。各显示器可显示出RSview不同工艺区域监控界面。中控室既可以控制全厂设备，也可查看各站点当前工作状态，变频器驱动装置速度可以连续设定和调节，人机界面非常友好。DeviceNet设备网网络，一百三十余台变频器分布两个马达控制中心（MCC）室，这就实现了对变频器和电动机集中控制，统一管理。（如图2所示：MCC室内DeviceNet变频器网络一角注:图中黄色电缆是网络通讯缆）图2:MCC室内DeviceNet设备网变频器网络一角5．变频器应用。设备网上驱动设备工艺要求和特点，全部采用了A-B公司变频器，尤其大多数是1336系列变频器。下面针对不同功能和应用做进一步介绍。1）.1336PLUSII变频器：1336PLUSII变频器是一种无传感器矢量控制变频器。它具有以下特点和优点：•全速范围内，实现精确转矩无速度传感器矢量控制。•非同一般灵活性，易于设定和操作；•应用了最新IGBT电源技术；•采用了精密控制算法以提供平滑性能，任何速度下都具有很强转矩以及安静运行。•具有可编程飞速启动特性。以上特性和变频器特点决定它们尤其适用于干法造纸生产系统：物料输送多为风机类负载和真空吸入等。利用此类变频器实现了生产连续调节，更重要是实现了精确可靠控制。风机类负载利用捕捉再启动特性，能够识别电动机方向和速度使电动机平滑加速，延长设备使用寿命。皮带横向清洁系统等场合，需要电动机往复运行，频繁起停，利用变频器实现了平滑启动与停机，定位准确，可以减少对设备冲击。加温，加湿空气调节系统和除尘系统以泵类负载为主，利用此类变频器很容易实现生产环境恒温，恒湿。所有1336PLUSII变频器都利用Adapter1扫描口1203-GM5通讯模块与PLC扫描器模块形成DeviceNet设备网现场总线。变频器所有控制（启动，停止，加速，减速等）和反馈（变频器工作状态）都设备网控制字和状态字来实现。利用设备网通讯模块硬件设定DatalinkＡ-Ｄ与变频器参数DataIn/OutＡ-Ｄ对应,由变频器设定哪些参数连接,实现PLC对这些参数读写;将变频器常用监控参数,如加减速时间、多个预置频率、实际输出电流电压、故障代码等参数设定到DataIn/Out上,映射方式,PLC对变频器就可实现一般功能监控。这样，节省了大量电缆和布线工作，也极大提高了可靠性，大大降低了故障率。变频器参数设置，通讯模块设置以及PLCRSlogix和RSview32人机界面编程实现了操作人员控制室内就可完成启动/停止加速/减速，监控和反馈速度和电流等手段。同时对该类变频器，我们全部安装了1336-L4逻辑界面控制卡，将该卡TB3上20#&21#端子短接。将电动机热保电阻和现场安全开关一个200毫安熔断器连接到使能信号（TB3，29#&30#）。有效实现了对电动机和变频器保护，同时极大提高了维护人员安全保护（拉下开关并上锁，起到隔离作用，联锁信号也会确保开关上口绝对安全，变频器没有“使能”，限制输出）电气控制原理图如图3所示。图3：1336PLUSII变频器电气控制原理图所有此类变频器都采用了相同控制原理和模式，不同控制区域可以使用相同电器原理图，参数设置和接线方法也完全相同。仅仅体现设备编号不同和电动机与变频器功率，加/减速时间，电机额定参数设定不同，掌握了一张原理图就可以对几十台同样设备进行维护和诊断，十分方便和快捷。功能类似变频器控制，RSlogix5PLC控制程序也极为简化，设计编制了一台变频器程序，就可作为子程序，无限次调用。典型参数设定表见表格一所示。表一：1336PLUSII变频器典型参数设定2）、1336IMPACT变频器使用1336IMPACT变频器具有无需传感器电动机温度补偿；速度转矩回路自整定；选择一个参数就可以从机遇编码器磁场定向控制切换到无编码控制；应用了最新IGBT电源技术等特点外；有与1336PLUSII相比最大优点它采用了FORCE技术，这是AB专利磁场定向控制方法。宽频电流调解技术，加上自适用控制器，可以对电动机磁通量和转矩进行分离和控制。极大提高了速度和转矩精确控制性能，它使交流电动机真正获类似直流调速性能。调速范围100：1以内时速度精度可达+/-0.001%，转矩调整率为2%。1336IMPACT变频器是为简化安装和操作而设计，但它仍有较复杂变频器特性。快速电动机整定步骤，让操作者菜单一步步输入简单电动机参数，不需要输入复杂电动机数据信息，而其余所需参数则由变频器自动计算输入。可组态模拟量，数字量和各种通讯模块控制方式，让用户有更多选择。无尘纸生产线拖动严格要求，主生产纸是由十条输送皮带和四个热压辊组成，不同输送皮带与压辊速度不严格调节能力差，将会造成断纸，局部拉薄或出现皱纹，薄厚不均等质量现象。早期无尘纸生产设备利用直流电机调速才能实现，驱动复杂，成本很高，故障点和故障率也很高。1336IMPACT变频器卓越性能正好能胜任这种场合。无纺布松卷设备和无称职打卷设备以及四个热压辊这类队转矩和速度要求都很高场合，具有磁场定向控制方法1336IMPACT变频器更能充分发挥它优势。我公司此类变频器Scanport6端口通讯模块连接到设备网络上。利用设备网通讯模块控制字和状态字实现了控制与反馈。PLCRSlogix5软件采用了主/从控制编程方法即将成型站驱动设定为主站其余驱动站点设为从站。设定了主站速度，各从站将自动跟随主站速度，实现速度同步。进一步加强速度精确性，此类变频器都采用了1336-L7E逻辑控制板，变频器与电动机接了增量型编码器实现速度闭环控制，进一步提高了速度可靠性和同步性。TB320#&21#与29#&30#端子信号用法与1336PLUSII相同。1336IMPAC变频器电气控制原理图与图3相似，它安装了1336-L7E可选逻辑接口板，使用了1024PPR增量型编码器，此不再给出。1336IMPACT变频器参数设置也十分简单，不再骜述。3）160SSC和1305系列变频器160SSC变频器160-DN2通讯模块与设备网相连；1305系列变频器1203-GK5通讯模块与设备网相连。它们主要用于4KW以下电动机驱动控制，这里不再介绍。5、AB系列变频器使用体会（1）性能卓越，稳定可靠。近五年生产实践进一步证明：是风机类和泵类负载，输送皮带，热压辊等对速度和扭矩要求十分严格负载，设备网控制1336系列变频器都以其卓越性能表现了驱动灵活，调节方便，工作十分稳定可靠等特点。我公司产品质量和生产能力也逐年不断提高。（2）操作简单通用性强。.不同系列变频器可以使用相同人机接口模块（HIM）或设备网组态软件来设置，操作和诊断。HIM以清晰语言提供即时信息，使用户可以专心于调试