PLC在造紙機同步傳動系統中的應用

在塑料、印染以及造紙紡織等業生產中，往往具有很多個同步傳動單機，每個機組都有各自獨立的拖動系統。與此同時，又要求各單元間被加工物(布匹、紙張等)的運行線速度能夠步調一致，即實現同步運動。造紙設備雖然種類繁多，傳動結構也各異，但從系統組成來看都是由壓榨、烘干、壓光、卷取等幾個部分組成，各部分都有電機驅動。造紙工藝要求:設備傳動時應保證紙在各部分傳送時具有恒定的速度及恒定的張緊度。目前造紙設備實現這個要求的最佳控制方案是變頻調速，而對變頻器的控制主要有兩類:一類是PLC控制，另一類是IPC機或工控機控制[1][2]。本文采用PLC控制來實現造紙機的同步傳動。

2 造紙機同步傳動系統

2.1 造紙生產線控制要求分析

圖1為造紙生產線操作臺的面板圖。由于該系統由多個單元組成，各單元要求保持同步，從而構成同步傳動控制系統。對同步控制的要求:

圖1 操作臺布置圖

(1) 統調:各單元要能夠同時升速和降速。統調是根據主指令單元(通常是一單元)對轉速的要求來進行調節的。
(2) 局部微調:當操作人員發現某單元的速度不同步時，可以進行微調(人工干預)。微調時，該單元以后的各單元的轉速必須同時升速或降速，而不必逐個的進行。
(3) 單獨微調:在檢修和調試階段，或者遇到特殊情況，又必須能夠對每個單元進行單獨的微調。

假設該生產線由四個單元組成，各個單元的運行情況可以由各自的線速表直觀的顯示出來。

2.2 同步運行

(1) 當進行統調操作時，將單/統調開關切換到統的位置，通過統調按鈕的增/減對四個單元進行同步控制;
(2) 當發現某單元的速度不同步時，可以進行同步微調，例如:當2單元需要調節時，則2~4單元則同時升速或降速;
(3) 當由于某種原因，某個個別單元速度跟不上時，這時需要進行繃緊。對于造紙系統來說，需要按下繃緊按鈕，使其速度短暫提升一小段時間，達到繃緊效果。

為了便于操作人員直觀的了解系統運行情況，各個操作均有相應的指示燈顯示。

2.3 造紙機同步傳動控制原理

(1) 變頻器的啟停

如圖2所示，以＃1單元的變頻器控制圖為例，SA13為變頻器的啟動開關，當SA13接通時，運行指示燈LA11亮，停止指示燈LA12滅，此時變頻器處于運行狀態;當按下變頻器停止按鈕SA12時，線圈KA13失電，變頻器停止運行。

圖2 #1 變頻器控制圖

(2) 統/單調控制

統/單調開關SA11置于統調位置，此時，線圈KA12接通，生產系統處于統調狀態，通過同步器，可以使＃1~＃4同時進行升速和降速調整。當撥到單調位置時，線圈KA12失電，同時線圈KA11通電，進入同步微調狀態。這時可以調整該變頻器及其以下的單元。

(3) 繃緊

當常開開關SA14閉合，此時線圈KA14通電，此時變頻器會從外部得到一個瞬間稍高電壓，控制該單元轉速提升到正常水平;斷開SA14，恢復的統調狀態。

圖3為由4個控制單元組成的生產系統接線圖。

圖3 由4個控制單元組成的控制系統

2.4 造紙機同步傳動系統的PLC控制

采用歐姆龍公司的可編程序控制器CPM1A-40CDR-D對該造紙機同步系統進行改造[3][4]，選擇兩個數字信號輸入端X1和X2，通過功能預置，作為升速和降速之用，同時，把繃緊功能整合到各單元的單獨微調;改造后的控制系統圖如圖4所示。

圖4 采用PLC進行控制的同步系統

(1) 控制原理

變頻器VFD-1至變頻器VFD-4的FWD端在得到輸入信號時，啟動;失去信號時，停止;

變頻器VFD-1的X1端子在統調升速和單調升速時得到信號，X2端子在統調降速和單調降速時得到信號;

變頻器VFD-2的X1端子在統調升速、2~4單元的同步微調升速和單調升速時得到信號，X2端子在統調降速、2~4單元的同步微調降速和單調降速時得到信號;

變頻器VFD-3的X1端子在統調升速、2~4單元的同步微調升速、3~4單元同步微調降速和單調升速時得到信號，X2端子在統調降速、2~4單元的同步微調降速、3~4單元同步微調降速和單調降速時得到信號;

變頻器VFD-4的X1端子在統調升速、2~4單元的同步微調升速、3~4單元同步微調降速和單調升速時得到信號，X2端子在統調降速、2~4單元的同步微調降速、3~4單元同步微調降速和單調降速時得到信號。

(2) I/O分配

該型號PLC的輸入端的I/O地址為:00000-00915;輸出端的I/O地址為:01000-01915。

I/O分配表附表所示。

附表 I/O分配表

(3) 梯形圖控制程序

造紙機同步系統的PLC控制梯形圖如圖5所示。

圖5 造紙機同步系統的PLC控制梯形圖

3 結束語

根據以上的設計，我們采用了歐姆龍公司的可編程序控制器CPM1A-40CDR-D、臺達VED-B變頻器和SCD同步器進行了造紙機同步系統的試驗。在運行中效果良好，充分顯示出其功能較強、構造簡單、便于維護和檢修、可靠性高等待點，達到了預期目的，具有廣闊的應用空間。