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案例頻道1． 引言
無塵紙是一種高附加值的新型衛(wèi)生用品。它具有卓越的高吸濕性、可靠鎖水性、衛(wèi)生安全性等優(yōu)點，廣泛應用于婦女衛(wèi)生巾、成人尿失禁、嬰兒紙尿褲等產(chǎn)品領(lǐng)域。為滿足亞太地區(qū)對無塵紙日益增長的市場需求，世界無紡布行業(yè)巨頭英國BBA集團于1999年在中國天津投資成立了博愛（中國）膨化芯材有限公司；并安裝了目前世界上最先進的干法造紙（無塵紙）生產(chǎn)線，于2001年秋正式投產(chǎn)，年生產(chǎn)能力16000噸。
2． 干法造紙（無塵紙）生產(chǎn)工藝簡介：
干法造紙要求十分嚴格穩(wěn)定的生產(chǎn)條件，與傳統(tǒng)的濕法造紙技術(shù)完全不同。其核心是漿粕氣流成網(wǎng)技術(shù)。基本工藝過程是：在恒溫、恒濕、恒氣壓的環(huán)境中利用氣流成網(wǎng)技術(shù)，按照不同比例配比開松成單纖維狀態(tài)的木漿纖維板、合成短纖維、PE（聚乙烯）粉末和SAP(超級吸濕粉末)等原料，從它們各自的原料準備區(qū)域，經(jīng)過設(shè)備自動測算和計量，然后用風機管道氣流傳輸方法使它們輸送到成型站。各種原料在成型站的成型頭內(nèi)充分混合后，靠真空吸附均勻地凝集在成網(wǎng)皮帶上，再經(jīng)過噴膠、熱風加熱/熔化、熱壓、反面噴膠、熱風加熱/熔化，冷卻、打卷，分切等過程，生產(chǎn)出優(yōu)良產(chǎn)品。
各種原料經(jīng)過從成型站成型直到成品打卷要經(jīng)過10條不同的輸送皮帶。針對不同的產(chǎn)品，不但要求各原材料的進給量，風機速度，傳動電機速度等連續(xù)可調(diào)節(jié)，而且驅(qū)動速度和轉(zhuǎn)矩更要求嚴格準確，否則將對產(chǎn)品質(zhì)量造成重大影響。
3． 控制系統(tǒng)簡介
我公司干法造紙無塵紙生產(chǎn)線全套從歐洲進口,是目前本行業(yè)內(nèi)最先進的設(shè)備。其控制系統(tǒng)根據(jù)美國羅克韋爾公司的全方位自動化的理念而設(shè)計的開放式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)及設(shè)備。三層網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)貫穿于整個生產(chǎn)控制區(qū)域。實現(xiàn)了從信息層(Ethernet) 到控制層（ControlNet）和現(xiàn)場層 (DeviceNet) 的無縫連接。
五臺裝有RSview32和RS logix5軟件的A-B 工業(yè)PC機安裝在中控室內(nèi)，它們的以太網(wǎng)接口都連接到HUB上。該網(wǎng)通過HUB還與企業(yè)Intranet相連，通過TC P/IP協(xié)議組成Ethernet網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成信息（管理）層
生產(chǎn)線控制層由具有以太網(wǎng)功能的八臺A-B PLC5和一臺A-B SLC500可編程序控制器組成，它們都安裝在MCC（馬達控制中心）室內(nèi)的控制柜內(nèi)，分別控制九個工藝區(qū)域。它們的以太網(wǎng)接口都通過媒體轉(zhuǎn)換設(shè)備經(jīng)光纖連接到中控室的集線器（HUB）上。
各臺可編程序控制器除掛接本地及遠程I/O模塊、Panel View人機界面等裝置外，都安裝了DeviceNet掃描器（1771-SDN或1747-SDN），并通過DeviceNet通訊模塊（1336-GM5,1203-GK5，1794-ADN等）下掛現(xiàn)場智能設(shè)備，如變頻器，電機軟起動器，F(xiàn)lex I/O,9000系列光電開關(guān)等組成DeviceNet設(shè)備網(wǎng)，實現(xiàn)了對現(xiàn)場級裝置的有效控制。
4． DeviceNet變頻器設(shè)備網(wǎng)硬件組成和軟件組態(tài)及控制實現(xiàn)
DeviceNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，實時性強，它采用生產(chǎn)者／客戶模式，提供了強有力的故障診斷與排除能力，是一種理想的設(shè)備層現(xiàn)場總線。
下面以PLC5-40/E為例子，介紹變頻器設(shè)備網(wǎng)的連接方法。PLC5本地機架上都安裝了DeviceNet掃描器模塊（A-B 1771-SDN），它有兩個通道，每個通道最多可以外接64個站。每個PLC利用本機網(wǎng)絡(luò)掃描器通過DeviceNet通訊適配器 (1203-GK5或1336-GM5，) 來下掛本控制區(qū)域的各臺現(xiàn)場總線設(shè)備。這些站點主要包括：A-B 變頻器（1336F，1336E，160SSC系列，）A－B電機軟起動器（SMC 150系列）等。
我公司采用的是雛菊鏈（Daisy Chain）的環(huán)行連接形式的物理拓撲結(jié)構(gòu)。，利用Belden標準圓形五芯屏蔽通訊電纜將各個站點連接起來。在首尾終端兩站分別安裝了終端電阻（121Ω，1%，1/4W）。 如下圖1所示，雛菊鏈拓撲結(jié)構(gòu)的DeviceNet變頻器設(shè)備通訊網(wǎng)絡(luò)示意圖
圖1：雛菊鏈拓撲結(jié)構(gòu)的DeviceNet變頻器設(shè)備通訊網(wǎng)絡(luò)示意圖
我廠的設(shè)備分布比較分散，某些站點之間相距較遠。因此所有DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率都設(shè)定為125KBPS, 以確保通訊可靠。
網(wǎng)絡(luò)硬件連接好后，就可以利用設(shè)備網(wǎng)RS-232-C的PC接口適配人器（1770-KFD）或設(shè)備網(wǎng)PC卡（1784-PCD）來實現(xiàn)PC機與PLC的設(shè)備網(wǎng)掃描器的通訊.
DeviceNet的管理軟件RS Networx for DeviceNet 是基于Windows平臺的軟件，利用它可以組態(tài)設(shè)備網(wǎng)并進行項目管理和網(wǎng)絡(luò)故障診斷等。它支持A-B及第三方設(shè)備組態(tài)電子數(shù)據(jù)表（EDS）。
組態(tài)過程中,首先應組態(tài)掃描器，設(shè)置掃描器與PLC之間的I/O地址界面，建立掃描器與各站適配器之間的通訊。組態(tài)網(wǎng)絡(luò)上各個站時，先要定義各個站的地址(即站號)。站的地址可以不連續(xù)，但要與各站通訊模塊的DIP開關(guān)設(shè)定相一致。
對于變頻器、軟起動器等設(shè)備類站點，我們采用顯式報文（Explicit Message）的形式，分配PLC和各站之間發(fā)送/接收的字長;定義通訊方式(我們定義為polled 方式,每個掃描周期);建立變頻器與PLC之間對應的“軟”I/O關(guān)系。再通過PLC５的編程軟件ＲＳlogix5編制出塊傳送（BTR/BTW）命令，實現(xiàn)ＰＬＣ對設(shè)備網(wǎng)上工作站I/O信息采集和控制。PLC控制程序就可以根據(jù)各站的工作狀態(tài)向各站發(fā)出控制命令，以達到工藝要求。
由于我公司的各PLC都連接到Ethernet上，網(wǎng)上中控制室內(nèi)有Rsview32監(jiān)控工作站。各顯示器可顯示出RS view不同工藝區(qū)域的監(jiān)控界面。在中控室既可以控制全廠的設(shè)備，也可查看各站點的當前工作狀態(tài)，變頻器驅(qū)動的裝置速度可以連續(xù)設(shè)定和調(diào)節(jié)，人機界面非常友好。
通過DeviceNet設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，一百三十余臺變頻器分布在兩個馬達控制中心（MCC）室，這就實現(xiàn)了對變頻器和電動機的集中控制，統(tǒng)一管理。（ 如圖2所示：MCC 室內(nèi)DeviceNet變頻器網(wǎng)絡(luò)一角 注:圖中黃色電纜是網(wǎng)絡(luò)通訊纜）
圖2: MCC 室內(nèi)DeviceNet設(shè)備網(wǎng)變頻器網(wǎng)絡(luò)一角
5．變頻器的應用
設(shè)備網(wǎng)上的驅(qū)動設(shè)備根據(jù)工藝要求和特點，全部采用了A-B公司的變頻器，尤其大多數(shù)是1336系列變頻器。下面針對不同的功能和應用做進一步的介紹。
1）.1336 PLUS II變頻器：
1336 PLUS II 變頻器是一種無傳感器矢量控制變頻器。它具有以下特點和優(yōu)點：
•在全速范圍內(nèi)，實現(xiàn)精確轉(zhuǎn)矩的無速度傳感器矢量控制。
•非同一般的靈活性，易于設(shè)定和操作；
•應用了最新的IGBT電源技術(shù)；
•采用了精密的控制算法以提供平滑的性能，在任何速度下都具有很強的轉(zhuǎn)矩以及安靜地運行。
•具有可編程的飛速啟動特性。
以上特性和變頻器的特點決定它們尤其適用于干法造紙的生產(chǎn)系統(tǒng)：
物料的輸送多為風機類負載和真空吸入等。利用此類變頻器不但實現(xiàn)了生產(chǎn)連續(xù)調(diào)節(jié)，更重要的是實現(xiàn)了精確可靠的控制。風機類負載利用捕捉再啟動特性，能夠識別電動機的方向和速度使電動機平滑加速，延長設(shè)備使用壽命。
皮帶橫向清潔系統(tǒng)等場合，需要電動機往復運行，頻繁起停，利用變頻器實現(xiàn)了平滑啟動與停機，定位準確，可以減少對設(shè)備的沖擊。
加溫，加濕的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和除塵系統(tǒng)以泵類負載為主，利用此類變頻器很容易實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境的恒溫，恒濕。
所有1336 PLUS II變頻器都利用Adapter 1掃描口通過1203-GM5通訊模塊與PLC 掃描器模塊形成DeviceNet設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線。變頻器的所有控制（啟動，停止，加速，減速等）和反饋（變頻器的工作狀態(tài)）都通過設(shè)備網(wǎng)的控制字和狀態(tài)字來實現(xiàn)。利用設(shè)備網(wǎng)通訊模塊硬件設(shè)定的Data link Ａ-Ｄ與變頻器參數(shù)的Data In/Out Ａ-Ｄ對應, 由變頻器設(shè)定哪些參數(shù)與其連接 ,從而實現(xiàn)PLC對這些參數(shù)的讀寫; 將變頻器的常用監(jiān)控參數(shù) ,如加減速時間、多個預置頻率、實際輸出電流電壓、故障代碼等參數(shù)設(shè)定到Data In/Out上 ,通過映射方式 ,PLC對變頻器就可實現(xiàn)一般功能的監(jiān)控。這樣，不但節(jié)省了大量的電纜和布線工作，也極大提高了可靠性，大大降低了故障率。
通過變頻器參數(shù)設(shè)置，通訊模塊的設(shè)置以及PLC RSlogix和 RSview32人機界面編程實現(xiàn)了操作人員在控制室內(nèi)就可完成啟動/停止加速/減速，監(jiān)控和反饋速度和電流等手段。同時對該類變頻器，我們?nèi)堪惭b了1336-L4的邏輯界面控制卡，將該卡TB3上的20#&21#端子短接。將電動機的熱保電阻和現(xiàn)場安全開關(guān)通過一個200毫安熔斷器連接到使能信號（TB3，29#&30#）。不但有效實現(xiàn)了對電動機和變頻器的保護，同時極大提高了維護人員的安全保護（只要拉下開關(guān)并上鎖，不但起到隔離作用，聯(lián)鎖信號也會確保開關(guān)上口絕對安全，變頻器沒有“使能”，限制輸出）電氣控制原理圖如圖3所示。
圖3：1336 PLUS II 變頻器電氣控制原理圖
由于所有的此類變頻器都采用了相同的控制原理和模式，因此不同的控制區(qū)域可以使用相同的電器原理圖，參數(shù)的設(shè)置和接線方法也完全相同。僅僅體現(xiàn)在設(shè)備編號不同和電動機與變頻器的功率，加/減速時間，電機額定參數(shù)設(shè)定不同，因此只要掌握了一張原理圖就可以對幾十臺同樣設(shè)備進行維護和診斷，十分方便和快捷。
對于功能類似的變頻器控制，RSlogix 5 PLC 的控制程序也極為簡化，只要設(shè)計編制了一臺變頻器的程序，就可作為子程序，無限次的調(diào)用。典型參數(shù)設(shè)定表見表格一所示。
表一：1336 PLUS II變頻器典型參數(shù)設(shè)定
2）、1336 IMPACT變頻器的使用
1336 IMPACT變頻器除了具有無需傳感器的電動機溫度補償；速度轉(zhuǎn)矩回路的自整定；只要選擇一個參數(shù)就可以從機遇編碼器的磁場定向控制切換到無編碼控制；應用了最新的IGBT電源技術(shù)等特點外；有與1336PLUS II 相比的最大優(yōu)點在于它采用了FORCE技術(shù)，這是AB專利的磁場定向控制方法。寬頻的電流調(diào)解技術(shù)，加上自適用的控制器，可以對電動機的磁通量和轉(zhuǎn)矩進行分離和控制。極大地提高了速度和轉(zhuǎn)矩的精確控制性能，它使交流電動機真正獲得類似直流調(diào)速的性能。在調(diào)速范圍100：1以內(nèi)時速度的精度可達+/-0.001%，轉(zhuǎn)矩調(diào)整率為2%。
1336 IMPACT變頻器是為簡化安裝和操作而設(shè)計的，但它仍有較復雜的變頻器特性?？焖匐妱訖C整定步驟，讓操作者通過菜單一步步輸入簡單的電動機參數(shù)，不需要輸入復雜的電動機數(shù)據(jù)信息，而其余所需參數(shù)則由變頻器自動計算輸入?？山M態(tài)的模擬量，數(shù)字量和各種通訊模塊的控制方式，讓用戶有更多選擇。
對于無塵紙生產(chǎn)線拖動的嚴格要求，因為主生產(chǎn)紙是由十條輸送皮帶和四個熱壓輥組成，如果不同輸送皮帶與壓輥的速度不嚴格調(diào)節(jié)能力差，將會造成斷紙，局部拉薄或出現(xiàn)皺紋，薄厚不均等質(zhì)量現(xiàn)象。早期的無塵紙生產(chǎn)設(shè)備只有利用直流電機調(diào)速才能實現(xiàn)，不但驅(qū)動復雜，成本很高，而且故障點和故障率也很高。1336 IMPACT變頻器的卓越性能正好能勝任這種場合。
對于無紡布松卷設(shè)備和無稱職打卷設(shè)備以及四個熱壓輥這類隊轉(zhuǎn)矩和速度要求都很高的場合，具有磁場定向控制方法的1336 IMPACT 變頻器更能充分發(fā)揮它的優(yōu)勢。
我公司此類變頻器的Scanport 6端口通過通訊模塊連接到設(shè)備網(wǎng)絡(luò)上。利用設(shè)備網(wǎng)通訊模塊的控制字和狀態(tài)字實現(xiàn)了控制與反饋。PLC RSlogix5軟件采用了主/從控制編程方法即將成型站驅(qū)動設(shè)定為主站其余驅(qū)動站點設(shè)為從站。只要設(shè)定了主站的速度，各從站將自動跟隨主站的速度，實現(xiàn)速度同步。為了進一步加強速度的精確性，此類變頻器都采用了1336-L7E的邏輯控制板，變頻器與電動機接了增量型編碼器實現(xiàn)速度閉環(huán)控制，進一步提高了速度的可靠性和同步性。
對于TB3的20#&21#與29#&30#端子信號的用法與1336PLUS II相同。
1336 IMPAC變頻器電氣控制原理圖與圖3相似，只是它安裝了1336-L7E可選邏輯接口板，使用了1024 PPR的增量型編碼器，在此不再給出。
1336 IMPACT變頻器參數(shù)設(shè)置也十分簡單，不再驁述。
3）160SSC和1305系列變頻器
160SSC變頻器通過160-DN2通訊模塊與設(shè)備網(wǎng)相連；1305系列變頻器經(jīng)過1203-GK5通訊模塊與設(shè)備網(wǎng)相連。它們主要用于4KW以下的電動機驅(qū)動控制，這里不再介紹。
5、AB系列變頻器使用體會
（1）性能卓越，穩(wěn)定可靠。
經(jīng)過近五年的生產(chǎn)實踐進一步證明：無論是風機類和泵類負載，還是輸送皮帶，熱壓輥等對速度和扭矩要求十分嚴格的負載，設(shè)備網(wǎng)控制的1336系列變頻器都以其卓越性能表現(xiàn)了驅(qū)動靈活，調(diào)節(jié)方便，工作十分穩(wěn)定可靠等特點。我公司的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)能力也逐年不斷提高。
（2）操作簡單通用性強。
不同系列的變頻器可以使用相同的人機接口模塊（HIM）或設(shè)備網(wǎng)組態(tài)軟件來設(shè)置，操作和診斷。HIM以清晰的語言提供即時信息，使用戶可以專心于調(diào)試過程。用戶一旦熟悉了一種AB變頻器的操作和特性（如1336PLUS），也會很容易熟悉其它AB變頻器（如1305，1336 IMPAC, 1557等）。變頻器參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)監(jiān)控等變得十分簡單方便。
（3）故障診斷方便，透明。
通過人機界面HIM不但可以監(jiān)控和清除故障，還未可以查看故障緩沖隊列和報警緩沖隊列，對于故障診斷，分析十分有利。
設(shè)備網(wǎng)上的掃描器模塊（SDN）有時也會反映一些變頻器的故障和報警代碼，提示維修人員故障可能原因和進一步處理方法。
（4）元件互換性強，可以降低備件庫存率。
例如對于1336PLUS II，無論多大的功率變頻器都使用相同的主控板（MCB）。對于1336IMPCT也有類似的情況。每種變頻器只要備用少量的通用件即可。而且兩種變頻器同樣功率的變頻器電源結(jié)構(gòu)相同，緊急情況功率部分可以互為備件應急使用。極大地降低了備件庫存量可占用資金。
（5）AB變頻器對電網(wǎng)電源質(zhì)量影響小，節(jié)能效果明顯。
所有AB變頻器，電源進入變頻器之前，首先進入與變頻器功率和尺寸相當?shù)纳漕l干擾過濾器（RFI Filter）。這樣一來，不但大大降低了變頻器對電網(wǎng)的沖擊，也很好地抑制了高次諧波的產(chǎn)生.，電網(wǎng)功率因素接近于1，也達到了十分理想的節(jié)能效果。
多家經(jīng)營電網(wǎng)節(jié)能裝置（俗稱省電機）的廠家得知我們是電能消耗大戶（因我公司裝機容量接近一萬千伏安），都前來推銷和介紹各自的省電設(shè)備，當他們了解到我們電動機的驅(qū)動都來自AB 變頻裝置時，都紛紛退卻，知難而退。實際的測量也進一步說明了使用AB變頻驅(qū)動的設(shè)備，電能進一步節(jié)約的潛力很小。
6. 結(jié)束語：
干法造紙生產(chǎn)系統(tǒng)由于采用了DeviceNet 設(shè)備網(wǎng)技術(shù)，極大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和實時性。尤其A-B 1336系列變頻器的應用，不但保證了生產(chǎn)系統(tǒng)的連續(xù)調(diào)節(jié)，更極大方便了設(shè)備的操作、監(jiān)控，設(shè)備維護及故障診斷與排除等。利用變頻器集成控制的設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線技術(shù)，進行生產(chǎn)線的自動化控制是一種理想的解決方案?，F(xiàn)場總線和變頻器的顯著優(yōu)點，決定著它們廣泛應用是控制領(lǐng)域的必然趨勢。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號