CN208249495U - 一种基于电气plc和远程云平台的复卷机控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统，系统包括：复卷机、传感器、PLC控制器、变频器、网关、云平台、移动终端、本地服务器等主要部分构成。复卷机中控制前底辊、后底辊、退纸辊的交流电机与变频器连接，变频器以及其它执行机构与PLC连接，工业现场的触摸屏可直接操控PLC，实现对复卷机的控制。本系统将使用传感器采集复卷机中各执行机构的运行数据，连接PLC，PLC再与网关相连接，网关与云平台连接，云平台与移动终端和本地服务器连接，复卷机的运行数据实时更新，在移动终端可进行远距离实时监测和操控复卷机，使卷出来的纸达到所期望的质量指标，并且远程监测和操控可以减少人力、提高工业生产效率。

Description

一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统

技术领域

本实用新型涉及造纸工业的复卷机控制领域，具体一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统。

背景技术

基于电气PLC的复卷机控制系统已经广泛运用于现代的造纸工业中，复卷机的主要结构和控制方法都已成为一种现有模式。但是，工业现场依靠专人实时操作，浪费人力，工作效率低，并且当数据实时更新的时候，存在远距离监测和操控复卷机的局限性。随着“互联网+”的发展趋势，复卷机系统也需要进行更新和改革，进行生产设施的智能化和生产过程的智能化，实现智能生产监控，涉及整个企业的生产信息、设备、人互动互联以及新技术应用，实现管理和决策的智能化，亦能进行远程操纵控制。

实用新型内容

为实现复卷机系统的实时远程检测和控制，本实用新型提供了一种基于电气PLC和云平台的复卷机控制系统，本实用新型可以克服远距离操纵监控纸机设备与数据实时更新的局限，实现数据的在线传送，可以远程监测和控制复卷机，目标明确，满足各种需求和应用。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统，包括传感器、变频器、PLC控制器、网关、云平台、移动终端、触摸屏、本地服务器；

复卷机的每个交流电机的输出轴上均设置有传感器，交流电机与变频器连接，传感器与变频器通过变频器与脉冲编码器接口连接；

所有的变频器均与PLC控制器连接，PLC控制器通过以太网与网关连接，网关连接云平台，云平台与移动终端连接。

所述的复卷机包括从前到后依次输送连接的压直辊、纸卷、前底辊、后底辊、弧形板、张力辊、圆刀、舒展辊、导辊及退纸辊。

所述的前底辊、后底辊和退纸辊均通过交流电机驱动。

所述的变频器与PLC控制器通过PROFIBUS—DP总线连接。

所述的PLC控制器与触摸屏连接。

所述的云平台还与本地服务器连接。

相对于现有技术，本实用新型具有以下技术效果：

本实用新型将工厂的复卷机设备、工艺参数与传感器和控制层产生的数据融合后得到的大数据，通过新一代物联网传到云平台进行存储、数据分类、优化分析，可以实现将结果传送到工作者手中，方便工作人员实现远程控制决策，再反馈至生产过程中，形成能自适应调整的智能控制网络；基于电气PLC和云平台的复卷机系统，在有网的情况下生产人员不仅可以即时对现场数据和工业现场设备的运行状况进行监测，同时厂商也可以登陆云平台账号随时了解客户现场设备的运行情况，及时发现设备运行的潜在隐患，给予现场检修指导，协助现场完成检查维修工作，提高设备的使用率，延长其生命周期。采用实时监控现场数据，使复卷机控制系统具有灵敏准确的感知能力、正确的思维判断能力以及行之有效的执行方法，可以远距离实时自动地监测复卷机工作过程中的各种参数和变量，并变为数据信息，据此操纵控制反馈给造纸设备进行调整，实现企业的工厂生产和服务的智能化，实现工业生产、控制和管理的最优化，使生产过程高效地运行，并对建立完全智能的企业具有重要意义。通过云平台可以克服远距离操纵监控复卷机设备与数据实时更新的局限，实现数据的在线传送。本实用新型可利用复卷机设备传送到云平台的大数据，进行分析、筛选，并将有代表性的数据用于优化算法中，实现对复卷机系统更准确地实时更新操作。

通常复卷机中控制前底辊、后底辊、退纸辊的交流电机与变频器连接，变频器以及其它执行机构与PLC连接，工业现场的触摸屏可直接操控PLC，实现对复卷机的控制。本系统的改进之处为：传感器采集复卷机中各执行机构的运行数据，再与PLC连接，PLC通过以太网与网关相连接，网关与云平台无线连接，网关通过转换协议将数据上传到云平台，云平台与移动终端和本地服务器连接。

进一步，复卷机的工作状态，通过传感器采用PROFIBUS—DP现场总线技术将采集到的信号传给PLC中，PLC对复卷机各个部件进行控制，或者人工在现场触摸屏给指令，PLC执行相关操作。现场数据上传到云端，采用本地服务器登录云平台，添加工业现场使用的PLC设备，云端可实时远程观看复卷机设备现场工作状态。

进一步，云平台与本地服务器相连接，本地服务器对大量的数据进行分析，优化控制，再通过PLC控制变频器，达到复卷机的各执行机构的精度要求，实现远程控制工业现场的复卷机。

进一步，在移动终端登录云平台，移动终端显示界面上设有功能键、操作图形显示、设定值与实际值的显示和设备的运行状态及故障显示等操作。

进一步，移动终端上的功能键包括：传动的启动、备用、磁场接通、运行指令、方向、恒速动作、故障复位、点动速度动作、回收速度动作、外控指令、继电器输出动作等指令。进而实现移动终端远程控制复卷机。

进一步，移动终端可实时监测数据，若发现数据异常，会有报警提示，可将信息发送给云端，再经本地服务器进行数据分析，控制PLC，解决复卷机的故障和异常。

附图说明

图1为基于电气PLC和云平台的复卷机控制系统基本结构图；

图2为基于电气PLC和云平台的复卷机系统实现数据采集传输的控制流程图；

图3为基于电气PLC和云平台的复卷机系统实现数据监测的控制流程图；

图4为基于电气PLC和云平台的复卷机系统实现数据分析和远程控制流程图；

其中，附图标号为：1、压直辊；2、纸卷；3、前底辊；4、后底辊；5、弧形板；6、张力辊；7、圆刀；8、舒展辊；9、导辊；10、退纸辊；11、交流电机；12、变频器；13、变频器与脉冲编码器接口；14、传感器；15、PLC控制器；16、网关；17、云平台；18、移动终端；19、触摸屏；20、以太网；21、PROFIBUS—DP总线；22、本地服务器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。

如图1所示，本实用新型一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统，该系统包括复卷机的压直辊1、纸卷2、前底辊3、后底辊4、弧形板5、张力辊6、圆刀7、舒展辊8、导辊9、退纸辊10、交流电机11、变频器12、变频器与脉冲编码器接口13、传感器14、PLC控制器15、网关16、云平台17、移动终端18、触摸屏19、以太网20、PROFIBUS—DP总线21、本地服务器22等主要部分构成。

通常复卷机中控制前底辊3、后底辊4、退纸辊10的交流电机与变频器12连接，变频器12以及其它执行机构与PLC控制器15连接，工业现场的触摸屏19可直接操控PLC控制器15，实现对复卷机的控制。本系统的改进之处为：传感器14复卷机中各执行机构的运行数据，连接PLC控制器15，再与网关16相连接，网关16与云平台17连接，云平台17与移动终端18和本地服务器22连接。

整个系统可以采用电气PLC控制器15、云平台17和远程移动终端18联合实现：S型升降速特性；静止张力给定；退纸辊的张力控制；前、后底辊的力矩差控制；压纸辊的压力控制；圆刀速度与复卷机线速度的同步控制；断纸检测与急停控制；正向点动和反向点动操作；成品纸卷的长度显示；工作状态显示和不正常工作状态的报警等功能。

本系统的改进之处，复卷机系统中传感器14设备测得的数据通过PLC控制器15所连接的以太网20与网关16连接。云平台17有通信网关区，转换协议使得网关16可以与云平台17连接，从而云服务器可以上传和分析从PLC控制器15传送到网关的数据。

进一步的，实时将复卷机各个部件的数据上传到云平台17上，包括纸幅张力值，前底辊的速度，后底辊的速度，圆刀的速度，压纸辊的压力，成品纸卷的长度，正常的工作状态，故障状态的报警。

进一步的，云平台17具有多用户与多设备管理功能，用户的云账号登陆到云平台中，可以添加设备，例如添加复卷机系统中的PLC控制器15，就可以将连接到PLC控制器15的其它工作设备显示出来，例如变频器、电液比例阀和张力检测器等相关设备的状态和数据值都在云端存储，可以实时查看。

进一步的，云平台17的计算分析区，可将复卷机的纸幅张力值，前底辊的速度，后底辊的速度，圆刀的速度，压纸辊的压力，成品纸卷的长度等数据进行分析，通过卷径计算、速度环和转矩环的调节，查看复卷机卷出来的纸是否达到硬度要求，而且保证成品纸卷内紧外松、径向硬度分布均匀。

进一步的，云平台17的应用业务区，是终端实现云平台接入的通道入口，为终端提供用户、产品、设备管理的API应用程序编程接口。移动终端就可以轻松与云平台连接，在移动终端上，可以远程实时查看复卷机系统设备状态，设置关于复卷机电控系统的许多控制指令。指令包括：传动的启动、备用、磁场接通、运行指令、方向、恒速动作、故障复位、点动速度动作、回收速度动作、外控指令、继电器输出动作等。

进一步的，云平台17和本地服务器22建立连接，进行数据的下载和数据的上传，在本地服务器22上，可将云端下载的数据进行数据分类，建立复卷机的数学模型，加入控制算法，再反馈回PLC进行工业现场的控制。

本实用新型的具体控制过程如下：

1、工业现场复卷机的工作数据实时上传到云端，工作数据包括纸幅宽度、纸幅的张力、原纸卷的最大直径、原纸卷的芯轴直径、成品纸卷的直径、成品纸卷的芯轴直径、压纸辊总重量、底辊直径、底辊间的中心距、退纸辊电机的转速。

2、云平台17根据实时数据分析复卷机的工作状态，和成品纸卷的质量。

3、移动终端18实时查看云端复卷机工作的数据，并且实时监控复卷机的工作状态。

当出现断纸状态时，移动终端18和工业现场都发出报警信息提示，移动终端自动向现场发送自动快速停车指令。变频器的直流侧通过快熔和接触器相连，同时连接到制动斩波器，制动斩波器根据直流电压极限控制制动电阻与变频器的直流侧接通或者关断，一旦出现紧急情况，可快速控制，实现保护功能。

4、移动终端实现动态补偿，根据云平台实时的大数据，和分析处理数据后的结果，移动终端根据实际运行情况改动相应参数。

5、通过远程的移动终端18，给出实现正向点动或反向点动操作指令。

复卷机引纸时，通过变频器控制电机产生电动力，获得引纸速度；运行的时候，电机产生制动力，用于保持纸幅的张力。

6、通过远程的移动终端18，实现静止张力控制指令，在复卷过程中，结合PLC实现引纸张力、静止张力的控制，为了引纸过程中或在底辊停止状态时，防止纸松弛，使得后底辊向后有一定的拉力才能把纸绷紧，避免底辊运行时，纸幅张力变化过大，造成断纸。

7、复卷过程中，云平台17的大数据分析复卷机工作状态，移动终端发送自动恒张力控制指令。

8、云平台17实时采集各电机速度的数据，在复卷过程中，控制圆刀线速度随主机线速度变化。

9、从云平台17提取并分析车速和原纸卷直径的数据，实现在远程的移动终端上调节减速点和减速速度。

复卷过程中，退纸辊自动减速，原纸卷的直径小到一定值，系统才能运行安全。

10、复卷过程中，压纸辊随纸卷直径的变化具有压力自动控制功能，实现辊联动液压比例阀压力递减控制。

通过张力传感器采集压力信号，通过信号放大，得到准确的压力曲线对应数据，一方面通过PLC的模拟输出口送到电液比例放大器，转换成电流信号控制电液比例阀，另一方面通过网关上传到云平台，通过移动终端可清晰看到数据值。

11、移动终端18发出控制前、后底辊转矩的指令，通过参数调节，和PLC和变频器的作用，实现纸卷从里到外是由紧到松的均匀变化，达到控制的目的。

总之，本实用新型的一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统，系统包括：复卷机、传感器、PLC控制器、变频器、网关、云平台、移动终端、本地服务器等主要部分构成。复卷机中控制前底辊、后底辊、退纸辊的交流电机与变频器连接，变频器以及其它执行机构与PLC连接，工业现场的触摸屏可直接操控PLC，实现对复卷机的控制。本系统将使用传感器采集复卷机中各执行机构的运行数据，连接PLC，PLC再与网关相连接，网关与云平台连接，云平台与移动终端和本地服务器连接，复卷机的运行数据实时更新，在移动终端可进行远距离实时监测和操控复卷机，使卷出来的纸达到所期望的质量指标，并且远程监测和操控可以减少人力、提高工业生产效率。

本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，倘若对本实用新型进行的各种改动和变形属于本实用新型权利要求求及等同技术范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (6)

1.一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统，其特征在于，包括传感器(14)、变频器(12)、PLC控制器(15)、网关(16)、云平台(17)、移动终端(18)、触摸屏(19)、本地服务器(22)；

复卷机的每个交流电机(11)的输出轴上均设置有传感器(14)，交流电机(11)与变频器(12)连接，传感器(14)与变频器(12)通过变频器与脉冲编码器接口(13)连接；

所有的变频器(12)均与PLC控制器(15)连接，PLC控制器(15)通过以太网(20)与网关(16)连接，网关(16)连接云平台(17)，云平台(17)与移动终端(18)连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统，其特征在于，所述的复卷机包括从前到后依次输送连接的压直辊(1)、纸卷(2)、前底辊(3)、后底辊(4)、弧形板(5)、张力辊(6)、圆刀(7)、舒展辊(8)、导辊(9)及退纸辊(10)。

3.根据权利要求2所述的一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统，其特征在于，所述的前底辊(3)、后底辊(4)和退纸辊(10)均通过交流电机(11)驱动。

4.根据权利要求1所述的一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统，其特征在于，所述的变频器(12)与PLC控制器(15)通过PROFIBUS—DP总线(21)连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统，其特征在于，所述的PLC控制器(15)与触摸屏(19)连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于电气PLC和远程云平台的复卷机控制系统，其特征在于，所述的云平台(17)还与本地服务器(22)连接。