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1、基于S7-200PLC文化纸机传动控制系统硬件设计摘 要随着世界经济的发展，制浆造纸业已经成为我国工业经济增长的重要支柱，国际上先进的造纸机都朝高效率、低消耗方向发展，这是市场竞争的需要。而目前国内有很多正在运行的造纸机在这方面则处于劣势，有必要进行技术改造，而对于造纸机械的厂家也必须迎头赶上，从设计的源头进行性能提升。传动作为造纸机的核心部分，其发展要求是提高车速和自动化程度。所以研究高性能的纸机电气传动控制系统，对我国造纸行业的发展有着极为重要的意义。本次设计的为文化纸机传动控制系统，用ABB变频器和西门子PLC所组成的控制网络来完成造纸机电气控制系统设计的,其电气传动控制系统是基于PLC
2、控制的交流变频调速控制系统。通过本课题的设计，可以培养自己分析与解决问题的能力，同时也能对工业生产中运用到的如：电动机、变频器、PLC、工控机、通讯、现场总线、触摸屏等有更深一步的理解。对于电动机的控制方法运用更为深入。关键词：造纸机，速度链，分部传动，负荷分配Based on the S7-200 PLC culture paper machine transmission control system hardware designABSTRACTAs the world economic development, pulp and paper industry has become an
3、 important pillar of industrial growth, the international advanced paper machines in the high efficiency, low consumption and direction, which is the market competition. And there are a lot of running the paper machine is at a disadvantage in this respect, it is necessary to upgrade the technologica
4、l transformation, and for paper-making machinery manufacturers also must catch up, the source from the design to enhance performance. Drive as a core part of the paper machine, the development requirements is to improve the speed and automation.The design of the paper machine drive control system fo
5、r the culture, with ABB Drives and Siemens PLC control network consisting of paper to complete the electrical control system design, the electric drive control system is PLC-based control of AC frequency control system. Through this project is designed to develop their own analysis and problem solvi
6、ng skills, but also can apply to industrial production, such as: motor, inverter, PLC, industrial computer, communications, field bus, touch screen, which are deeper understanding. Motor Control Methods for a more in depth. KEY WORDS: Paper machine, Speed chain, Division drive, Load distribution目 录摘
7、 要IABSTRACTII1 绪论11.1 目的和意义11.2 课题背景11.3 国内外发展状况11.4 纸机的类型及工艺流程21.5 本设计的主要任务42 变频调速基础知识52.1 变频器52.1.1 变频器基础原理知识52.1.2 变频器的组成和分类52.1.3 变频器工作原理62.1.4 变频器功能与控制方式62.2 ACS550系列变频器72.2.1 ACS550变频装置的组成和功能72.2.2 ACS550的构成及功能82.2.3 ACS550的功能描述83 变频调速和直接转矩控制113.1 变频调速113.1.1 变频传动系统的发展113.1.2 变频调速系统的组成及原理113.1
8、.3 变频调速的优点133.1.4 变频调速系统的性能指标143.2 直接转矩控制变频器原理153.2.1 直接转矩控制的主要特点153.2.2 直接转矩控制工作原理153.2.3 直接转矩控制的实现和系统结构163.3 脉宽调试变频器工作原理174 系统设计194.1系统设计要求194.1.1 硬件设计的依据194.1.2 系统原件的布置及负荷分配204.1.3 操作说明204.1.4 速度链控制214.1.5 负荷分配控制224.2 系统控制实现234.2.1 硬件组成及功能实现234.2.2 系统主要硬件选择304.2.3 系统逻辑实现过程39结 束 语41致 谢42参 考 文 献43附
9、录44附图-145附图-246附图-347附图-448附图-549附图-650附图-751附图-852附图-953附图-1054附图-1155附图-1256附图-1357附图-14581 绪论1.1 目的和意义本次课题主要研究基于S7-200文化纸机传动控制系统的硬件设计。通过对纸机传动控制的研究使我们了解文化纸机传动的工艺与要求、掌握交流变频调速系统在文化纸机传动控制系统的应用、掌握文化纸机变频传动PLC控制的特殊问题、培养我们对现埸总线在文化纸机变频传动PLC控制中的应用和文化纸机变频传动控制系统的设计。为了缩小我国造纸机械的装备水平，提高我国的造纸机械加工能力和电气控制的水平，部分引进和
10、消化吸收高新技术并有所创新，逐步提高纸机装备国产化比例是较现实的道路。特别是尽快提高国内纸机的自动化水平是从事电气控制工作的人们的职责所在。通过对本课题的设计，可以培养自己分析与解决问题的能力，同时也能对工业生产中运用到的如：电动机、变频器、PLC、通讯技术、现场总线、操作屏等有更深一步的理解。对于电动机的控制方法运用更为深入。 1.2 课题背景纸机变频传动国外始于80年代中期，国内大约在90年代初期。变频调速技术的推广应用在风机水泵等领域取得了显著的经济效益，在某些机械行业也发挥了重要作用。造纸机是一种负载基本恒定、转速恒定的稳速系统，其最大的特点是要求速度长期稳定，同时要求动态恢复时间尽可
11、能短。因此，纸机传动系统要求的是高稳定性和快速动态响应。进入90年代，国内一些中小纸厂对纸机变频调速由尝试到广泛应用，使得这些企业确实收到了良好的经济效益。1.3 国内外发展状况造纸产业是一个与国民经济发展和社会文明建设息息相关的重要产业。近几十年，世界各国工业向着大型化、连续好和综合化的方向发展。为了提高竞争能力，造纸工业正在不断地提高自动化水平，以提高产品质量、降低生产成本、节约能源和增强企业国际竞争力。造纸工业生产过程的特点决定了其控制的复杂性。目前，世界发达国家造纸企业依靠科技创新，调整技术结构，优化科技资源配置、广泛使用信息网络、自动化控制等技术使造纸的技术集成化程度和自动化程度大大
12、提高，制浆、造纸设备也向着大型化、自动化、高效化方向发展。我国是一个消费纸的大国，造纸产业在国民经济中占有重要的地位。目前，我国造纸工业的特点是：产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型、技术密集型产品明显落后于发达工业国家、生产要素决定性作用正在削弱、产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大、企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。近十几年以来，随着我国国民经济的不断发展和人民生活水平的日益提高，我国造纸工业也取得了快速的发展。我国造纸工业国际化、集中化、专业化的格局已初步形成，而且国内许多造纸企业引进了很多国外先进的技术装备，国内许多大的造纸企业已经完全与国际接
13、轨。这都是我国造纸工业国际化的趋势。各个造纸企业都在向生产名牌专业产品而努力。但是从世界范围看，虽然可以说我国已经是一个造纸大国，但并不是一个造纸强国。目前我国的造纸企业约有几千家，虽然涌现出一批国内甚至国际出名的造纸企业，但绝大多数企业由于历史原因，规模偏小，技术和装备落后，生产和管理水平低，环境污染严重，再加上原料结构不合理，以及其他一些客观因素的影响，纸张产品质量差、档次低，原材料消耗大、成本高，在国内外市场上缺乏竞争力。因此全面提升我国造纸行业整体的管理、装备和自动化水平，使我国造纸行业进入低污染、低消耗、高效益的强国之列。为了适应纸机不断向高速、宽幅发展的需求，造纸机传动形式也在更新
14、。并随着纸机更高功能需求、控制精度、系统可靠性和功能化以及降低运行周期成本变化而变化。概括地将造纸机传动形式经历了四大阶段和各自的特点。(1)交直流总轴传动阶段。在该传动形式下，各个分部的传动比例分配是靠机械调节来实现。该传动形式的结够复杂、占地面积大、效率低。(2)直流分部传动阶段。当直流控制理论与控制技术的发展已经成熟可控硅的制造技术已经成熟的情况下逐步发展起来的。其控制精度可满足纸机对传动控制的需要。(3)交流变频分部传动阶段。交流变频技术是应实际中交流电机无级调速的需要而诞生的。并随着新的控制理论和技术如：矢量控制、直接转矩控制、无速度传感器控制及基于模糊控制、滑模变结构控制、神经网络
15、控制等智能控制等理论的逐步完善，使交流变频技术日益成熟。交流变频调速系统在许多性能指标如：调速范围、调速精度、动态响应、零速转矩、功率因数、运行效率和使用方便、维护简单等中有些方面甚至超过了直流调速系统。因此在许多领域交流变频调速系统有逐步取代直流调速系统的趋势，得到了广泛的应用。(4)交流变频分部直接传动阶段。该阶段是在对纸机传动形式和对纸机传动特性的深入研究探讨和实际纸机传动系统运行经验的基础上提出的。它是在大功率电机和大功率变频单元的日益成熟的前提下，为适应纸机传动的高稳态性和高动态性而采用的方案。该传动控制方式已经被ABB公司成功地运用到大型高速纸机的传动中，使用效果是非常理想的。现在正被大力使用。1.4 纸机的类型及工艺流程按造纸机网部结构的不同，造纸机1有下列几种主要的类型：长网类型、圆网类型、夹网类型、叠网类型和带有饰面辊等一些结构比较特殊的造纸机网造纸机是造纸工业中最广泛使用的一种造纸机。造纸机可以看作是一种由多台设备组成的联动机。通常可分为湿部和干部两大部分。湿部包括浆料流送设备、网部和压榨部；干部包括干燥部、压光机和卷纸机。经过配浆、施胶、加填和净化以后，具有适于抄纸的性能的浆料，在0.31.3%的浓度下进入造纸机的浆料流送设备。在这里，纸料经过浆流分布器和流浆箱对浆流的分布
