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1、. . . . 摘要造纸工业的发展直接关系整个国民经济的发展，在现代社会对各类纸的消费水平在某种程度上标志着一个国家的文明程度。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对各类纸的消费需求越来越大，进而对纸机的自动化控制要求也越来越高。据此，本文结合纸机的生产工艺与其工作过程分析了纸机对其电气传动控制系统的设计要求，并按照对控制系统的要求分析研究了各分部的控制原理得出相应的控制方案。 本文采用国外较成熟的总体设计结构，即三级控制网络，变频器与电机等相关的控制设备构成第一控制级，通过Profibus-DP与整个控制系统的核心单元也就是第二控制级PLC进行数据的通信，PLC不仅可以通过Profi
2、bus-DP与现场的操作面板进行数据通信以达到实时控制的作用，而且又能通过高速的工业以太网与第三控制级即上位机管理操作控制室进行连接，最后设计了基于现场总线的纸机电气传动控制系统，该控制系统的设计解决了纸机整体复杂的控制系统难以控制的问题。所设计的系统经过在实际生产中的投入运行，纸机的车速得到了进一步的提高，满足了纸机对控制系统的各项要求，且具有较高的稳定性和可靠性，提高了企业的生产效率与效益，促进了造纸工业自动化技术的发展水平，所以该系统的设计与研究的成果具有在工业应用力推广的价值。关键词:现场总线；变频器；Profibus-DP；PLCABSTRACTThe paper industry
3、is closely linked with national economic development and social civilizationThe paper and paperboard consumption level is a measurement of one of the important symbol of the degree of modernization and civilization of a countryWith the development of national economy and the improve of peoples livin
4、g standards，peoples consumption demand for various types of paper is increasing，thus the machine automation control requirements have become more sophisticatedAccordingly,this paper combined the paper machine production process and its working process，analyzed design requirements of the machine to i
5、ts electric transmission control systemand in accordance with the requirements of the control system，analysis and study of the various segments of the control principle to draw the corresponding control programThis paper used more mature overall design structure at home and abroad that is the three
6、level control network，inverter and motor and related control devices constitute the first control level，data communication via Profibus-DP with the core unit of entire control system that is the second control level PLC，PLC not only via Profibus-DP and the scene of the operation panel for data commu
7、nication in order to achieve real-time control，but also by highspeed industrial Ethernet connect to the third control level that is the host computer management operations control roomFinally, the paper designed the electric drive control system of paper machine based on FieldbusThe designed of the
8、control system to solve the problem of the overall complex control system of the machine being is difficult to control The designed system has been put into the actual production running，paper machine speed has been further improved，meet the requirements of machinecontrol systems and has high stabil
9、ity and reliability, improved the production efficiency and effectiveness of enterprise，promoted the level of development of paper industry automation technology, so the design and the results of research for this system have the value to promote in industrial applicationsKEY WORDS：fieldbus；inverter
10、 ；Profibus-DP；PLC目录1 摘要I1 abstractII1 绪论11引言11.2 选题背景与研究意义11.3 国外发展现状与趋势21.4 本文研究主要容42 纸机工艺概述与对控制系统的要求52.1 纸机生产工艺的介绍52.2 纸机生产能力的计算82.3 纸机功率的计算92.4 纸机的技术参数102.5 纸机对控制系统的要求112.6 本章小结133 现场总线技术的分析与应用研究143.1 现场总线技术的概述143.2 现场总线系统的特点与优点153.3 PROFIBUS的通信模型163.4 现场总线的通信协议163.5 PROFIBUS-DP的协议183.6 PROFIBUS传
11、输技术介绍193.6.1 PROFIBUS电缆的传输193.6.2 光纤的传输203.6.3 RS-485串行通信接口203.6.4 PROFIBUS插头与使用213.7 PROFIBUS-DP系统的总线访问控制223.7.1 PROFIBUS-DP系统组成223.7.2 PROFIBUS-DP系统的总线访问控制233.8 PROFIBUS-DP系统的工作过程243.9 基于PROFIBUS-DP的纸机电气传动数据的传输253.9.1 DP从站数据的读取273.9.2 DP从站数据的写入283.9.3 数据通信部分程序编写283.10 PROFIBUS-DP主从站的通信与组态293.10.1
12、PROFIBUS-DP主从站通信的介绍293.10.2 PROFIBUS-DP主从站通信的组态293.11 本章小结314 纸机传动控制系统的硬件设计与选型334.1 PLC控制系统设计方法334.2 PLC的硬件选型354.2.1 CPU的选型354.2.2 电源模块选型364.2.3 I/O模块选型364.2.4 接口模块选型394.3 变频器的特点与工作原理404.4 变频器的选择与容量的计算414.4.1 变频器的容量计算414.4.2 变频器的类型选择434.5 变频器的主要控制功能444.5.1 频率设定功能444.5.2 PID控制功能444.5.3 制动控制功能454.5.4
13、网络通信功能454.5.5 主/从宏功能454.6 变频器外围部分的硬件设计464.7 变频器主要运行参数的设定484.8编码器的选型504.9 本章小结525 基于现场总线的纸机电气传动控制系统的设计535.1 整体结构的设计535.2 S7-300 CPU部分的设计555.3 PLC与0P27之间的通信565.4 速度链的设计与控制575.5 负荷分配的控制605.6 力控制635.7 纸机的实际生产运行状况645.8 本章小结65设计总结66参考文献68致72外文资料73中文翻译81 / 1 绪论1.1 引言纸在人类文化、科学、工业、农业、国防和商业等各方面的发展进程中起着举足轻重的作用
14、，自从人类发明了纸，悠久的文化知识才得到了更好的继承与保存以与迅速的传播人，从而推动了整个人类的精神文明与物质文明的的不断进步。造纸工业在西方发达国家已成为重要的国民经济支柱产业，在我国随着科学技术生产力的不断发展与进步，国民经济的发展和人民的生活水平也得到了很提高，进而造纸业的发展也显得非常重要。目前，我国造纸工业在产量、质量、品种方面都取得了较大的发展，有力地促进了国民经济的发展和人民生活水平的提高，但人均占有量与世界发达国家相比，还是相差甚远，生产和消费水平比较低1。与国际先进造纸工业发展水平相比，存在如下主要问题：纤维原料中木材的比重很小，现有木材没有得到充分的合理利用；原材料与能耗消
15、耗偏高；企业规模较小，对生产管理和对“三废的治理带来很大的困难；技术装备扔较落后，机械化、自动化水平不高，劳动生产率较低。目前，纵观国外造纸工业的发展，其趋势向高速、高效、高质量、低消耗、连续化、自动化的工业方向发展，因此要进一步实现我国造纸工业的现代化，使之具有世界先进水平，还需要作巨大的努力。1.2 选题背景与研究意义造纸工业的发展直接关系整个国民经济的发展，在现代社会对各类纸的消费水平在某种程度上标志着一个国家的文明程度。“十二五时期是我国全面建设小康社会的关键时期，是深化改革开放、加快转变经济发展方式的攻坚时期，工业化的深入发展是加快转变经济发展方式的重要着力点之一2。目前，我国仍处于并将长期处于工业化和城镇化迅速发展阶段，国民经济的收入也在逐步提高，人们的消费结构模式也在不断升级，所以给我国造纸工业的发展创造了很大空间，也为改善旧技术与采用新技术、提高生产效率创造了有利的条件，同时也促使了落后产能的淘汰，加快了我国造纸工业发展方式的转变与产业结构的调整。纸机的电气传动控制系统是整个造纸工业生产过程控制的重要基础，它综合机械制造技术、计算机技术、现场总线技术、电力电子技术与智能控制技术等汇
