4880-2000复卷机电控系统技术方案

4880/2000复卷机电控系统技术方案年产30万吨高档白纸板项目4880/2000复卷机电控系统技术方案1第一章复卷机基本要求一、卷机主要技术数据：1、型式：下引纸2、纸种：白卡纸、白板纸3、定量：150-450g/m²4、辊宽:5150mm5、净纸幅宽:4880mm6、最大成品纸卷直徑：mm7、工作车速：2000m/min8、最大工作车速：2200m/min9、平衡车速：2200m/min10、引纸速度：m/min11、加速度：0.67m/S211、升降速时间：50S12、纸页张力：800-2000N/m（带长度计量）13、电气控制形式：交流传动二、复卷机主传动部分参数：1、前底辊电机：交流变频电机250KW,带编码器2、后底辊电机：交流变频电机250KW,带编码器3、退纸辊电机：交流变频电机710KW,带编码器4、圆刀电机：5、弧形辊电机：6、导纸辊：7、压纸辊：交流变频电机5.5KW*2台，三、复卷机传动电气控制要求1、主传动为交流驱动，采用公用直流母线给三个主传动逆变器供电的方案。供电单元及逆变单元均为ABB公司产品，其中供电单元用可逆模块，可实现直流供电和回馈制动功能；逆变单元为直接转矩控制。2、PLC控制器采用西门子S7-400PLC，OP270-10作为控制面板，并设有工程师工作站。工作站由PC机以及相应的终端设备一套，彩色打印机一台。年产30万吨高档白纸板项目4880/2000复卷机电控系统技术方案23、控制方式：三级控制。ABB交流传动控制器；西门子S7-400；人机界面OP270-10及PC机。PLC与变频器及直流控制器及OP270-10等通过PROFIBUS-DP通讯方式构成局域网络。4、控制要求：（1）放卷恒张力控制（2）压纸辊压力自动控制（3）前、后底辊力矩差控制（4）静张力功能（5）复卷辊辊径预设功能，达到预设的直径后自动减速停车并保持静张力。（6）前、后底辊稳速控制（7）开车电铃信号（8）断纸自动停机功能（9）OP270-10显示报警功能（10）机架操作箱具有引纸操作功能和引纸调速功能。（11）断纸后所有驱动电机和放纸辊电机紧急制动功能。（12）计长功能，达到设定的长度后自动停车并保持静张力。5、反馈方式：（1）所有电机采用速度反馈为光电编码器数字式反馈。（2）张力反馈为张力传感器实测反馈。（3）电位器作为直径检测复卷的辊直径。（4）断纸检测采用进口反射式传感器。6、加减速时间：30-50秒7、加速度：0.67米/秒2四、复卷机电气传动控制特点1、放纸辊自动张力控制复卷机中配置张力控制辊和张力传感器，在引纸时即能建立张力，保证起卷时张力平滑过度。运行过程中，通过张力的实测控制和张力间接控制，使纸张力保持恒定，同时在升降速过程中，加入动态惯量补偿，有效的保证了纸幅张力自动控制的性能。2、前、后底辊力矩控制为了保证成品纸卷内紧外松的一致性，在操作台OP270-10面板上设置紧度控制，可根据各种纸的工艺要求设定不同的力矩差，通过成品纸卷直径位移电位器的检测，实现力矩差自动控制。年产30万吨高档白纸板项目4880/2000复卷机电控系统技术方案33、压纸辊压力控制在气压操作系统中加入进口电气比例阀，通过直径位移传感器检测成品纸卷的直径，可设置不同曲线，控制比例阀，达到自动控制压力的目的。4、压纸辊传动控制压纸辊由电机带动。速度跟随后底辊，速度信号由PLC给出5、圆刀传动控制（1）速度跟随后底辊（2）电流（力矩）自动调节平衡（3）速度信号由PLC给出6、其它控制（1）前后底辊和放纸辊均具备快停功能，在操作台和机架上2处安装急停按钮，可通过快停按钮快速制动，使损失降到最小程度。紧停用于紧急故障时使用，采用能耗制动，均能立即刹车。公共母线上制动装置的设置，有效的保证了制动效果。（2）放纸辊引纸时，运用现场控制面板上的正向点动和反向点动按钮控制，速度用面板上的电位器调节。（3）辅助所有的控制回路与主传动系统的连锁控制。（4）断纸后，设备自动停机，前后底辊、放纸辊自动紧急制动。（5）机架上装有辅助操作挂箱和紧停按钮。年产30万吨高档白纸板项目4880/2000复卷机电控系统技术方案4第二章复卷机控制系统结构一、复卷机控制系统总体结构：根据用户要求，本控制系统前、后底辊、放纸辊均采用交流变频传动控制，辅助传动中压纸辊、采用交流变频传动，系统结构图如下图所示。系统为三级控制方式。传动系统第一级为逆变器，均配有闭环控制编码器反馈板，组成闭环子系统。逆变器配有PROFIBUS-DP通讯板，与上位PLC组成PROFIBUS-DP现场总线控制网络。传动系统第二级为PLC控制系统，PLC采用西门子公司大型S7-400PLC，配有远程与现场信号连接。第三级为OP270-10人机界面及PC机，与PLC及传动控制器以通讯方式构成局域网络。二、PLC控制系统（第二级）本系统选用ABB公司直接转矩控制ACS600系列逆变器，以西门子S7-400大型PLC为控制中心，PLC通过现场总线PROFIBUS-DP与变频器构成DCS控制系统，控制系统结构图上图所示。PLC与上位机、现场操作屏、变频器、直流装置实行高速通讯。通讯速率12Mbps/s。传动部控制中心选用中、大型S7-400PLC，S7-400有强大的通讯功能。可与操作屏、变频器、直流装置组成PROFIBUS-DP控制网络，采用现场总线实现高速通讯，完成整个复卷机传动过程中的车速控制、张力控制、前后底辊负荷分配控制、压力程序自动控制、定长、定直径停车控制、辅助传动点的速度跟踪控制等。S7-400PLC与上位机、操作屏高速通讯，完成操作控制及过程数据显示。SIMATICS7-400可编程序控制器采用模板化设计，可将各种不同的模板进行组合。组成适用于各种工业控制系统。功能强大的设计特性使CPU具有更高的性能。S7-400PLC具体如下功能：●高速指令执行80NS的指令执行时间开创了中、高级性能领域应用的新天地●柔性扩展PROFIBUS-DPOP270-10S7-400年产30万吨高档白纸板项目4880/2000复卷机电控系统技术方案5S7-400提供最大8192数字I/O或512模拟I/O。●多点接口集成的多点接口（MPI）通讯端口可建立最多达32个站点，可以完成许多功能。编程与参数设置HMI任务、以及简单网络结构的建立。支持最多为32个站点的同时连接：编程设备或用STEP7的计算机，HMI系统（操作员面板），S7-300，S7-400等。●集成的HMI服务用户只需要为HMI设备规定数据的来源和目的地，系统自动地以循环方式传输这些参数。●PROFIBUS-DP接口S7-400作为主站，可以通过集成在CPU上的PROFIBUS-DP接口与其它设备相连接。PROFIBUS总线存取协议包括主站之间的令牌传递方式和主站与从站之间的主从方式，令牌传递程序保证了每个主站在一个确切规定的时间框内得到总线存取权(令牌)，令牌是一条特殊的电文，它在所有主站中循环一周的最长时间是事先规定的，在PROFIBUS中，令牌只在各主站之间通信时使用。主从方式允许主站在得到总线存取令牌时可与从站通信，每个主站均可向从站发送或索取信息，通过这种方法有可能实现下列系统配置：纯主—从系统；纯主—主系统(带令牌传递)；混合系统。可以作为主站连接的设备有：S7-400、S7-300、编程设备或个人计算机等。可以作为从站连接的设备有：ET200分布式I/O、S7-300、S7-200（通过EM277）、MPI功能通过PROFIBUS-DP操作、西门子变频器、ABB变频器、ABB直流装置等其它厂商设备。●口令字保护除钥匙操作开关外，多级口令字可防止用户程序的非法访问。●诊断缓存器最后120个故障和中断事件保存在缓存器中，供诊断故障或调试用。●实时时钟将从CPU来的诊断信息标上日期和时间。S7-400作为控制的第二级，在控制中有承上启下的作用，其作为控制的核心，有如下控制功能。年产30万吨高档白纸板项目4880/2000复卷机电控系统技术方案6PLC主要控制功能：（1）、现场控制信号的采集，远程I/O和操作屏通过通讯将现场操作信号送入PLC。（2）、速度的控制及计算，PLC根据工艺要求完成速度的控制处理。PLC以后底辊的速度为基准，经过适当的计算后，分别给出导纸辊、压纸辊、圆刀、弧形辊的速度给定信号。（3）、自动负荷分配控制功能，对于前、后底辊间的负荷分配，PLC要根据不同纸种的工艺要求，设置不同的力矩差曲线，完成负荷分配运算及控制。（4）、压纸辊的压力程序控制，PLC检测直径电位器的值，根据不同纸种压力曲线，自动计算压力的大小。（5）、PLC与操作屏实行高速通讯，将传动各传动点工作状态实时在操作屏显示出来；并接受操作屏上的操作指令，控制各传动点执行相应的动作。（6）、张力控制自动根据不同的运行状态，通过在操作屏上设置不同的张力给定，接受张力传感器信号，进行恒张力控制。（8）、断纸报警连锁控制及电气一体化连锁控制。（9）、与其它工艺过程的连锁控制。操作台控制：操作系统配有操作屏，设立在操作台上。操作屏采用西门子大型智能操作控制单元OP270彩色操作屏。控制屏上设有功能键，可以自由地组态画面，设置多个画面，可以通过画面的切换动态地运用文字、数字、示波器、棒图等来显示各传动点的工作状态（如启动/停止、运行/引纸、故障、报警、开环/闭环┅┅等）和运行参数（如电机的电流、转矩、线速度、张力、压力┅┅等），可以对各主传动点实现全部控制功能，具体控制功能如下：1）起动/停止：用于控制各传动电机的起停控制。2）引纸/运行：用于低速引纸、正常复卷切换。3）速度增：用于复卷机的速度调整。4）速度减：用于复卷机的速度调整。5）张力增：用于复卷机的放卷张力调整。6）张力减：用于复卷机的放卷张力调整。7）压力曲线设定：根据不同纸种工艺要求设置相应的压力曲线。年产30万吨高档白纸板项目4880/2000复卷机电控系统技术方案78）转矩曲线设定：根据不同纸种紧度要求设置相应的转矩曲线。9）张力设定：用于放卷张力设定，根据不同运行状态设置不同的张力。10）速度设定：用于设置复卷机的运行车速。11）定长、定直径功能：预定长度或成品纸卷直径，自动程序停车。监测显示功能有：1）变频器、直流装置的运行、故障等状态显示。2）电机的电流、转矩显示。3）复卷机线速度、放卷张力、压力、紧度等显示。单独设置紧急停车，按照需要安装在操作台、操作盒上，当复卷机运行过程中出现意外事故，威胁到设备安全及人身安全时才可使用。紧急停车采用按钮控制,信号直接送入PLC、逆变器,采用电气回馈制动、机械抱闸双重急停控制,确保系统的可靠性。PLC负责包括主传动与主要辅助传动的电气连锁与速度自动控制；放卷张力自动程序控制、压纸辊的压力程序控制；前、后底辊的负荷分配控制；连锁控制与保护控制等。三、变频控制系统（第一级）前、后底辊及退纸辊的逆变器均采用ABB系列产品，由ABB整流单元提供的公共直流电源供电。逆变器可以通过设置参数来选择不同的操作方式和各种功能，其配有编码器反馈板，实现闭环控制，同时也配有PROFIBUS-DP通讯板，与上位S7-400PLC组成PROFIBUS-DP现场总线通讯控制系统。ACS600是新一代全数字交流变频器，能达到控制交流电机的完美极限。ACS600是第一代采用直接转矩控制技术(DTC)的交流变频器，它能够在没有光码盘或测速电机的反馈的条件下，精确控制任何标准鼠笼电机的速度和转矩。ACS600标准变频器模块从2.2KW至3000KW所有功率范围都是IGBT功率模块，并且在变频器内部设置了进线电抗器，从而有效地抑制了高次谐波对电网的影响；为满足不同应用的需要，ACS600产品系列提供了全范围的制动能力。在大多数应用中，磁通制动或带有制动斩波器和制动电阻的动态制动都可以提供有效制动功率。具体技术细节见ACS600MultiDrive系统描述年产30万吨高档白纸板项目4880/2000复卷机电控系统技术方案8第三章、系统工作原理与性能指标我们选用西门子S7-400