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[摘 要]本文针对纸机控制的特点，从当前国内外纸机控制系统的现状出发，对其自控系统进行深入研究，设计了3300/600纸机直流母线变频传动控制系统。并详细介绍了整个直流变频传动控制系统，对传动系统控制器进行了深入的比较，给出具体设计方案，提供详尽的原理图，并完成了整个系统的各方面调试工作。
[关键词]传动 控制 直流母线 PowerFlex7变频器 ControlLogix
中图分类号：TS734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-0249-04
[Abstract]This paper presents the direct current frequency conversion control system for 3300/600 paper machine， according to the current research of the control of paper machines. Furthermore， detailed comparisons of the controller of driving systems are proposed， and the design scheme of the direct current frequency conversion control system are decribed by presenting the block diagrams. Implementation and debugging of the whole system are also accomplished.
[Key words]Transmission Control The bus of direct current PowerFlex Frequency Converter Operator's station ControlLogix
0 引言
老式纸机很多采用单直流电机传动，通过机械分配转速的方式。由于在生产过程中机械磨损、皮带的打滑等因素，造成速度匹配失调，容易形成断纸、厚薄不均等现象。为了优化产品质量，提高劳动生产率，很多现场已将其改为多电机分部传动，即取消直流电机及其动力的机械传动部分，在每一个传动分部安装交流电机，采用交流多点传动方式。
近年来传动控制系统的发展主要是以交流变频器、直流调速器为核心，实现对生产过程中电气传动的精确控制。
而变频器的新发展趋势如下：
（1）低电磁噪音、静音化 新型通用变频器除了采用高频载波方式的正弦波SPWM调制实现静音化外，还在通用变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正电路APFC，而在逆变电路中采取Soft-PWM控制技术等，以改善输入电流波形、降低电网谐波，在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC国际标准，实现所谓的清洁电能的变换。
（2）专用化 新型通用变频器为更好地发挥变频调速控制技术的独特功能，并尽可能满足现场控制的需要，派生了许多专用机型。
（3）系统化 通用变频器除了发展单机的数字化、智能化、多功能化外，还向集成化、系统化方向发展。
（4）网络化 新型通用变频器可提供多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议，内装RS485接口，可由个人计算机向通用变频器输入运行命令和设定功能码数据等，通过选件可与现场总线：ControlNet、DeviceNet、EtherNet、Profibus-DP、 Interbus-S 、 Device Net 、 Modbus Plus等通讯。
（5）“易于使用”的模式 新型通用变频器机内固化的“调试指南”会引导你一步一步地填入调试表格，无需记住任何参数，充分体现了易操作性。如AB公司的新一代PowerFlex因采用了一种称为“S.M.A.R.T”的成功概念，使得在连接技术、安装和调试方面的操作变得非常简单。
（6）参数趋势图形 新型通用变频器的参数趋势图可适时地显示各信号的现时运行状态，用户在调试过程中，可随时监控和记录运行参数。如AB公司的新一代变频器软件DriveTools，可将变频器的参数上装或下装，并可以看到参数的实时趋势图。
（7）内置式应用软件 新型通用变频器可以内置多种应用软件，有的品牌可提供多达130余种的应用软件，以满足现场过程控制的需要，如PID控制软件、张力控制软件、速度级链、速度跟随、電流平衡、变频器功能设置软件、通讯软件等。
（8）参数自调整 用户只要设定数据组编码，而不必逐项设置，通用变频器会将运行参数自动调整到最佳状态，
1 系统原理
如图1-1，造纸机工艺流程图，纸机上的纸受到牵引力的作用，在湿部产生纵向伸长，在干部开始时纸张的纵向继续伸长，当纸张含水量降低后，纸张减少纵向伸长变形，在纸张进入压光机和卷纸机时，纸张再度牵引而伸长，因此在整个纸机生产线中，各个分部的速度是不同的，这样可以保持纸幅张力。同时，纸机各分部的速度必须是可以调节的，这样可以避免纸幅松弛或绷紧而断头，各分部的速度调节范围为±（10-15%）。
由于造纸机无须频繁起动，而工艺要求的变速范围也不大，所以达到稳速是电气传动自控最主要的目标。
根据纸机的要求和国际先进的技术水准，我采用了二级计算机全数字矢量交流变频网络控制系统，主要硬件全部采用进口产品。
此套直流母线变频传动控制系统是一套适合于中、高速、多分部传动纸机的高精度控制系统。
功能特点如下：
* 逆变器、中心控制器全部为原装进口产品
* 传动精度高达十万分之一
* 公共直流母线供电 * 全部采用开放式高速数字化网络控制
* 采用彩色大屏幕高清晰度智能终端操作
* 上位计算机监控管理
* 中心控制器所有模块可带电插拔
系统原理图如图1-2。
2 系统的概述及特点
2.1 系统概述
随着自动化控制设备、工业控制网络及计算机技术的发展，越来越多的工厂自动化系统采用分布式控制、集中信息管理的系统结构，这种结构极大地降低了工程投资，有效地增强了系统的可维护性，缩短了设计周期。
该直流变频传动控制系统是针对国内中小型纸机专门推出的纸机电气传动系统。该系统采用原装进口的过程控制器，由公共直流母线供电的系统变频器，等离子彩色显示的操作员終端和高质量的低压电器等优质元器件。线性树状速度链，负荷分配，张力控制反映了纸机传动系统的本质特征；上位计算机给用户的操作、维护和管理提供了很大的方便；等离子彩色显示的操作员终端除了具有超大的信息量外，还具有多种通讯接口，为操作员提供了纸机运行的各种图形和参数。该直流变频传动控制系统具备向DCS提供它所必需的参数并接收DCS所发出的指令的能力。
2.2 操作员终端
该直流变频调速控制系统在纸机现场采用图形显示终端，可以准确显示机器和车间过程。操作员终端可以选用键盘式操作或触摸屏操作。操作员终端通讯灵活，组态方便，可选用不同方式实现您的要求：EtherNET、DeviceNET、远程I/O、DH485和RS232。平面TFT显示器的厚度薄，分辨率达640*400，视觉效果极佳，加上宽阔的视角使操作显示的效果大大提高。
2.3 编程维护工具
设计有专门的软件包用于编程、调试和系统维护，软件包安装在PC机上。
组态软件
组态软件由一系列软件包组成：
具有一个可用梯形图和功能块进行编程、控制的软件包。
具有网络管理和通讯功能的软件包。
专门用于操作员终端图形编辑和控制的软件包
用于主控室操作员站的开发和控制的软件包
调试软件
调试软件专门用于传动的调试和维护。该软件可以使调试人员实时监控系统的运行，提出最经济、合理的参数。
3 系统的设计
3.1 传动系统硬件技术规格
3.1.1 柜体技术规格
传动柜安装尺寸为高2200毫米，深600毫米，宽度根据变频器大小而定。
分部传动柜的公共母排安装在柜体的上部，根据客户提供的负载，提供一段直流母线。
3.1.2 进线整流部分
非再生整流单元-NRU
额定功率 ： 设备清单所示
应用 ： 不再生母线
类型 ： 3相全波二极管整流
调节器 ： None
输入电压波动范围 ： +10%， - 10%
输入频率范围 ： 45 to 65 Hertz
功率因数 ： 0.97， 连续
输入设备 ： 断路器
输出设备 ： None， 直接连接至直流功率母线
直流输出电抗 ： 2个单元
保护
半导体保护 ： 快速熔断器
缺相保护 ： 继电器
散热器过热保护 ： 热敏开关
直流电抗 ： 热敏开关
指示
直流母线使能 ： 红色指示灯， 大于 50 VDC
单元无故障 ： 绿色指示灯
交流进线电流 ： 电流表
直流输出电压 ： 电压表
报警
缺相故障 ： 常闭点上电时打开，出现故障时闭合
单元故障 ： 常开点上电时闭合，出现故障时打开
冷却 ： 风冷
公共整流单元 – NRU TYPE（见图3）
3.1.3 POWERFLEX7变频器
3.1.3.1 POWERFLEX7变频器主要特点
PowerFlexTM 7系列变频器是A-B变频器家族中的一员，其功率范围覆盖0.37KW～500KW，框架结构共有9种。其带有编程、接口、通讯和PC工具。标准化，易安装运输。
☆ 卓越性能：
带ForceTM控制技术的矢量控制，无传感器矢量控制以及压频比控制为一体；
显著的开环和闭环速度调整；
卓越的转矩输出和转矩调整。
☆ 使用方便：
带7行16字符的LCD操作面板可选；
S.M.A.R.T启动程序和全面帮助启动步骤；
清晰方便的控制端口；
控制模块易移动和更换；
强大的软件功能DriveTools SP，使得编程和简便。
☆ 节省空间：
与其他国际品牌的变频器相比，外观尺寸约为其50%；
书本式设计允许变频器并肩安装或Zero Stacking？安装；
内置网络通讯插槽，无需外置通讯模块。
☆ 特色：
完全的动态制动晶体管和可选内置制动电阻；
标准的I/O接口包含6个24V/230V数字输入和3个数字输出；
3个高速模拟输入和2个模拟输出；
反射波的减少算法和硬件设计；
☆ 低噪音：
内部集成EMC滤波器，完全满足CE标准；
输出端集成共模输出滤波器。 - 基于PC的传动装置组态工具：
*DriveToolsTM SP：该软件工具为编程、组态、故障处理和维护艾伦-布拉德利交流和直流驱动器提供了简洁的方式。它包括离线/在线编程软件DriveExecutiveTM，能提供良好的用户界面并将传动流程图与实际参数相结合。DriveToolsTM SP还包括实时曲线显示和记录软件DriveObserverTM（见图4-6）
3.1.3.8 POWERFLEX7变频器框图（见图8）
3.1.4控制系统硬件
控制系统是整个系统的核心部分，根据纸机控制系统的规模，采用美国ROCKWELL公司的ControlLogix控制系统。主要实现的控制功能有：
主机控制
* 纸机控制
* 纸机速度给定：
- 斜率控制
- S曲线
* 停车模式：
- 正常停车
- 自由停车
- 驱动器故障
- 电源丢失
- 操作员“停车”按钮
* 纸机逻辑控制
* 远程输入/输出通讯
* 驱动器REMOTE I/O或DeviceNet通讯
* 操作员终端通讯（用户可选件）
* 诊断
分部控制
* 驱动器REMOTE I/O或DeviceNet通讯
* 驱动器控制：
- 运行/停止
- 爬行
- 升速/降速
- 松弛（干部以后）
- 速度给定
- 诊断
独立电机控制器
* 分部逻辑控制
* 分部参考状态
* 诊断报告
ControlLogix系統
当纸机分部较多、车速较快、控制较复杂时控制系统采用美国ROCKWELL公司ControlLogix系统。ControlLogix结构根据应用要求提供实时控制。一个典型的系统由控制器内部的背板总线和外部的高速ControlNet组成。
ControlLogix系统处理器具有以下特点：
* 单槽处理器
* 超过80种高水平指令，包括PID，浮点运算等
* 内置的通讯能力：ControlNet， DH+， RIO， DeviceNet， EtherNet
* 可与 1771 I/O和1746 I/O 兼容
Logix 5500 控制器主要控制交流调速器和I/O（操作员站，机械上的I/O控制等）。控制器安装在电气控制室内。
如果系统提供远程I/O，则通过ControlNet网连接。远程I/O模块型号为1756 I/O或Flex I/O
The Rockwell Automation 的I/O 结构分为三种类型。它包括离散量I/O模块，模拟量I/O模块和特殊应用模块。
ControlLogix Controller
控制器的主要特征有：
* 一个框架可有多个处理器
* 模块化网络
* 模块化内存
* 不断改进的性能
* 高度集成的运动控制
* 预留空间的多任务操作系统
* 控制器符号寻址
* 控制器全局/本地数据范围
* 用户定义结构和数组
* RSLogix5000 编程软件
Logix5550处理器内置的2MB以上内存。
多任务控制系统提供32个可组态的连续或周期性的任务。15个优先级允许您组态控制器以首先执行最重要的任务。每个任务有32个程序使您可把 应用进一步划分并提供一个隔离的数据区域
所有模块的共同特点：
* 可带电插拔 （RIUP）
* 本地和远程控制
* 可拆卸端子排
* 软件组态参数
* 电子钥匙
较大的ControlLogix系统包含不同的通讯选件：ControlNet， Ethernet， DH+/Remote I/O. 框架分为4， 7， 10， 13， 17槽，可以选择交流或直流供电.
3.1.5 操作员终端硬件
现场操作在现场操作员终端上执行。现场操作员终端提供了一个高性能平面设计的操作员接口界面，它采用最新的接口技术，因此是最实惠也是最方便的。
PANELVIEW彩色操作员终端
现场操作员终端通讯灵活，组态方便，可选用不同方式实现您的要求：EtherNet、ControlNET、DeviceNET、远程I/O、DH485和RS232。灵活的通讯方式使它和该控制器很容易集成在一起。
平面等离子显示器的厚度薄，分辨率达640*480，视觉效果极佳，加上宽阔的视角使操作显示的效果大大提高。
现场操作员终端高分辨率屏幕上所显示的面板装置与传统的控制面板操作方式相同。面板有常开常闭选择按钮，锁定，保持及多状态按钮，控制方式选择，可以用数字键盘键入PID设定值或批量加工的参数。
现场操作员终端组态软件利用Microsoft Windows图形接口为PanelView、DH485和远程I/O应用程序提供了迅速、直接的组态。技术人员只需要进行组态和操作方面的简单训练就能熟练地操作它。
无与伦比的传输性能，可以很容易从已有的DH+/远程I/O网或DH+/RS-232网装载和卸载下PanelBuilder应用程序。 现场操作员终端上不但可以显示各分部电机的速度、电流等，还可以进行起停、升降速等逻辑控制，同时现场操作员终端还可以弹出故障及报警菜单，并对其作一简单的处理说明（见图9）。
3.2 系统软件
3.2.1 调速器软件
系统软件包括应用程序及变频器的标准传动特定功能
转矩/速度控制
起停控制
PID调节功能
保护及诊断功能
3.2.2 应用软件
该软件主要实现以下功能：
纸机速度给定：
* 斜率控制
* S曲线
停车模式：
* 正常停车
* 自由停车
* 驱动器故障
* 电源丢失
* 操作员“停车”按钮
纸机逻辑控制
远程输入/输出通讯
驱动器REMOTE I/O通讯
操作员终端通讯
纸机自动化控制接口
张力控制
诊断
分部控制软件
驱动器REMOTE I/O通讯
驱动器控制：
运行/停止
爬行
升速/降速
松弛（干部以后）
速度给定
速度/力矩
保护及诊断功能
3.2.3 专门用于传动控制的软件
纸机运行速度以底网驱网辊的速度为基准，其它各点自动同步跟随。传动系统重新启动时，若没有对速度、控制参数进行修改，传动系统将保持停车前的速度和控制参数。传动控制软件包括以下内容：
纸机主传动的速度控制
负荷分配的速度/转矩控制
带有纸幅张力的速度控制
作为速度链分枝的速差设定
纸幅张力控制
速差设定
负荷分配设定
纸机速度变化率的控制
從传动的转矩控制
3.2.4 控制精度
造纸控制的关键是控制纸张速度，防止断纸。直线加速度配合S型速度给定，消除了速度的阶跃变化。系统中的增益等设定，可按生产需要而作最优化调较：
速度调节器（带解析器反馈）：
Percent Speed Regulation=X100%
RPMACT=Actual speed
RPMSET=Set speed
Speed Regulation=0.001% of maximum speed over a 10：1 range （with 5 – 100% load change）.
Regulation is defined as a steady state value， typically measured 0.5 to 2 seconds after the disturbance （dependent on system gain and response）.
长期运行速度精度：
Long Term Deviation=X100%
RPMTI=Initial Speed
RPMTF=Final Speed
RPMRATED=Rated Speed
Long Term deviation=0.01% with the following conditions：
* during 24 hour period
* 20% load change
* ？10% voltage change
* ？1 hz
* ？10 oC
马达输出转矩特性：
Percent Torque Regulation=X 100%
TORQUEACT=Actual Torque
TORQUESET=Set Torque
TORQUERATED=Rated Torque
Torque Regulation=3.0% of motor maximum torque capability.
Applicable range 10 – 100% rated torque
张力控制精度：
Percent Tension Regulation=X100%
TENSIONACT=Actual Tension
TENSIONSET=Set Tension
TENSIONRATED=Rated Tension
Tension Regulation （Electrical accuracy）=3.0% of maximum tension.
Applicable range 10 – 100% of maximum tension
4 结束语
本文主要采用公共直流母线变频器及强大的控制系统来实现新型纸机传动控制系统的控制，达到节能、高效率、精度更高的优势，且可读性很高，故障诊断方便，已在业界广泛应用。
参考文献
[1] 《常用低压电器原理及其控制技术》机械工业出版社出版，2001.08
[2] 《PowerFlex700变频器用户手册》 Rockwell Automation ，2004.12
[3] 《变频调速应用实践》张燕宾 编著，机械工业出版社， 2001
[4] 《变频器应用手册》吴忠智 吴加林 编著，机械工业出版社， 2001
[5] 《电气传动的脉宽调制控制技术》吴守箴 臧英杰 编著，机械工业出版社，2000.
[6] 《调速用变频器及配套设备选用指南》吴忠智 黄立培 编著，机械工业出版社，2001.
[7] 《通用变频器及其应用》满永奎 韩安荣 吴成东 编著，机械工业出版社， 2001.
[8] 《可编程控制器原理及应用》路林吉 王坚 江龙康 编著，清华大学出版社，2002.
[关键词]传动 控制 直流母线 PowerFlex7变频器 ControlLogix
中图分类号：TS734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）23-0249-04
[Abstract]This paper presents the direct current frequency conversion control system for 3300/600 paper machine， according to the current research of the control of paper machines. Furthermore， detailed comparisons of the controller of driving systems are proposed， and the design scheme of the direct current frequency conversion control system are decribed by presenting the block diagrams. Implementation and debugging of the whole system are also accomplished.
[Key words]Transmission Control The bus of direct current PowerFlex Frequency Converter Operator's station ControlLogix
0 引言
老式纸机很多采用单直流电机传动，通过机械分配转速的方式。由于在生产过程中机械磨损、皮带的打滑等因素，造成速度匹配失调，容易形成断纸、厚薄不均等现象。为了优化产品质量，提高劳动生产率，很多现场已将其改为多电机分部传动，即取消直流电机及其动力的机械传动部分，在每一个传动分部安装交流电机，采用交流多点传动方式。
近年来传动控制系统的发展主要是以交流变频器、直流调速器为核心，实现对生产过程中电气传动的精确控制。
而变频器的新发展趋势如下：
（1）低电磁噪音、静音化 新型通用变频器除了采用高频载波方式的正弦波SPWM调制实现静音化外，还在通用变频器输入侧加交流电抗器或有源功率因数校正电路APFC，而在逆变电路中采取Soft-PWM控制技术等，以改善输入电流波形、降低电网谐波，在抗干扰和抑制高次谐波方面符合EMC国际标准，实现所谓的清洁电能的变换。
（2）专用化 新型通用变频器为更好地发挥变频调速控制技术的独特功能，并尽可能满足现场控制的需要，派生了许多专用机型。
（3）系统化 通用变频器除了发展单机的数字化、智能化、多功能化外，还向集成化、系统化方向发展。
（4）网络化 新型通用变频器可提供多种兼容的通信接口，支持多种不同的通信协议，内装RS485接口，可由个人计算机向通用变频器输入运行命令和设定功能码数据等，通过选件可与现场总线：ControlNet、DeviceNet、EtherNet、Profibus-DP、 Interbus-S 、 Device Net 、 Modbus Plus等通讯。
（5）“易于使用”的模式 新型通用变频器机内固化的“调试指南”会引导你一步一步地填入调试表格，无需记住任何参数，充分体现了易操作性。如AB公司的新一代PowerFlex因采用了一种称为“S.M.A.R.T”的成功概念，使得在连接技术、安装和调试方面的操作变得非常简单。
（6）参数趋势图形 新型通用变频器的参数趋势图可适时地显示各信号的现时运行状态，用户在调试过程中，可随时监控和记录运行参数。如AB公司的新一代变频器软件DriveTools，可将变频器的参数上装或下装，并可以看到参数的实时趋势图。
（7）内置式应用软件 新型通用变频器可以内置多种应用软件，有的品牌可提供多达130余种的应用软件，以满足现场过程控制的需要，如PID控制软件、张力控制软件、速度级链、速度跟随、電流平衡、变频器功能设置软件、通讯软件等。
（8）参数自调整 用户只要设定数据组编码，而不必逐项设置，通用变频器会将运行参数自动调整到最佳状态，
1 系统原理
如图1-1，造纸机工艺流程图，纸机上的纸受到牵引力的作用，在湿部产生纵向伸长，在干部开始时纸张的纵向继续伸长，当纸张含水量降低后，纸张减少纵向伸长变形，在纸张进入压光机和卷纸机时，纸张再度牵引而伸长，因此在整个纸机生产线中，各个分部的速度是不同的，这样可以保持纸幅张力。同时，纸机各分部的速度必须是可以调节的，这样可以避免纸幅松弛或绷紧而断头，各分部的速度调节范围为±（10-15%）。
由于造纸机无须频繁起动，而工艺要求的变速范围也不大，所以达到稳速是电气传动自控最主要的目标。
根据纸机的要求和国际先进的技术水准，我采用了二级计算机全数字矢量交流变频网络控制系统，主要硬件全部采用进口产品。
此套直流母线变频传动控制系统是一套适合于中、高速、多分部传动纸机的高精度控制系统。
功能特点如下：
* 逆变器、中心控制器全部为原装进口产品
* 传动精度高达十万分之一
* 公共直流母线供电 * 全部采用开放式高速数字化网络控制
* 采用彩色大屏幕高清晰度智能终端操作
* 上位计算机监控管理
* 中心控制器所有模块可带电插拔
系统原理图如图1-2。
2 系统的概述及特点
2.1 系统概述
随着自动化控制设备、工业控制网络及计算机技术的发展，越来越多的工厂自动化系统采用分布式控制、集中信息管理的系统结构，这种结构极大地降低了工程投资，有效地增强了系统的可维护性，缩短了设计周期。
该直流变频传动控制系统是针对国内中小型纸机专门推出的纸机电气传动系统。该系统采用原装进口的过程控制器，由公共直流母线供电的系统变频器，等离子彩色显示的操作员終端和高质量的低压电器等优质元器件。线性树状速度链，负荷分配，张力控制反映了纸机传动系统的本质特征；上位计算机给用户的操作、维护和管理提供了很大的方便；等离子彩色显示的操作员终端除了具有超大的信息量外，还具有多种通讯接口，为操作员提供了纸机运行的各种图形和参数。该直流变频传动控制系统具备向DCS提供它所必需的参数并接收DCS所发出的指令的能力。
2.2 操作员终端
该直流变频调速控制系统在纸机现场采用图形显示终端，可以准确显示机器和车间过程。操作员终端可以选用键盘式操作或触摸屏操作。操作员终端通讯灵活，组态方便，可选用不同方式实现您的要求：EtherNET、DeviceNET、远程I/O、DH485和RS232。平面TFT显示器的厚度薄，分辨率达640*400，视觉效果极佳，加上宽阔的视角使操作显示的效果大大提高。
2.3 编程维护工具
设计有专门的软件包用于编程、调试和系统维护，软件包安装在PC机上。
组态软件
组态软件由一系列软件包组成：
具有一个可用梯形图和功能块进行编程、控制的软件包。
具有网络管理和通讯功能的软件包。
专门用于操作员终端图形编辑和控制的软件包
用于主控室操作员站的开发和控制的软件包
调试软件
调试软件专门用于传动的调试和维护。该软件可以使调试人员实时监控系统的运行，提出最经济、合理的参数。
3 系统的设计
3.1 传动系统硬件技术规格
3.1.1 柜体技术规格
传动柜安装尺寸为高2200毫米，深600毫米，宽度根据变频器大小而定。
分部传动柜的公共母排安装在柜体的上部，根据客户提供的负载，提供一段直流母线。
3.1.2 进线整流部分
非再生整流单元-NRU
额定功率 ： 设备清单所示
应用 ： 不再生母线
类型 ： 3相全波二极管整流
调节器 ： None
输入电压波动范围 ： +10%， - 10%
输入频率范围 ： 45 to 65 Hertz
功率因数 ： 0.97， 连续
输入设备 ： 断路器
输出设备 ： None， 直接连接至直流功率母线
直流输出电抗 ： 2个单元
保护
半导体保护 ： 快速熔断器
缺相保护 ： 继电器
散热器过热保护 ： 热敏开关
直流电抗 ： 热敏开关
指示
直流母线使能 ： 红色指示灯， 大于 50 VDC
单元无故障 ： 绿色指示灯
交流进线电流 ： 电流表
直流输出电压 ： 电压表
报警
缺相故障 ： 常闭点上电时打开，出现故障时闭合
单元故障 ： 常开点上电时闭合，出现故障时打开
冷却 ： 风冷
公共整流单元 – NRU TYPE（见图3）
3.1.3 POWERFLEX7变频器
3.1.3.1 POWERFLEX7变频器主要特点
PowerFlexTM 7系列变频器是A-B变频器家族中的一员，其功率范围覆盖0.37KW～500KW，框架结构共有9种。其带有编程、接口、通讯和PC工具。标准化，易安装运输。
☆ 卓越性能：
带ForceTM控制技术的矢量控制，无传感器矢量控制以及压频比控制为一体；
显著的开环和闭环速度调整；
卓越的转矩输出和转矩调整。
☆ 使用方便：
带7行16字符的LCD操作面板可选；
S.M.A.R.T启动程序和全面帮助启动步骤；
清晰方便的控制端口；
控制模块易移动和更换；
强大的软件功能DriveTools SP，使得编程和简便。
☆ 节省空间：
与其他国际品牌的变频器相比，外观尺寸约为其50%；
书本式设计允许变频器并肩安装或Zero Stacking？安装；
内置网络通讯插槽，无需外置通讯模块。
☆ 特色：
完全的动态制动晶体管和可选内置制动电阻；
标准的I/O接口包含6个24V/230V数字输入和3个数字输出；
3个高速模拟输入和2个模拟输出；
反射波的减少算法和硬件设计；
☆ 低噪音：
内部集成EMC滤波器，完全满足CE标准；
输出端集成共模输出滤波器。 - 基于PC的传动装置组态工具：
*DriveToolsTM SP：该软件工具为编程、组态、故障处理和维护艾伦-布拉德利交流和直流驱动器提供了简洁的方式。它包括离线/在线编程软件DriveExecutiveTM，能提供良好的用户界面并将传动流程图与实际参数相结合。DriveToolsTM SP还包括实时曲线显示和记录软件DriveObserverTM（见图4-6）
3.1.3.8 POWERFLEX7变频器框图（见图8）
3.1.4控制系统硬件
控制系统是整个系统的核心部分，根据纸机控制系统的规模，采用美国ROCKWELL公司的ControlLogix控制系统。主要实现的控制功能有：
主机控制
* 纸机控制
* 纸机速度给定：
- 斜率控制
- S曲线
* 停车模式：
- 正常停车
- 自由停车
- 驱动器故障
- 电源丢失
- 操作员“停车”按钮
* 纸机逻辑控制
* 远程输入/输出通讯
* 驱动器REMOTE I/O或DeviceNet通讯
* 操作员终端通讯（用户可选件）
* 诊断
分部控制
* 驱动器REMOTE I/O或DeviceNet通讯
* 驱动器控制：
- 运行/停止
- 爬行
- 升速/降速
- 松弛（干部以后）
- 速度给定
- 诊断
独立电机控制器
* 分部逻辑控制
* 分部参考状态
* 诊断报告
ControlLogix系統
当纸机分部较多、车速较快、控制较复杂时控制系统采用美国ROCKWELL公司ControlLogix系统。ControlLogix结构根据应用要求提供实时控制。一个典型的系统由控制器内部的背板总线和外部的高速ControlNet组成。
ControlLogix系统处理器具有以下特点：
* 单槽处理器
* 超过80种高水平指令，包括PID，浮点运算等
* 内置的通讯能力：ControlNet， DH+， RIO， DeviceNet， EtherNet
* 可与 1771 I/O和1746 I/O 兼容
Logix 5500 控制器主要控制交流调速器和I/O（操作员站，机械上的I/O控制等）。控制器安装在电气控制室内。
如果系统提供远程I/O，则通过ControlNet网连接。远程I/O模块型号为1756 I/O或Flex I/O
The Rockwell Automation 的I/O 结构分为三种类型。它包括离散量I/O模块，模拟量I/O模块和特殊应用模块。
ControlLogix Controller
控制器的主要特征有：
* 一个框架可有多个处理器
* 模块化网络
* 模块化内存
* 不断改进的性能
* 高度集成的运动控制
* 预留空间的多任务操作系统
* 控制器符号寻址
* 控制器全局/本地数据范围
* 用户定义结构和数组
* RSLogix5000 编程软件
Logix5550处理器内置的2MB以上内存。
多任务控制系统提供32个可组态的连续或周期性的任务。15个优先级允许您组态控制器以首先执行最重要的任务。每个任务有32个程序使您可把 应用进一步划分并提供一个隔离的数据区域
所有模块的共同特点：
* 可带电插拔 （RIUP）
* 本地和远程控制
* 可拆卸端子排
* 软件组态参数
* 电子钥匙
较大的ControlLogix系统包含不同的通讯选件：ControlNet， Ethernet， DH+/Remote I/O. 框架分为4， 7， 10， 13， 17槽，可以选择交流或直流供电.
3.1.5 操作员终端硬件
现场操作在现场操作员终端上执行。现场操作员终端提供了一个高性能平面设计的操作员接口界面，它采用最新的接口技术，因此是最实惠也是最方便的。
PANELVIEW彩色操作员终端
现场操作员终端通讯灵活，组态方便，可选用不同方式实现您的要求：EtherNet、ControlNET、DeviceNET、远程I/O、DH485和RS232。灵活的通讯方式使它和该控制器很容易集成在一起。
平面等离子显示器的厚度薄，分辨率达640*480，视觉效果极佳，加上宽阔的视角使操作显示的效果大大提高。
现场操作员终端高分辨率屏幕上所显示的面板装置与传统的控制面板操作方式相同。面板有常开常闭选择按钮，锁定，保持及多状态按钮，控制方式选择，可以用数字键盘键入PID设定值或批量加工的参数。
现场操作员终端组态软件利用Microsoft Windows图形接口为PanelView、DH485和远程I/O应用程序提供了迅速、直接的组态。技术人员只需要进行组态和操作方面的简单训练就能熟练地操作它。
无与伦比的传输性能，可以很容易从已有的DH+/远程I/O网或DH+/RS-232网装载和卸载下PanelBuilder应用程序。 现场操作员终端上不但可以显示各分部电机的速度、电流等，还可以进行起停、升降速等逻辑控制，同时现场操作员终端还可以弹出故障及报警菜单，并对其作一简单的处理说明（见图9）。
3.2 系统软件
3.2.1 调速器软件
系统软件包括应用程序及变频器的标准传动特定功能
转矩/速度控制
起停控制
PID调节功能
保护及诊断功能
3.2.2 应用软件
该软件主要实现以下功能：
纸机速度给定：
* 斜率控制
* S曲线
停车模式：
* 正常停车
* 自由停车
* 驱动器故障
* 电源丢失
* 操作员“停车”按钮
纸机逻辑控制
远程输入/输出通讯
驱动器REMOTE I/O通讯
操作员终端通讯
纸机自动化控制接口
张力控制
诊断
分部控制软件
驱动器REMOTE I/O通讯
驱动器控制：
运行/停止
爬行
升速/降速
松弛（干部以后）
速度给定
速度/力矩
保护及诊断功能
3.2.3 专门用于传动控制的软件
纸机运行速度以底网驱网辊的速度为基准，其它各点自动同步跟随。传动系统重新启动时，若没有对速度、控制参数进行修改，传动系统将保持停车前的速度和控制参数。传动控制软件包括以下内容：
纸机主传动的速度控制
负荷分配的速度/转矩控制
带有纸幅张力的速度控制
作为速度链分枝的速差设定
纸幅张力控制
速差设定
负荷分配设定
纸机速度变化率的控制
從传动的转矩控制
3.2.4 控制精度
造纸控制的关键是控制纸张速度，防止断纸。直线加速度配合S型速度给定，消除了速度的阶跃变化。系统中的增益等设定，可按生产需要而作最优化调较：
速度调节器（带解析器反馈）：
Percent Speed Regulation=X100%
RPMACT=Actual speed
RPMSET=Set speed
Speed Regulation=0.001% of maximum speed over a 10：1 range （with 5 – 100% load change）.
Regulation is defined as a steady state value， typically measured 0.5 to 2 seconds after the disturbance （dependent on system gain and response）.
长期运行速度精度：
Long Term Deviation=X100%
RPMTI=Initial Speed
RPMTF=Final Speed
RPMRATED=Rated Speed
Long Term deviation=0.01% with the following conditions：
* during 24 hour period
* 20% load change
* ？10% voltage change
* ？1 hz
* ？10 oC
马达输出转矩特性：
Percent Torque Regulation=X 100%
TORQUEACT=Actual Torque
TORQUESET=Set Torque
TORQUERATED=Rated Torque
Torque Regulation=3.0% of motor maximum torque capability.
Applicable range 10 – 100% rated torque
张力控制精度：
Percent Tension Regulation=X100%
TENSIONACT=Actual Tension
TENSIONSET=Set Tension
TENSIONRATED=Rated Tension
Tension Regulation （Electrical accuracy）=3.0% of maximum tension.
Applicable range 10 – 100% of maximum tension
4 结束语
本文主要采用公共直流母线变频器及强大的控制系统来实现新型纸机传动控制系统的控制，达到节能、高效率、精度更高的优势，且可读性很高，故障诊断方便，已在业界广泛应用。
参考文献
[1] 《常用低压电器原理及其控制技术》机械工业出版社出版，2001.08
[2] 《PowerFlex700变频器用户手册》 Rockwell Automation ，2004.12
[3] 《变频调速应用实践》张燕宾 编著，机械工业出版社， 2001
[4] 《变频器应用手册》吴忠智 吴加林 编著，机械工业出版社， 2001
[5] 《电气传动的脉宽调制控制技术》吴守箴 臧英杰 编著，机械工业出版社，2000.
[6] 《调速用变频器及配套设备选用指南》吴忠智 黄立培 编著，机械工业出版社，2001.
[7] 《通用变频器及其应用》满永奎 韩安荣 吴成东 编著，机械工业出版社， 2001.
[8] 《可编程控制器原理及应用》路林吉 王坚 江龙康 编著，清华大学出版社，2002.