CN102968094A

CN102968094A - 复合材料皮带滚压主机自动控制系统

Info

Publication number: CN102968094A
Application number: CN2012103083365A
Authority: CN
Inventors: 邢宝山; 陈坤; 卢佩庆; 郑纤秀; 徐超; 刘润东; 黄嗣熠; 黄广楠; 王海荣; 王亮
Original assignee: Bengbu Triumph Engineering and Technology Co Ltd
Current assignee: Bengbu Triumph Engineering and Technology Co Ltd
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2013-03-13

Abstract

本发明公开了一种复合材料皮带滚压主机自动控制系统，由两个分别控制复合材料皮带滚压机上、下传动辊驱动电机的带编码器模板的变频器，三个分别控制复合材料皮带滚压主机加热区抬升辊、冷却区抬升辊、中间抬升辊抬升电机的彼此相互串接的绝对值编码器，PLC，人机界面通过过程现场通讯总线构成工业网络，利用PLC通过变频器控制上、下传动辊转速，利用PLC通过绝对值编码器控制加热区抬升辊、冷却区抬升辊、中间抬升辊高度，并将控制参数和反馈数值送入人机界面显示。本发明将传动辊速度控制与加热区、冷却区、中间抬升辊高度控制部分融成一体，提高了系统可靠性和兼容性。

Description

复合材料皮带滚压主机自动控制系统

技术领域

本发明涉及滚压机控制系统领域，具体为一种复合材料皮带滚压主机自动控制系统。

背景技术

通常的树脂复合片材或板材带材或PP蜂窝板所用的皮带辊压机上下传动部分和其加热区、冷却区、中间抬升辊的高度控制部分是独立的，无法实现统一控制。

传动部分调速时直接通过变频器的操作面板对滚压机的上传动主辊、下传动主辊进行独立开环速度控制，然后依照变频器面板上显示的频率来计算实际的线速度，无法直观查看当前线速度，更无法实现长时间的线速度完全同步。

其加热区、冷却区、中间抬升辊的高度控制部分完全凭操作工肉眼观看行程，无法精确控制上升和下降的高度。

以上这些都会给现场操作带来不便，影响生产效率的同时造成操作失误。上下传动辊产生的速差也会对复合材料板面造成影响，降低成品率，给复合材料生产厂家造成很大损失。因此，一种新型复合材料皮带滚压主机自动控制系统非常重要。

发明内容

本发明目的是提供一种复合材料皮带滚压主机自动控制系统，以解决现有技术复合材料皮带滚压主机中上下传动辊转速与加热区、冷却区、中间抬升辊高度无法统一控制的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

复合材料皮带滚压主机自动控制系统，其特征在于：包括两个分别控制复合材料皮带滚压机上、下传动辊驱动电机的带编码器模板的变频器，三个分别控制复合材料皮带滚压主机加热区抬升辊、冷却区抬升辊、中间抬升辊抬升电机的彼此相互串接的绝对值编码器，PLC，人机界面；两个变频器、人机界面、三个相互串接的绝对值编码器分别通过过程现场通讯总线接入PLC；

所述PLC中对两个变频器、人机界面、三个相互串接的绝对值编码器进行硬件组态，以PLC作为主站，以两个变频器、人机界面、三个绝对值编码器分别作为从站通过过程现场通讯总线构成工业网络；

所述PLC将人机界面输入的需要达到的速度值计算成速度控制字并通过过程现场通讯总线传送至两变频器，通过两变频器控制上、下传动辊的线速度；同时PLC将人机界面输入的需要达到的高度值计算成绝对值编码器识别的十六进制数并通过过程现场通讯总线传送至三个绝对值编码器，通过绝对值编码器控制加热区抬升辊、冷却区抬升辊、中间抬升辊的高度；两个变频器分别将各自的状态字及实际速度反馈值通过过程现场通讯总线传送回PLC，同时三个绝对值编码器分别将各自的十六进制计数值通过过程现场通讯总线传送回PLC，PLC根据绝对值编码器传送回的参数计算得出加热区抬升辊、冷却区抬升辊、中间抬升辊当前的实际高度值，最后PLC将传送至变频器、绝对值编码器的各控制参数，以及变频器传送回PLC的实际速度反馈值、PLC计算得到的加热区抬升辊、冷却区抬升辊、中间抬升辊当前的实际高度值通过过程现场通讯总线传送至人机界面显示。

所述的复合材料皮带滚压主机自动控制系统，其特征在于：由于上、下传动辊的辊径不同，各自对应的驱动电机减速比和最高额定转速不同，因此需在PLC中利用公式L(H)=P(H)x60x3.14xD(m)/i计算出上、下传动辊各自的最高实际线速度作为调整基准，公式中P(H)为电机最高转速，D(m)为传动辊直径，i为电机减速比；然后将上、下传动辊最高实际线速度与上、下传动辊各自变频器所能识别的通讯速度控制字相对应，并在PLC中进行转换运算；同时在PLC中依据上、下转辊的辊径、各自驱动电机减速比、上、下转辊最高实际线速度之间的比值建立同时加减速的关系，最终将PLC处理过的变频器所能识别的速度控制字通过过程现场通讯总线传送至上、下转辊各自变频器，以实现上、下转辊同时加减速。

所述的复合材料皮带滚压主机自动控制系统，其特征在于：过程现场通讯总线报文结构采用PPO4，PZD-6/6。

本发明使用过程现场通讯总线做为工业总线，组成一个小型工业网络，将传动辊速度控制与加热区、冷却区、中间抬升辊高度控制部分融成一体，提高了系统可靠性和兼容性。可编程逻辑控制器PLC作为系统的主站，起大脑的作用，通过程序运算，与多个绝对值编码器、闭环控制上下传动辊驱动电机的变频器、人机界面进行实时通讯，解决了困扰行业内多年的传动部分与高度控制部分无法统一控制，上、下传动辊无法完全长时间线速度同步，加热区、冷却区、中间抬升辊高度无法精确控制，操作员操作不便的难题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示。复合材料皮带滚压主机自动控制系统，包括两个分别控制复合材料皮带滚压机上、下传动辊驱动电机的带编码器模板的变频器，三个分别控制复合材料皮带滚压主机加热区抬升辊、冷却区抬升辊、中间抬升辊抬升电机的彼此相互串接的绝对值编码器，PLC，人机界面；两个变频器、人机界面、三个相互串接的绝对值编码器分别通过过程现场通讯总线接入PLC；

PLC中对两个变频器、人机界面、三个相互串接的绝对值编码器进行硬件组态，以PLC作为主站，以两个变频器、人机界面、三个绝对值编码器分别作为从站通过过程现场通讯总线构成工业网络；

PLC将人机界面输入的需要达到的速度值计算成速度控制字并通过过程现场通讯总线传送至两变频器，通过两变频器控制上、下传动辊的线速度；同时PLC将人机界面输入的需要达到的高度值计算成绝对值编码器识别的十六进制数并通过过程现场通讯总线传送至三个绝对值编码器，通过绝对值编码器控制加热区抬升辊、冷却区抬升辊、中间抬升辊的高度；两个变频器分别将各自的状态字及实际速度反馈值通过过程现场通讯总线传送回PLC，同时三个绝对值编码器分别将各自的十六进制计数值通过过程现场通讯总线传送回PLC，PLC根据绝对值编码器传送回的参数计算得出加热区抬升辊、冷却区抬升辊、中间抬升辊当前的实际高度值，最后PLC将传送至变频器、绝对值编码器的各控制参数，以及变频器传送回PLC的实际速度反馈值、PLC计算得到的加热区抬升辊、冷却区抬升辊、中间抬升辊当前的实际高度值通过过程现场通讯总线传送至人机界面显示。

由于上、下传动辊的辊径不同，各自对应的驱动电机减速比和最高额定转速不同，因此需在PLC中利用公式L(H)=P(H)x60x3.14xD(m)/i计算出上、下传动辊各自的最高实际线速度作为调整基准，公式中P(H)为电机最高转速，D(m)为传动辊直径，i为电机减速比；然后将上、下传动辊最高实际线速度与上、下传动辊各自变频器所能识别的通讯速度控制字相对应，并在PLC中进行转换运算；同时在PLC中依据上、下转辊的辊径、各自驱动电机减速比、上、下转辊最高实际线速度之间的比值建立同时加减速的关系，最终将PLC处理过的变频器所能识别的速度控制字通过过程现场通讯总线传送至上、下转辊各自变频器，以实现上、下转辊同时加减速。

过程现场通讯总线报文结构采用PPO4，PZD-6/6。

本发明中：

1、过程现场通讯总线Profibus DP：过程现场通讯总线Profibus DP具有高速低成本，用于设备级控制系统与分散式I/O的通信。复合材料皮带滚压主机自动控制系统的工业控制网络由通讯总线Profibus DP连接各个主、从站构成，用于现场层的高速数据传送。除周期性数据传输外，PROFIBUS-DP还提供所需的非周期性通信以进行组态．诊断和报警处理。此电气网络使用带屏蔽层的双绞线电缆。为传动部分与高度控制部分的统一控制提供了通讯基础。

如图1所示，通过Profibus DP电缆将PLC、MICROMASTER 440变频器、带Profibus DP通讯接口的绝对值编码器、人机界面MP377组在一个工业网络之中， PLC做为系统的主站，绝对值编码器、变频器和人机界面做为系统的从站。在PLC总线的硬件配置里将传速速率设置为1.5Mbps，同时将PLC主站在网络中的地址定义为1，上传动辊的变频器在网络中的地址定义为2，下传动辊的变频器在网络中的地址定义为3，三个带Profibus DP通讯接口的绝对值编码器在网络中的地址依次定义为4、5、6，人机界面在网络中的地址定义为7。

2、可编程逻辑控制器PLC：复合材料皮带滚压主机自动控制系统选用的西门子s7-300 PLC，在网络中做为整个系统的主站也是控制系统的核心，系统主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。在PLC中，对本系统的整个网络进行硬件组态，定义上、下传动辊的两个变频器，主机加热区、冷却区、中间抬升辊所用的三个带Profibus DP通讯接口的绝对值编码器以及人机界面在网络中的地址，用从站的读、写程序通过现场总线来控制各个从站。

因上、下传动辊的辊径不同，两辊所用电机的减速比和最高额定转速也各不相同，所以必须在PLC中利用公式 L(H)=P(H)x60x3.14xD(m)/i算出其各自的最高实际线速度(单位米/小时)，做为调速的基准，然后，与变频器所能识别的通讯速度控制字最高值16384相对应，在PLC中进行转换运算。将加减速分为低、中、高三档，增减幅度各为0.5m/h、5 m/h、10 m/h，依据两辊的辊径、电机减速比、最高额定转速之间的比值建立同时加减速的关系，最终将处理过的变频器所能识别的速度控制字通过工业总线同时传递给上、下传动辊的两个变频器。以实现两辊的同时加减速。同时，PPO类型，也就是Profibus DP报文结构类型抛弃通常使用的PPO3，PZD-2/2，改为使用PPO4，PZD-6/6。这样不仅可以将各辊电机的电流、实际频率、变频器状态字等通过总线反馈到PLC，还可以将依据电机编码器实测出的两辊实际线速度传回PLC。这种情况下，如果需要实现上、下传动辊的完全线速度同步，则把下辊编码器实际编码器实测速度字乘以(两辊的辊径比)以后，再在PLC里赋给上辊的输出速度字，这样就可以实现上、下传动辊的完全线速度同步。

可编程逻辑控制器PLC其CPU上有一Profibus DP接口，将带编程口的快速总线连接器插在此CPU的Profibus DP接口上。快速总线连接器分为出线口和进线口，此处，出线口连人机界面MP377,进线口连接地址为2的MICROMASTER 440变频器。PLC通过调用系统功能块SFC14、SFC15激活Profibus DP接口来读、写各从站。将运算处理过的速度控制字实时传送给上、下传动辊以控制其线速度；把需要达到高度值计算成绝对值编码器识别的十六进制数写给加热区、冷却区、中间抬升辊的编码器以控制三部分的高度。同时，将变频器的状态字、实际速度反馈值传送回PLC；将带Profibus DP通讯接口的绝对值编码器当前的十六进制的计数值统过总线传回PLC，然后PLC通过计算得出当前的实际高度值。最后将各控制参数和监控数据实时传送给人机界面以便监控各实际参数值。

3、带编码器模板的变频器：复合材料皮带滚压主机自动控制系统选用带编码器模板的MICROMASTER 440变频器做为各辊电机的驱动器。此变频器特点是更高的技术性能和更快的动态响应，且因使用编码器模板，此调速系统使用了闭环编码器反馈的控制方式，和常规的开环变压/变频控制(V/f) 相比这种控制方式具有以下优点：零速时仍然具有额定转矩的负载能力，速度控制的精度更高，速度控制和转矩控制的动态性能得到改善。同时，本系统变频器带Profibus DP 模板，上、下传动辊的驱动器均被定义为本系统工业网络中的从站，与PLC实时通讯，具有高响应、与PLC高兼容性的特点。

如图1所示。地址为2的MICROMASTER 440变频器的Profibus DP模板上也插一快速总线连接器，其进线口连接地址为3的MICROMASTER 440变频器，出线口连可编程逻辑控制器（PLC）那根Profibus DP线。依次，地址为3的MICROMASTER 440变频器都通过快速总线连接器串入本系统的Profibus DP网络。两变频器上的编码器模板接收两辊电机尾部的编码器传送过来的脉冲信号，变频器在依据编码器信号进行闭环控制的同时，将经处理后的实际速度反馈值通过Profibus DP电缆传送给PLC。

4、带Profibus DP通讯接口的绝对值编码器：绝对值编码器和传统的增量型编码器不同是由光电码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。绝对编码器由机械位置决定的每个位置是唯一的，它无需记忆，无需找参考点，而且不用一直计数，什么时候需要知道位置，什么时候就去读取它的位置。这样，编码器的抗干扰特性、数据的可靠性大大提高了。带Profibus DP通讯接口，使得加热区、冷却区、中间抬升辊所用的编码器可以接入Profibus DP通讯网络，实现系统传动部分与高度控制部分的统一控制。绝对值编码器具有多种输出码制（二进制码、十进制BCD码、格雷码），可以直接通过Profibus DP通讯接口提供给PLC。

如图1所示。首先将加热区、冷却区、中间抬升辊的编码器上的Profibus DP地址拨码设置为4，5，6，然后将地址为4的绝对值编码器接线通道的进线口连接地址为5的绝对值编码器，依次地址为5，6的绝对值编码器都串入本系统的Profibus DP网络。

5、人机界面：复合材料皮带滚压主机自动控制系统使用的人机界面是SIMATIC MP377面板，此面板具有大屏幕、高亮度和高对比度的显示屏，从而极大地优化了操作员控制和监视。其前端防护等级为IP65/NEMA4、高抗振性，非常适合压延机所处的工业环境。此面板通过Profibus进行通讯，其被定义为本系统中工业网络中的从站与PLC实时通讯。与常规使用按钮和指示灯来进行调速操作和监视相比，使用此人机界面可以直观的操控整个复合材料皮带滚压主机自动控制系统，更易于操作员操作和监视。

在人机界面的后方有一Profibus DP接口，将一快速总线连接器插在此Profibus DP接口上。经PLC内部硬件组态，通过Profibus DP网络传送所有控制参数，速度反馈值和高度值。在人机界面上可以输入上、下传动辊的辊径，可以用界面下部的“同步加减速”各按钮进行各辊的同步加减速。如果需要上、下传动辊的完全速度同步，只需将左边的“同步”按钮激活即可。在加热区、冷却区、中间抬升辊高度控制界面中可以单独和同时控制各区的高度，并可选择是手动点动上升，下降还是自动达到设定值。

Claims

1.复合材料皮带滚压主机自动控制系统，其特征在于：包括两个分别控制复合材料皮带滚压机上、下传动辊驱动电机的带编码器模板的变频器，三个分别控制复合材料皮带滚压主机加热区抬升辊、冷却区抬升辊、中间抬升辊抬升电机的彼此相互串接的绝对值编码器，PLC，人机界面；两个变频器、人机界面、三个相互串接的绝对值编码器分别通过过程现场通讯总线接入PLC；

2.根据权利要求1所述的复合材料皮带滚压主机自动控制系统，其特征在于：由于上、下传动辊的辊径不同，各自对应的驱动电机减速比和最高额定转速不同，因此需在PLC中利用公式L(H)=P(H)x60x3.14xD(m)/i计算出上、下传动辊各自的最高实际线速度作为调整基准，公式中P(H)为电机最高转速，D(m)为传动辊直径，i为电机减速比；然后将上、下传动辊最高实际线速度与上、下传动辊各自变频器所能识别的通讯速度控制字相对应，并在PLC中进行转换运算；同时在PLC中依据上、下转辊的辊径、各自驱动电机减速比、上、下转辊最高实际线速度之间的比值建立同时加减速的关系，最终将PLC处理过的变频器所能识别的速度控制字通过过程现场通讯总线传送至上、下转辊各自变频器，以实现上、下转辊同时加减速。

3.根据权利要求1所述的复合材料皮带滚压主机自动控制系统，其特征在于：过程现场通讯总线报文结构采用PPO4，PZD-6/6。