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浅析卫生纸机卫生纸加工设备电气控制系统的设计与实现
作者:ADMIN   2022-01-06   浏览: 次

卫生纸机在进行传动时, 对电气控制技术有着严格的要求, 随着卫生纸机逐步向高速、宽幅的方向发展, 对该技术的要求也越发严格。在技术革新的    支持下, 卫生纸机生产厂家也研发出了结构更为先进、控制系统更加复杂的机器, 如 OPTIreel 换卷、超级哑光等机器设备, 因此也急需相匹配的电气控制    系统确保卫生纸机可以高速、稳定的运行。本文从软硬件选择、自动化结构设计等多个层面对系统进行设计, 确保其可应用性。 


1 卫生纸机电气控制系统参数化分析


本文依靠创建数学模型的方式对重要参数进行分析。包括纸辊卷径、电磁转矩等, 准确性高的参数为电气控制系统的设计提供了参考依据 。

  1. 1 纸辊电机电磁转矩参数

以纸辊电机的工作原理和具体构造为依据, 将电磁转矩设定为 Mm, 刨除空转纸辊专精, 其平衡方程为: 


微信截图_20220106093038.png


我们将式 1 右侧系数进行格式转化, 会得出全新计算方程式:


微信截图_20220106093155.png


由此得出式 7 为纸辊电机电磁转矩参数的最终计算公式, 其计算精准度受采样参数的精准度影响, 因此在完成参数采集后, 需要对其进行滤波分析和处理。

  1. 2 纸辊卷径计算


与纸辊电机电磁转矩一样, 纸辊卷径值也是设计电气控制系统的重要参考数据, 计算数值的准确性直接影响着系统的控制能力。在卫生纸机正常运转时, 所计算出的实际纸辊卷径值是十分准确的, 若是处于高速运转状况, 会出现纸辊电机运转过快、纸肤窜动等状况, 并且在进行加减速调整时, 速度波动会越发明显, 这也就导致了数据采集工作无法在稳定的条件下进行, 影响实际运算结果。若出现断纸情况, 不稳定性增大[2] 。针对此种情况, 本文提出了更为合理的运算方法。


当纸辊变频电机运转时, 其直径大小会发生成倍的变化, 我们用 h 来表示。为了进一步提升计算精准性, 我们设定 ΔD < h , 若 ΔD ≥ h, 且 Dn+1 =Dn , 则以上一次的运算结果为准, 无需重新计算。若 ΔD > 0 , 则代表本次运算结果不准确, 或运算时受到严重干扰, 系统会自动停止运算。


2 电气控制系统设计

2. 1 设计参数及计算依据

2. 1. 1 传送点控制参数 主要传送点控制参数如表 1 所示:


微信截图_20220106093527.png

2. 1. 2 设备参数  在进行设备选择时, 需要以电气控制系统的参数为依据, 卫生纸的纸张厚度、大小、种类、工作车速等参数也需要考虑进去。设备数据参数如表 2 所示:


微信截图_20220106093647.png

2. 2 系统硬件配置

在造纸行业中, 卫生纸机客户在选择机器时, 会着重对电气控制系统的控制精准度进行考察, 在确保控制能力的基础上, 尽量减少资金投入, 因此在控制系统硬件选择上, 我们分别选用了 ABB ACS800型号的变频器, S7-400H PLC, MP277 17 寸液晶显示屏, PROFIBUS-DP 总线[3] 。在选择纸辊电机时, 需要将工作转速、调速范围、运行功率等因素考虑进去, 具体计算公式如下:


微信截图_20220106093739.png


2. 3 方案设计    


本文提到的电气控制系统在 SIMATICPCS7 软件设计平台上构建了分级控制网络, 此网络拥有三级结构, 以 S7-414H 为总控, 通过 ABB ACS800 交流变频器直接操纵电机, 利用 PROFIBUS-DP 总线控制信息传送频率。为了确保卫生纸机各分部相邻传送点速比相同、确保纸幅张力统一, 直接于系统中应用了速度链开、闭环技术, 可切换张力控制技术。融入先进技术的电气控制系统操作方法简单, 控制效果好, 可用在纸种变化较多的卫生纸机上。此外, 在实际生产时, 纸辊中的纸页状态也会发生变化, 若此时纸辊电机运转速度过快, 容易出现纸幅被拉断的现象, 针对此种情况, 于系统中增设了反向控制速度,算法流程如图 1 所示: 


微信截图_20220106093905.png


2. 4 系统软件选型

由于卫生纸机电气控制系统结构冗杂, 市面上常用的控制软件系统很难满足其使用要求, 我们对常用的控制软件系统进行了深入比较, 对比情况如表 3 所示。


微信截图_20220106093952.png


通过表 3 可以得知, PCS7 与其他控制系统相比, 控制效果更加稳定, 更适合应用于卫生纸机电气控制系统中[4] 。

3 系统实际运行效果


为了测试本文设计的电气控制系统是否具备可应用性, 我们记录了系统完整的运行周期, 并将主要运行数值进行了计算, 结果如表 4 所示。


微信截图_20220106094104.png

从表 4 可知, 在实际运行时, 纸幅张力基本无变化, 可以保持恒定, 并且可以及时、均衡的分配负荷,因此, 该电气控制系统可以很好的满足卫生纸机实际工作时对传动速率、负荷分配、控制纸幅张力等多种需求, 拥有较强的可应用性 。 


4 结束语


因现有的卫生纸机在实际制纸时容易出现纸页窜边、损坏或断头的问题, 本文从参数入手, 设计了一款新的卫生纸机电气控制系统, 挑选合适的软硬件提升其控制能力。并通过实际测验证明其在传动速率、苏荷分配等方面都有着很强的控制力。于卫生纸机中应用这一电气控制系统, 可以确保卫生纸机更稳定的运行, 提升制纸效率。 


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