1. 引言
無(wú)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(diǎn),廣泛應(yīng)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(duì)無(wú)塵紙日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求,世界無(wú)紡布行業(yè)巨頭英國(guó)BBA集團(tuán)于1999年在中國(guó)天津投資成立了博愛(ài)(中國(guó))膨化芯材有限公司;并安裝了目前世界上最先進(jìn)的干法造紙(無(wú)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(wú)塵紙)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)介:
干法造紙要求十分嚴(yán)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(guò)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(jí)吸濕粉末)等原料,從它們各自的原料準(zhǔn)備區(qū)域,經(jīng)過(guò)設(shè)備自動(dòng)測(cè)算和計(jì)量,然后用風(fēng)機(jī)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(guò)噴膠、熱風(fēng)加熱/熔化、熱壓、反面噴膠、熱風(fēng)加熱/熔化,冷卻、打卷,分切等過(guò)程,生產(chǎn)出優(yōu)良產(chǎn)品。
各種原料經(jīng)過(guò)從成型站成型直到成品打卷要經(jīng)過(guò)10條不同的輸送皮帶。針對(duì)不同的產(chǎn)品,不但要求各原材料的進(jìn)給量,風(fēng)機(jī)速度,傳動(dòng)電機(jī)速度等連續(xù)可調(diào)節(jié),而且驅(qū)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)矩更要求嚴(yán)格準(zhǔn)確,否則將對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量造成重大影響。
3. 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介
我公司干法造紙無(wú)塵紙生產(chǎn)線全套從歐洲進(jìn)口,是目前本行業(yè)內(nèi)最先進(jìn)的設(shè)備。其控制系統(tǒng)根據(jù)美國(guó)羅克韋爾公司的全方位自動(dòng)化的理念而設(shè)計(jì)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(gè)生產(chǎn)控制區(qū)域。實(shí)現(xiàn)了從信息層(Ethernet) 到控制層(ControlNet)和現(xiàn)場(chǎng)層 (DeviceNet) 的無(wú)縫連接。
五臺(tái)裝有RSview32和RS logix5軟件的A-B 工業(yè)PC機(jī)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(guò)HUB還與企業(yè)Intranet相連,通過(guò)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(tái)A-B PLC5和一臺(tái)A-B SLC500可編程序控制器組成,它們都安裝在MCC(馬達(dá)控制中心)室內(nèi)的控制柜內(nèi),分別控制九個(gè)工藝區(qū)域。它們的以太網(wǎng)接口都通過(guò)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(tái)可編程序控制器除掛接本地及遠(yuǎn)程I/O模塊、Panel View人機(jī)界面等裝置外,都安裝了DeviceNet掃描器(1771-SDN或1747-SDN),并通過(guò)DeviceNet通訊模塊(1336-GM5,1203-GK5,1794-ADN等)下掛現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備,如變頻器,電機(jī)軟起動(dòng)器,F(xiàn)lex I/O,9000系列光電開關(guān)等組成DeviceNet設(shè)備網(wǎng),實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)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(shí)現(xiàn)
DeviceNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,實(shí)時(shí)性強(qiáng),它采用生產(chǎn)者/客戶模式,提供了強(qiáng)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(chǎng)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(jī)架上都安裝了DeviceNet掃描器模塊(A-B 1771-SDN),它有兩個(gè)通道,每個(gè)通道最多可以外接64個(gè)站。每個(gè)PLC利用本機(jī)網(wǎng)絡(luò)掃描器通過(guò)DeviceNet通訊適配器 (1203-GK5或1336-GM5,) 來(lái)下掛本控制區(qū)域的各臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備。這些站點(diǎn)主要包括:A-B 變頻器(1336F,1336E,160SSC系列,)A-B電機(jī)軟起動(dòng)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。,利用Belden標(biāo)準(zhǔn)圓形五芯屏蔽通訊電纜將各個(gè)站點(diǎn)連接起來(lái)。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?fù)浣Y(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?fù)浣Y(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(diǎn)之間相距較遠(yuǎn)。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(lái)實(shí)現(xiàn)PC機(jī)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(tái)的軟件,利用它可以組態(tài)設(shè)備網(wǎng)并進(jìn)行項(xiàng)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(guò)程中,首先應(yīng)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(gè)站時(shí),先要定義各個(gè)站的地址(即站號(hào))。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(duì)于變頻器、軟起動(dòng)器等設(shè)備類站點(diǎn),我們采用顯式報(bào)文(Explicit Message)的形式,分配PLC和各站之間發(fā)送/接收的字長(zhǎng);定義通訊方式(我們定義為polled 方式,每個(gè)掃描周期);建立變頻器與PLC之間對(duì)應(yīng)的“軟”I/O關(guān)系。再通過(guò)PLC5的編程軟件RSlogix5編制出塊傳送(BTR/BTW)命令,實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)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(dá)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(diǎn)的當(dāng)前工作狀態(tài),變頻器驅(qū)動(dòng)的裝置速度可以連續(xù)設(shè)定和調(diào)節(jié),人機(jī)界面非常友好。
通過(guò)DeviceNet設(shè)備網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),一百三十余臺(tái)變頻器分布在兩個(gè)馬達(dá)控制中心(MCC)室,這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)變頻器和電動(dòng)機(jī)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(yīng)用
設(shè)備網(wǎng)上的驅(qū)動(dòng)設(shè)備根據(jù)工藝要求和特點(diǎn),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(duì)不同的功能和應(yīng)用做進(jìn)一步的介紹。
1).1336 PLUS II變頻器:
1336 PLUS II 變頻器是一種無(wú)傳感器矢量控制變頻器。它具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn):
•在全速范圍內(nèi),實(shí)現(xiàn)精確轉(zhuǎn)矩的無(wú)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(yīng)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(qiáng)的轉(zhuǎn)矩以及安靜地運(yùn)行。
•具有可編程的飛速啟動(dòng)特性。
以上特性和變頻器的特點(diǎn)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(fēng)機(jī)類負(fù)載和真空吸入等。利用此類變頻器不但實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)連續(xù)調(diào)節(jié),更重要的是實(shí)現(xiàn)了精確可靠的控制。風(fēng)機(jī)類負(fù)載利用捕捉再啟動(dòng)特性,能夠識(shí)別電動(dòng)機(jī)的方向和速度使電動(dòng)機(jī)平滑加速,延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。
皮帶橫向清潔系統(tǒng)等場(chǎng)合,需要電動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)行,頻繁起停,利用變頻器實(shí)現(xiàn)了平滑啟動(dòng)與停機(jī),定位準(zhǔn)確,可以減少對(duì)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(fù)載為主,利用此類變頻器很容易實(shí)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(guò)1203-GM5通訊模塊與PLC 掃描器模塊形成DeviceNet設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線。變頻器的所有控制(啟動(dòng),停止,加速,減速等)和反饋(變頻器的工作狀態(tài))都通過(guò)設(shè)備網(wǎng)的控制字和狀態(tài)字來(lái)實(shí)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(duì)應(yīng), 由變頻器設(shè)定哪些參數(shù)與其連接 ,從而實(shí)現(xiàn)PLC對(duì)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(shí)間、多個(gè)預(yù)置頻率、實(shí)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(guò)映射方式 ,PLC對(duì)變頻器就可實(shí)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(guò)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(jī)界面編程實(shí)現(xiàn)了操作人員在控制室內(nèi)就可完成啟動(dòng)/停止加速/減速,監(jiān)控和反饋速度和電流等手段。同時(shí)對(duì)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(dòng)機(jī)的熱保電阻和現(xiàn)場(chǎng)安全開關(guān)通過(guò)一個(gè)200毫安熔斷器連接到使能信號(hào)(TB3,29#&30#)。不但有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)和變頻器的保護(hù),同時(shí)極大提高了維護(hù)人員的安全保護(hù)(只要拉下開關(guān)并上鎖,不但起到隔離作用,聯(lián)鎖信號(hào)也會(huì)確保開關(guān)上口絕對(duì)安全,變頻器沒(méi)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(hào)不同和電動(dòng)機(jī)與變頻器的功率,加/減速時(shí)間,電機(jī)額定參數(shù)設(shè)定不同,因此只要掌握了一張?jiān)韴D就可以對(duì)幾十臺(tái)同樣設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和診斷,十分方便和快捷。
對(duì)于功能類似的變頻器控制,RSlogix 5 PLC 的控制程序也極為簡(jiǎn)化,只要設(shè)計(jì)編制了一臺(tái)變頻器的程序,就可作為子程序,無(wú)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(wú)需傳感器的電動(dòng)機(jī)溫度補(bǔ)償;速度轉(zhuǎn)矩回路的自整定;只要選擇一個(gè)參數(shù)就可以從機(jī)遇編碼器的磁場(chǎng)定向控制切換到無(wú)編碼控制;應(yīng)用了最新的IGBT電源技術(shù)等特點(diǎn)外;有與1336PLUS II 相比的最大優(yōu)點(diǎn)在于它采用了FORCE技術(shù),這是AB專利的磁場(chǎng)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(duì)電動(dòng)機(jī)的磁通量和轉(zhuǎn)矩進(jìn)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(dòng)機(jī)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(shí)速度的精度可達(dá)+/-0.001%,轉(zhuǎn)矩調(diào)整率為2%。
1336 IMPACT變頻器是為簡(jiǎn)化安裝和操作而設(shè)計(jì)的,但它仍有較復(fù)雜的變頻器特性。快速電動(dòng)機(jī)整定步驟,讓操作者通過(guò)菜單一步步輸入簡(jiǎn)單的電動(dòng)機(jī)參數(shù),不需要輸入復(fù)雜的電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)信息,而其余所需參數(shù)則由變頻器自動(dòng)計(jì)算輸入。可組態(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(duì)于無(wú)塵紙生產(chǎn)線拖動(dòng)的嚴(yán)格要求,因?yàn)橹魃a(chǎn)紙是由十條輸送皮帶和四個(gè)熱壓輥組成,如果不同輸送皮帶與壓輥的速度不嚴(yán)格調(diào)節(jié)能力差,將會(huì)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(wú)塵紙生產(chǎn)設(shè)備只有利用直流電機(jī)調(diào)速才能實(shí)現(xiàn),不但驅(qū)動(dòng)復(fù)雜,成本很高,而且故障點(diǎn)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(chǎng)合。
對(duì)于無(wú)紡布松卷設(shè)備和無(wú)稱職打卷設(shè)備以及四個(gè)熱壓輥這類隊(duì)轉(zhuǎn)矩和速度要求都很高的場(chǎng)合,具有磁場(chǎng)定向控制方法的1336 IMPACT 變頻器更能充分發(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)。
我公司此類變頻器的Scanport 6端口通過(guò)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(shí)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(dòng)設(shè)定為主站其余驅(qū)動(dòng)站點(diǎn)設(shè)為從站。只要設(shè)定了主站的速度,各從站將自動(dòng)跟隨主站的速度,實(shí)現(xiàn)速度同步。為了進(jìn)一步加強(qiáng)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(dòng)機(jī)接了增量型編碼器實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制,進(jìn)一步提高了速度的可靠性和同步性。
對(duì)于TB3的20#&21#與29#&30#端子信號(hào)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(jiǎn)單,不再驁述。
3)160SSC和1305系列變頻器
160SSC變頻器通過(guò)160-DN2通訊模塊與設(shè)備網(wǎng)相連;1305系列變頻器經(jīng)過(guò)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(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制,這里不再介紹。
5、AB系列變頻器使用體會(huì)
(1)性能卓越,穩(wěn)定可靠。
經(jīng)過(guò)近五年的生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)一步證明:無(wú)論是風(fēng)機(jī)類和泵類負(fù)載,還是輸送皮帶,熱壓輥等對(duì)速度和扭矩要求十分嚴(yán)格的負(fù)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(dòng)靈活,調(diào)節(jié)方便,工作十分穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。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(jiǎn)單通用性強(qiáng)。
不同系列的變頻器可以使用相同的人機(jī)接口模塊(HIM)或設(shè)備網(wǎng)組態(tài)軟件來(lái)設(shè)置,操作和診斷。HIM以清晰的語(yǔ)言提供即時(shí)信息,使用戶可以專心于調(diào)試過(guò)程。用戶一旦熟悉了一種AB變頻器的操作和特性(如1336PLUS),也會(huì)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(jiǎn)單方便。
(3)故障診斷方便,透明。
通過(guò)人機(jī)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(duì)列和報(bào)警緩沖隊(duì)列,對(duì)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(shí)也會(huì)反映一些變頻器的故障和報(bào)警代碼,提示維修人員故障可能原因和進(jìn)一步處理方法。
(4)元件互換性強(qiáng),可以降低備件庫(kù)存率。
例如對(duì)于1336PLUS II,無(wú)論多大的功率變頻器都使用相同的主控板(MCB)。對(duì)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(yīng)急使用。極大地降低了備件庫(kù)存量可占用資金。
(5)AB變頻器對(duì)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(jìn)入變頻器之前,首先進(jìn)入與變頻器功率和尺寸相當(dāng)?shù)纳漕l干擾過(guò)濾器(RFI Filter)。這樣一來(lái),不但大大降低了變頻器對(duì)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(dá)到了十分理想的節(jié)能效果。
多家經(jīng)營(yíng)電網(wǎng)節(jié)能裝置(俗稱省電機(jī))的廠家得知我們是電能消耗大戶(因我公司裝機(jī)容量接近一萬(wàn)千伏安),都前來(lái)推銷和介紹各自的省電設(shè)備,當(dāng)他們了解到我們電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)都來(lái)自AB 變頻裝置時(shí),都紛紛退卻,知難而退。實(shí)際的測(cè)量也進(jìn)一步說(shuō)明了使用AB變頻驅(qū)動(dòng)的設(shè)備,電能進(jìn)一步節(jié)約的潛力很小。
6. 結(jié)束語(yǔ):
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(shí)時(shí)性。尤其A-B 1336系列變頻器的應(yīng)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(hù)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(chǎng)總線技術(shù),進(jìn)行生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制是一種理想的解決方案。現(xiàn)場(chǎng)總線和變頻器的顯著優(yōu)點(diǎn),決定著它們廣泛應(yīng)用是控制領(lǐng)域的必然趨勢(shì)。