CN201449553U - 热风定型机电气控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种用于聚酯造纸网生产的热风定型机电气控制装置，由上位工业计算机、主驱动控制器PLC、拉幅针板控制系统、拉伸控制系统和风箱温度控制系统组成，上位工业计算机通过工业以太网与主驱动控制器PLC连接，拉幅针板控制系统包括由前拉幅控制器控制的前拉幅进、出口变频电机和前针板变频电机以及由后拉幅控制器控制的后拉幅进、出口变频电机和后针板变频电机，拉伸控制系统包括分别由前、后拉伸控制器控制的前、后拉伸直流电机，主驱动控制器与前、后拉幅控制器、前、后拉伸控制器和风箱温度控制系统通过多数据网络控制线相互连接。产品具有结构合理、操作简便、系统控制功能强大、实时监控性能好、精度高、自动化程度高等优点。

Description

热风定型机电气控制装置

技术领域

本实用新型属于工业自动化控制设备技术领域，涉及一种用于聚酯造纸网生产的热风定型机电气控制装置。

背景技术

伴随着造纸技术的发展和国家节能降耗方针的推行，近年来聚酯造纸网已成为造纸行业需求量最大的造纸用网。作为聚酯网生产中的重要环节，热定型对造纸网的质量起着关键性作用，而热风定型机则是当今本领域广为采用的对造纸用聚酯网进行稳定、定型的专用设备。在造纸网热定型生产过程中，用于实现热风定型机生产及管理信息化的电气控制装置是热风定型机的最重要的部分，它直接影响着聚酯网定型的质量。但目前本领域公知的红外辐射加热方式定型机电气控制装置在实际应用中相应还存在有对定型机的拉幅、针板、拉伸、风箱温度等机构量值的实时控制精度不高、程序执行周期长、干扰大、系统分布安装结构复杂、操作不方便、产品生产质量不稳定以及不能实现远程故障诊断等不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种结构合理、操作简便、系统控制功能强大、实时监控性能好、精度高、自动化程度高的热风定型机电气控制装置。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的热风定型机电气控制装置由上位工业计算机IPC、主驱动控制器PLC、拉幅针板控制系统、拉伸控制系统和风箱温度控制系统组成，其特征在于：上位工业计算机IPC通过工业以太网Ethernet与主驱动控制器PLC连接，拉幅针板控制系统包括由前拉幅控制器(PLC1)控制的前拉幅进、出口变频电机和前针板变频电机以及由后拉幅控制器控制(PLC2)的后拉幅进、出口变频电机和后针板变频电机，拉伸控制系统包括由前拉伸控制器(PLC3)控制的前拉伸直流电机和由后拉伸控制器(PLC4)控制的后拉伸直流电机，主驱动控制器与前、后拉幅控制器(PLC1、PLC2)、前、后拉伸控制器(PLC3、PLC4)和风箱温度控制系统通过多数据以太网络控制线Controller-Link相互连接。

上述拉幅针板控制系统中的前拉幅进口变频电机为一个通过前拉幅控制器(PLC1)控制的具有进口变频器的变频电机，前拉幅出口变频电机为一个通过前拉幅控制器(PLC1)控制的具有出口变频器的变频电机，前针板变频电机为一个依次通过前拉幅控制器(PLC1)和前针板变频器控制的变频电机；上述拉幅针板控制系统中的后拉幅进口变频电机为一个通过后拉幅控制器(PLC2)控制的具有进口变频器的变频电机，后拉幅出口变频电机为一个通过后拉幅控制器(PLC2)控制的具有出口变频器的变频电机，后针板变频电机为一个依次通过后拉幅控制器(PLC2)和后针板变频器控制的变频电机。

上述拉伸控制系统中的前拉伸直流电机为一个通过前拉伸控制器(PLC3)控制的具有直流调速器的直流电机，后拉伸直流电机为一个通过后拉伸控制器(PLC4)控制的具有直流调速器的直流电机.

上述风箱温度控制系统包括上风箱温度控制系统和下风箱温度控制系统，它们均由调功器、加热管和一个通过采集温度传感器来控制加热管输出的温控表组成，其中温控表的输入端通过数据网络控制线Controller-Link与主驱动控制器PLC连接，温控表的输出控制端经调功器后通至加热管的输入端。

本实用新型所述的热风定型机电气控制装置采用了目前国际通用的PC计算机/PLC可编程控制器控制技术，通过对热风定型机温度张力速度等量值的变化进行监控，实时控制，保证了聚酯网定型的工艺要求。实际工作中，上位机给定主驱动速度，通过安装于主驱直流电机尾部的旋转编码器采集主驱速度并反馈至PLC，主驱直流调速器控制主驱直流电机的转速，PLC通过变频调速器自动调整针板变频电机的转速，保证针板与主驱速度同步，比传统的红外辐射加热方式定型机采用的电磁调速控制主驱转速的控制精度更高，网子的运行速度更平稳，有效保证了主驱与针板转速的同步，防止网子损坏。该装置的风箱温度控制系统采用高性能调功器和温控表，具有设定温度稳定、无惯性上冲、功率输出平稳、对电网冲击小、电能损耗小、节能效果明显等优点。采用本电气控制装置后，热风定型机的拉幅运行通过变频调速控制，可根据工艺要求设定拉幅进、出口张力，从张力传感器采集的数据经过PLC运算后与设定值比较，自动控制拉幅变频电机运行，使网子的横向进、出口张力始终保持在某一张力设定值，保证网子幅面均匀收缩。热风定型机的拉伸运行采用直流调速器控制直流电机工作，通过采集张力值反馈至可编程主驱动控制器PLC，PLC将采集张力值与设定值比较后，控制直流调速器工作，保证网子两边平行拉伸，并使网子的纵向张力维持在某一张力设定值，保证了网子在定型过程中的均匀延伸。

除以上功能外，本实用新型所述的电气控制装置还设置有自动运行功能，操作人员可在操作截面设置好定型过程中的所有工艺参数，自动运行旋钮打开后，定型机将自动按照设定工艺参数运行，如设备出现故障，控制装置可立即发出报警信号，并提示操作人员进行保护操作；在设备的各部分均安装有接近开关保护装置，可防止操作人员误操作，在提高设备安全性的同时也防止了定型过程中网子的损伤。

与现有技术相比，本实用新型所述热风定型机电气控制装置的控制功能强大、自动化程度高、稳定性好、操作简便，设置更人性化，其上位机主机与各子系统之间采用以太网通讯，线路连接少、程序执行周期快，无干扰，所有定型工艺参数均可设定，实时数据都有显示，历史工艺数据既能存储又能打印出来，方便技术人员分析网子的定型工艺情况和产品质量。

附图说明

附图为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

参见附图，本实用新型所述的热风定型机电气控制装置按设备结构可分为主驱动控制系统、(上、下)风箱温度控制系统、拉幅针板控制系统和拉伸控制系统四个系统。以Omorn CJ1M-ETN PLC为硬件基础搭建主驱动控制系统与上位监控系统的工业以太网，以Omron CP1HPLC为基础搭建各个子控制系统.系统连接设置上，采用多数据以太网络(Ethernet)通讯、Controller-Link连接主驱动控制系统和各子系统PLC，通过数据交换向上传送状态数据和向下传送控制数据，实现数据的逐级传送.以下对各系统分别加以说明.

一、主驱动控制系统

主驱动控制系统包括上位工业计算机IPC和主驱动控制器PLC，它们之间通过工业以太网Ethernet连接。该系统的功能是驱动织物运行，使网子速度能在0.5～10m/min的范围内任意调节。通过安装于主驱直流电机ZD1尾部的高精度旋转编码器ZM5采集的脉冲值反馈至主控制柜内的PLC，形成主驱动的闭环控制。PLC读取主驱动的转速脉冲值，通过运算与设定速度比较，随时调整，控制直流调速器使直流电机达到设定转速。以西门子WinCC组态软件开发的上位工业计算机IPC(上位监控系统)可实现设备状态监控、工艺数据管理、人员管理、历史数据管理、局域网远程监控以及远程故障诊断等功能。

二、风箱温度控制系统

风箱温度控制系统包括上风箱温度控制系统和下风箱温度控制系统，其中：上风箱温度控制系统由调功器TW1、加热管R1和具有采集温度传感器(测温元件)E1数值的温控表WK1组成，温控表WK1的输入端通过数据网络控制线Controller-Link与主驱动控制器PLC连接通讯，温控表的输出控制端给定模拟量值至调功器TW1，调功器TW1主回路输出至加热管R1的输入端；下风箱温度控制系统由调功器TW2、加热管R2和具有采集温度传感器(测温元件)E2数值的温控表WK2组成，温控表WK2的输入端通过数据网络控制线Controller-Link与主驱动控制器PLC连接，温控表的输出控制端给定模拟量值至调功器TW2，调功器TW2主回路输出至加热管R2的输入端。实际工作中，通过在热风箱进风口均布温度传感器E1和E2监控热风温度，实时将风箱各区温度在上位机显示出来，并及时将数据反馈送至主机进行PID调节，使整个工作区域的温度误差被控制在工艺允许范围以内(≤±2.5℃)。控制回路采用独立的欧陆系列温控表WK1、WK2，实行PID自动控制，不间断拾取反馈信号分析，自动逻辑运算，模糊控制，使温度控制效果大大提高，可根据风箱实时监测到的温度值与设定值进行比较，自动调节功率输出，也可以在0～100％的额定功率范围内手动调节输出功率，从而使风箱出风温度稳定在工艺要求范围内。当工况改变时，该控制系统能自动跟踪工况变化并进行微调，保持工况正常运行。加热炉输出功率控制为温控表WK1、WK2计算输出，自动给出实时所需功率，既节省能源又使热惯性减至最小。

该风箱温度系统控制主回路采用三相全断式可控硅调功器TW1、TW2控制，使用、安装、维修方便，并配备双向晶闸管专用熔断保护和阻熔保护，安全稳定可靠。控制柜上设有故障指示、电流指示、工况状态指示等系统，当工况不正常下，如超温、风机故障停风、发出报警信号并自动停止加热，避免事故发生，对设备起到有利保护。

三、拉幅针板控制系统

拉幅针板控制系统包括由前拉幅控制器PLC1控制的前拉幅进、出口变频电机DP1、DP2和前针板变频电机DP5以及由后拉幅控制器PLC2控制的后拉幅进、出口变频电机DP3、DP4和后针板变频电机DP6.其中：前拉幅进口变频电机DP1为一个通过前拉幅控制器PLC1控制的具有进口变频器BP1的变频电机，前拉幅出口变频电机DP2为一个通过前拉幅控制器PLC1控制的具有出口变频器BP2的变频电机，前针板变频电机DP5为一个依次通过前拉幅控制器PLC1和前针板变频器BP5控制的变频电机；拉幅针板控制系统中的后拉幅进口变频电机DP3为一个通过后拉幅控制器PLC2控制的具有进口变频器BP3的变频电机，后拉幅出口变频电机DP4为一个通过后拉幅控制器PLC2控制的具有出口变频器BP4的变频电机，后针板变频电机DP6为一个依次通过后拉幅控制器PLC2和后针板变频器BP6控制的变频电机.

热风定型机中的每根拉幅丝杠均由一台带风冷的交流双向拉幅变频电机DP1、DP2、DP3、DP4驱动，并由4根独立控制的丝杠传动，在定型机进口和出口部分两侧的拉幅架上均装有一个压力传感器N1、N2、N3和N4。各压力传感器N1、N2、N3、N4同时将检测到的张力经过放大反馈至前、后拉幅控制器PLC1、PLC2，并传送至上位机。张力信号为同侧两台压力传感器检测张力的平均值。经过PLC1、PLC2采集运算后控制变频器BP1、BP2、BP3、BP4，可确保拉幅架按预设张力实时跟进，并能准确定位，确保网子在整个定型过程中始终以其自然的形态平整均匀的收缩和延伸。在各拉幅变频电机DP1、DP2、DP3、DP4的丝杠上分别各装有一个旋转编码器ZM1、ZM2、ZM3、ZM4，由此可实现高精度的网子幅宽计量(拉幅收缩量)及进、出口两侧走车速度、位移的同步控制。织物在定型时，进口处的摆臂系统(其上装有网边感应器，网边导向装置)通过电动推杆驱动在水平方向上作往复摆动可将织物引导至针板上，实时跟踪和监控网边的状态，防止网子脱离。

热风定型机的针板工作结构由安装于进口段上的交流电机DP5、DP6驱动，通过迭加/超载扭力以纠正和控制网子的弧形和歪斜。前后针板运行速度采样主驱动电机(ZD1)旋转编码器(ZM5)信号由变频器加PG卡来实现速度的实时跟踪，并加装同步调速控制器ZT1，保证前后针板与主驱动之间速度同步，同时在人机界面上设定主驱动与针板速度的同步比例微调整按钮，在必要时操作人员可随时调整。

四、拉伸控制系统

拉伸控制系统包括由前拉伸控制器PLC3控制的前拉伸直流电机ZD2和由后拉伸控制器PLC4控制的后拉伸直流电机ZD3。其中：前拉伸直流电机ZD2为一个通过前拉伸控制器PLC3控制的具有直流调速器ZT2的直流电机，后拉伸直流电机ZD3为一个通过后拉伸控制器PLC4控制的具有直流调速器ZT3的直流电机。

热风定型机工作时，拉伸辊的运行依靠前、后拉伸架体上各一台转速为1000r/min的11kw直流电机ZD2、ZD3带动，拉伸辊的运行速度可在14～280mm/min的范围内调节，拉伸距离能满足定型较长织物时最大的延伸率。电机丝杠上配有冷却风机和用于拉伸速度及运行长度采集的旋转编码器ZM6、ZM7，在拉伸时速度会自动调整去维持设定张力。

图中标号N5、N6为安装于前后拉伸架上拉伸辊轴头挡块内的两个20KN的拉伸控制张力传感器，通过控制系统可以设定和自动维持恒定的网子张力，设定和实际张力值会在操作台上显示，张力负荷显示误差约为最大负荷的0.5％。通过安装于电机ZD2、ZD3尾部的旋转编码器ZM6、ZM7采集转速脉冲值至前、后拉伸控制器PLC3、PLC4，可确保拉伸辊与主动辊的平行度(即织物平行度)不超过3mm，并将织物初始长度反馈和记忆，用于计算拉伸长度和网子长度，设定值和实际值在操作台上实时显示，并设有长度自动限位控制。

Claims (4)

1.一种热风定型机电气控制装置，由上位工业计算机IPC、主驱动控制器PLC、拉幅针板控制系统、拉伸控制系统和风箱温度控制系统组成，其特征在于：上位工业计算机IPC通过工业以太网Ethernet与主驱动控制器PLC连接，拉幅针板控制系统包括由前拉幅控制器PLC1控制的前拉幅进、出口变频电机DP1、DP2和前针板变频电机DP5以及由后拉幅控制器PLC2控制的后拉幅进、出口交频电机DP3、DP4和后针板变频电机DP6，拉伸控制系统包括由前拉伸控制器PLC3控制的前拉伸直流电机ZD2和由后拉伸控制器PLC4控制的后拉伸直流电机ZD3，主驱动控制器PLC与前、后拉幅控制器PLC1、PLC2、前、后拉伸控制器PLC3、PLC4和风箱温度控制系统通过多数据以太网络控制线Controller-Link相互连接。

2.根据权利要求1所述的热风定型机电气控制装置，其特征在于：拉幅针板控制系统中的前拉幅进口变频电机DP1为一个通过前拉幅控制器PLC1控制的具有进口变频器BP1的变频电机，前拉幅出口变频电机DP2为一个通过前拉幅控制器PLC1控制的具有出口变频器BP2的变频电机，前针板变频电机DP5为一个依次通过前拉幅控制器PLC1和前针板变频器BP5控制的变频电机；拉幅针板控制系统中的后拉幅进口变频电机DP3为一个通过后拉幅控制器PLC2控制的具有进口变频器BP3的变频电机，后拉幅出口变频电机DP4为一个通过后拉幅控制器PLC2控制的具有出口变频器BP4的变频电机，后针板变频电机DP6为一个依次通过后拉幅控制器PLC2和后针板变频器BP6控制的变频电机。

3.根据权利要求1所述的热风定型机电气控制装置，其特征在于：拉伸控制系统中的前拉伸直流电机ZD2为一个通过前拉伸控制器PLC3控制的具有直流调速器ZT2的直流电机，后拉伸直流电机ZD3为一个通过后拉伸控制器PLC4控制的具有直流调速器ZT3的直流电机。

4.根据权利要求1所述的热风定型机电气控制装置，其特征在于：风箱温度控制系统包括上风箱温度控制系统和下风箱温度控制系统，它们均由调功器、加热管和一个通过采集温度传感器来控制加热输出的温控表组成，其中温控表的输入端通过数据网络控制线Controller-Link与主驱动控制器PLC连接，温控表的输出控制端经调功器后通至加热管的输入端。

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