[0001] 本发明涉及自动化领域，更具体地，涉及一种纸机传动控制系统。

[0002] 纸机一般是由网部、压榨部、前烘干部、施胶部、后烘干部、压光部、卷曲部等分部组成。由于纸机各分部传送着生产过程中的纸张，根据造纸工艺的要求，各分部间要求达到线速度比例协调(相邻两个分部间的线速度比值应保持恒定)，高精度地、可靠地保持这个比例系数是保证产品质量、生产正常运行的重要条件，任何原因破坏这种比例协调，就会降低产品质量。同时，纸机的这种速度比例协调关系应该在变速或停机后重新开机时继续保持，而不需重新调节。其次，这种比例协调应具有微调功能，以调节相邻两分部间的速差，避免纸张在传送过程中松弛和绷紧现象，并且速度微调应该灵敏、可靠，不应在调节过程中有明显的滞后现象，造纸机对电气传动系统的主要性能要求是线速的长期稳定；另一点就是速度的可调性及快速响应等特点。

[0003] 以前的造纸机大多采用机械总轴传动方式，就是采用一台电机拖动，利用一根总轴及很多齿轮箱等机械设备对整台纸机的传动点进行速度和功率分配，从而使纸机达到平稳的运行。这种方式有几个明显缺点：

[0004] (1)传动效率低，能源消耗大。

[0005] (2)传动精度低，速度调节困难。

[0006] (3)无法适应高速纸机，限制了造纸机车速和纸机产量。

[0007] 由于直流电机拥有良好的起、制动特性和宽而平滑的优良调速性能，且直流电机与交流电机相比原理相对简单，其数学模型也更容易建立，因此直流传动很快被人们所掌握，并在造纸机上得到了大量的应用。但直流电机的缺点是成本高、整流子和电刷维护困难，对于易爆、腐蚀、潮湿等场合，直流电机就显现了它的不足。

[0041] 附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

[0042] 为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

[0043] 对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

[0044] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

[0045] 实施例1

[0046] 本实施例提供一种纸机传动控制系统，控制纸机传动系统各电机速率，如图1，包括上位机、PLC控制器、若干变频器以及信号传感器，其中：

[0047] 上位机与PLC控制器连接，上位机对PLC控制器进行监控；

[0048] PLC控制器分别与若干变频器连接，所述若干变频器分别与控制纸机传动系统各电机连接，变频器带动各电机运行；

[0049] 所述PLC控制器还通过信号传感获取纸机传动系统的现场信号，根据现场信号实时计算纸机传动系统各传送点的车速，并根据车速通过变频器调整电机速率。

[0050] 目前PLC使用性能较好的有SIEMENS公司、日本的三菱、欧姆龙、美国的AB公司，根据被控对象的I/0点数以及工艺要求、扫描速度、自诊断功能方面的考虑。为了保证系统的可靠性，本系统采用了高性能SIMATIC的S7-400系列PLC，416CPU作为系统的中央控制单元，与上位机的通讯采用CP443-1；与OP27的通讯采用CP443-5。

[0051] 本系统中共有46台电机、3个张力传感器、77个联锁信号，共有80个I/O点，它们构成了被控对象，电机的启动在现场的操作面板上操作

[0052] 所述上位机为主监控站IPC。

[0053] 所述若干变频器均通过总线PROFIBUS-DP与PLC控制器连接。

[0054] 所述干变频器中的每一台变频器的额定容量均满足：

[0055]

[0056]

[0057] PCN≥kIM

[0058] 式中，PM为负载所要求的电动机的轴输出功率，η为电动机的效率， 为电动机的功率因数，UM为电动机的电压，IM为电动机在工频电源驱动时的电流，k为电流波形的修正系数，PCN为变频器的额定容量，ICN为变频器的额定电流。

[0059] 所述PLC控制器在电源输入端处依次连接一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器和LC滤波电路。

[0060] PLC控制器抗干扰措施：

[0061] (1)电源的合理处理，抑制电网引入的干扰

[0062] 对于电源引入的电网干扰可以安装一台带屏蔽层的变比为1:1的隔离变压器，以减少设备与地之间的干扰，还可以在电源输入端串接LC滤波电路。

[0063] (2)确选择接地点，完善接地系统

[0064] 良好的接地是保证PLC可靠工作的重要条件，可以避免偶然发生的电压冲击危害。接地的目的通常有两个，其一为了安全，其二是为了抑制干扰。完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。

[0065] PLC控制系统的地线包括系统地、屏蔽地、交流地和保护地等。接地系统混乱对PLC系统的干扰主要是各个接地点电位分布不均，不同接地点间存在地电位差，引起地环路电流，影响系统正常工作。例如电缆屏蔽层必须一点接地，如果电缆屏蔽层两端A、B都接地，就存在地电位差，有电流流过屏蔽层，当发生异常状态如雷击时，地线电流将更大。

[0066] 此外，屏蔽层、接地线和大地有可能构成闭合环路，在变化磁场的作用下，屏蔽层内又会出现感应电流，通过屏蔽层与芯线之间的耦合，干扰信号回路。若系统地与其它接地处理混乱，所产生的地环流就可能在地线上产生不等电位分布，影响PLC内逻辑电路和模拟电路的正常工作。

[0067] PLC工作的逻辑电压干扰容限较低，逻辑地电位的分布干扰容易影响PLC的逻辑运算和数据存贮，造成数据混乱、程序跑飞或死机。模拟地电位的分布将导致测量精度下降，引起对信号测控的严重失真和误动作。

[0068] 安全地或电源接地：将电源线接地端和柜体连线接地为安全接地。如电源漏电或柜体带电，可从安全接地导入地下，不会对人造成伤害。

[0069] 系统接地：PLC控制器为了与所控的各个设备同电位而接地，叫系统接地。接地电阻值不得大于4Ω，一般需将PLC设备系统地和控制柜内开关电源负端接在一起，作为控制系统地。

[0070] 信号与屏蔽接地：一般要求信号线必须要有唯一的参考地，屏蔽电缆遇到有可能产生传导干扰的场合，也要在就地或者控制室唯一接地，防止形成“地环路”。信号源接地时，屏蔽层应在信号侧接地；不接地时，应在PLC侧接地；信号线中间有接头时，屏蔽层应牢固连接并进行绝缘处理，一定要避免多点接地；多个测点信号的屏蔽双绞线与多芯对绞总屏蔽电缆连接时，各屏蔽层应相互连接好，并经绝缘处理，选择适当的接地处单点接点。

[0071] 对变频器干扰的抑制：变频器的干扰处理一般有下面几种方式：

[0072] 加隔离变压器，主要是针对来自电源的传导干扰，可以将绝大部分的传导干扰阻隔在隔离变压器之前。使用滤波器，滤波器具有较强的抗干扰能力，还具有防止将设备本身的干扰传导给电源，有些还兼有尖峰电压吸收功能。

[0073] 使用输出电抗器，在变频器到电动机之间增加交流电抗器主要是减少变频器输出在能量传输过程中线路产生电磁辐射，影响其它设备正常工作。

[0074] 变频器的电源输入端处通过隔离变压器与电源连接，变频器通过输出电抗器与电动机连接。

[0075] 所述纸机传动控制系统的控制流程如下：

[0076] S1：初始化；

[0077] S2：采样现场信号，滤波后送入PLC控制器；

[0078] S3：PLC控制器顺序逻辑控制；

[0079] S4：PLC控制器判断是否需要张力控制，需要控制变频器调整电机速率控制张力，进入步骤S5，不需要则直接进入步骤S5；

[0080] S5：调用速度链程序；

[0081] S6：PLC控制器判断是否需要符合分配，需要控制变频器调整电机速率分配负荷，进入步骤S7，不需要则直接进入步骤S7；

[0082] S7：调用结果通过通信信道上传至上位机，返回步骤S2。

[0083] 步骤S6中分配负荷具体为：

[0084] 从机转矩＝K×主机实际转矩。

[0085] 在具体实施过程中，由于抄纸机传动的特殊性，每一个分部都有启动、停止、速度微调、绷紧、爬行/运行等要求，我们要控制的对象是每一台变频器的控制字和速度指令。首先采集现场的逻辑指令，利用PLC的逻辑处理，通过通讯的方式发到每一台变频器来进行控制。

[0086] 系统主程序流程框图如图2，在纸机分部传动控制中，速度比例协调控制是整个传动控制的基本回路，其要求为:当某一分部的速度调整时，不能影响前面分部的速度，但能影响其后面分部的速度。这样每个分部传动点的速度需在上一个分部速度的基础上加以调整，并把速度信号传送给下一个分部，形成速度链。

[0087] 首先对各传动点进行数字抽象，确定速度链中各传动点的编号，此编号应与变频器内部地址一致，然后确定各传动点的父结点，即各个结点速度的参考结点。纸机编号最低的结点作为速度链的主结点，即它的速度就是整个纸机的工作车速，调整其速度就调整了整个纸机的车速。当PLC检测到车速的调整信号就改变车速。最低点处的速度还是第一台变频器的运行速度设定值，将其送第一台变频器执行，接着开始计算第二点的速度，第二点查找其父结点，获得它的速度，根据速差关系计算出该传动点的速度，将其送第二台变频器执行。照此方法依次计算，直至最后。若某一分部速度不满足运行要求，说明该分部速差不满足要求，可通过操作该分部的加速、减速按钮实现，PLC检测到按钮信号后就调整其速差，使传动点间的速差适应传动控制的要求。若正常生产中变比合适，需要紧纸、松纸操作时，按下该分部的紧纸、松纸按钮，PLC将在其对应的速度上附加一正或负的偏移量来实现紧纸、松纸功能。以上操作，前一级速度调整，后面跟随调整，而后级调整前级不响应，构成速度链控制系统。速度链的程序结构流程如图3所示。

[0088] 如图6，在造纸机的施胶部、烘干部、压光部以及以卷纸部纸页的含水量已经接近成品纸的含水量，以便顺利的进行卷纸。这种干度的纸页伸缩率己经很小，即失去了湿纸页具有较大弹性的特性。在这种情况下，施胶部、烘干部、压光部与卷纸部各分部之间的速度比例关系需要经常进行微小的调整，否则就可能会引起纸幅张力较大的变化，从而产生断纸现象。

[0089] 张力控制软件模块投运前需要先检测判定现在的张力实际值是否在可投运的最大值和最小值之间，然后按手动投运按钮或置自动投运信号为“1"，即可投入张力控制软件模块，如果实际张力值较大，PLC调节速度输出变小直到合适，同理，实际张力值较小可以调节速度输出变大直到合适。张力控制模块退出的条件为相关部位检测到断纸信号或手动退出按钮被按下。张力控制程序流程如图4所示。

[0090] 在纸机电气传动控制系统中还有由几台电机同时拖动同一个分部的情况，对这样的多电机传动系统，只有电机速度同步并不能满足实际系统的工作要求，这时还要求各传动点电机负载率相同，否则会出现某台电机负荷大，某台电机负荷小的而影响正常抄纸，甚至有可能断纸。另外，负荷分配不平衡可能会造成某一个或多个电机过负荷运转，有时速度较快的电机拖动速度较慢的电机，增加了电机负荷，影响其使用寿命。所以有必要在每个分部中的各个传动点之间实施负荷自动分配控制功能。

[0091] 在进行负荷分配的软件设计时，要考虑以下问题：

[0092] (1)负荷分配控制要基于合理的速度链结构。采用主链与子链相结合的结构，使同一分部的多个传动电机在子链结构上，进行负荷动态调整时不影响其他分部传动电机的状态。

[0093] (2)负荷分配设有速度限幅保护。以防止起动过程中速差太大损害设备，而且有的传动点会出现打滑现象，采用速度限幅保护就可以得到有效抑制。

[0094] (3)负荷分配控制点应该设有单动/联动功能。在调试检修过程中可能需要单独起动其中1台电机，在正常运行中需要同时启动、同时停止，所以在单动状态时各负荷分配控制点可以单独调速、单独操作，在联动状态时可以同时启动、同时停止，联动调速。

[0095] (4)可变更控制方式和算法。在实际生产过程中传动点的负荷分配关系可能随时变化，如两辊加压则处于负荷分配控制状态，卸压则处于速度控制状态，所以要求负荷分配能够跟随负载情况随时变更控制方式和算法，也就是说负荷分配软件设计要能够满足工艺控制变更的要求。其程序流程如图5所示，图中K为常数。

[0096] 相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

[0097] 附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

[0098] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。