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基于现场总线控制的 A BA B 13361336 系列变频器在干法造纸生产系统中的系列变频器在干法造纸生产系统中的 应用应用 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 RS logix5 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 TC P 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 B PLC5 和一台 A B SLC500 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 Panel View 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 Flex I 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 B 1771 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 SMC 150 系列 等 我公司采用是雏菊链 Daisy Chain 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 121 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 RS Networx for DeviceNet 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 Explicit Message 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 PLC 编程软件 logix5 编制出块传送 BTR BTW 命令 实现 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 RS view 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 1336 PLUS II 变频器 1336 PLUS II 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 1336 PLUS II 变频器都利用 Adapter 1 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 Data link 与变频器参数 Data In Out 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 Data In 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 PLC RSlogix 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 1336 PLUS II 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 RSlogix 5 PLC 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 1336 PLUS II 变频器典型参数设定 2 1336 IMPACT 变频器使用 1336 IMPACT 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 1336PLUS II 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 1336 IMPACT 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 1336 IMPACT 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 1336 IMPACT 变频器更能充分发挥它优势 我公司此类变频器 Scanport 6 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 PLC RSlogix5 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 1336PLUS II 相同 1336 IMPAC 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 1024 PPR 增量型编码器 此不再给出 1336 IMPACT 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过程 用户一旦熟悉了一种 AB 变频器操作和特性 如 1336PLUS 也会很容易熟悉其它 AB 变频器 如 1305 1336 IMPAC 1557 等 变频器参数设置 和状态监控等变十分简单方便 3 故障诊断方便 透明 人机界面 HIM 可以监控和清除故障 还未可以查看故障缓冲队列和报警缓冲队列 故障诊断 分析 十分有利 设备网上扫描器模块 SDN 也会反映一些变频器故障和报警代码 提示维修人