造紙機水針移動控制系統(tǒng)的設計

? 倪鋒 曹旭 (浙江華章科技有限公司，杭州 310000)

Design of trim squirt movement control system for paper machine

? NE Feng, CAO Xu(Zhejiang Huazhang Technology Co., Ltd., Hangzhou 310000, China)

摘 要：設計了一種造紙機水針移動的自動控制系統(tǒng)，包括水針架、P LC控制器、M C S、水針、行程開關(guān)。水針架上設有軸向移動的水針、行程開關(guān)，水針架一端設有與水泵連接的水管。實際應用證明，本系統(tǒng)對減少操作周期，減少引紙、斷紙?zhí)幚淼牟僮鲿r間，減少損紙、提升生產(chǎn)效率起到了積極有效的作用。

關(guān)鍵詞：水針;PLC;光電編碼器;行程開關(guān)

Abstract: An automatic control system for trim squirt movement of paper machines is designed in this paper, which includes trim squirt rack, PLC controller, MCS, trim squirt and position switch. The trim squirt rack is equipped with an axial moving trim squirt and position switches. One terminal of the trim squirt is connected with a water pipedriven by a pump. The actual test shows that the system has played a positive and effective role in reducing the operation cycle, reducing the operation time of paper threading and paper breaking, reducing the paper loss and improving the production efficiency.

Key words: trim squirt; PLC; encoder; position switch

中圖分類號：TS736+.3文獻標志碼：B

文章編號：1007-9211(2018)04-0070-02

目前，市場上常用的紙機引紙水針的操作和控制主要有兩種方法：(1)全手動搖輪操作的水針;(2)電機驅(qū)動的水針。全手動搖輪操作的水針由人工操作引紙、紙張全幅放寬，該方法對操作人員存在安全隱患;電機驅(qū)動的水針存在的缺點有：造紙機在引紙和斷紙時，受人工傳遞延后和操作人員操作反應速度快慢的影響;造紙機的幅寬受接近開關(guān)的限制，且接近開關(guān)調(diào)整位置過程繁瑣;造紙機水針頭受移動慣性和連接設備的影響而導致反應時間過長，引紙定位和全幅定位時，水針移動位置誤差大。

因此，設計一種造紙機水針移動的自動控制系統(tǒng)用以減少操作周期，減少引紙、斷紙?zhí)幚淼牟僮鲿r間， 減少損紙，提升生產(chǎn)效率，節(jié)約能耗是非常必要的。

1 水針移動控制系統(tǒng)功能分解

如圖1所示，造紙機水針移動控制系統(tǒng)，包括水針架、P LC控制器、MC S、水針、行程開關(guān)，水針架上設有軸向移動的水針、行程開關(guān)，水針架一端設有與水泵連接的水管，PLC控制器通過位置測量編碼器控制水針移動。M C S輔助P L C控制器控制水針移動，M C S將位置測量編碼器的數(shù)據(jù)實時反饋給PLC控制器，使得水針的移動速度、位置，始終處于預定的設置中。

水針上設有變頻器。通過改變變頻器上的頻率，改變水針的移動速度。M C S與水針架上的現(xiàn)場操作掛箱連接，M C S表面設置有顯示操作屏。顯示操作屏設置在現(xiàn)場操作掛箱上，方便人們輸入數(shù)據(jù)給MCS。

位置測量編碼器為光電編碼器。光電編碼器每轉(zhuǎn)都能夠發(fā)出4096 個脈沖信號。行程開關(guān)有兩個：水針架的左側(cè)有一個行程開關(guān)，右側(cè)有一個行程開關(guān)。行程開關(guān)因不與P L C控制器連接，提高了P L C控制器的壽命。

圖1 水針移動控制系統(tǒng)的組成

2 水針移動控制系統(tǒng)設計

水針穩(wěn)定運行的關(guān)鍵點在于不同的位置采取不同的速度策略。通過改變變頻器的輸出頻率，改變水針的移動速度。在確定水針位置的0 m m位置后，引紙的寬度設定為100 m m到4000 m m之間，這個范圍滿足所有紙機工藝所要求的引紙寬度范圍，并在M C S控制裝置上設定相應的值。以4000m m的紙張寬度為例，那么水針的4000 m m處的位置就是紙張的位置，也就是說生產(chǎn)出來的紙寬度就是4000 m m;水針的移動范圍設置為水針架上100mm至4000mm。為了快速響應和移動， 需要變頻器快速起步全速移動，接近引紙位置10 0 m m 處和全幅位置4000 m m處時要降速并準確到位;當水針移動的偏差在1000 m m以外時，水針頭是全速移動的，在偏差值10 00 m m以內(nèi)，對應偏差值的減小，變頻器的控制速度也相應減小。變頻器的額定速度頻率0～ 50H z，以P L C控制器設定值與位置編碼器反饋值為偏差值，偏差值從0～10 00 m m，來對應不同的變頻器的速度命令值。

從測試中得到一條偏差值和對應速度命令值 的曲線，如圖2 所示。建立一個近似的數(shù)學模型，來標明水針的移動位置和相應的速度改變值。把變頻器的速度命令設定值為V，V 的范圍為0 ～10 0 % ;把P L C控制器設定值與位置編碼器反饋值之間的偏差值設為x ，x 的范圍0～1000 m m，這個數(shù)學模型就是， V=5+0.022x+0.0000725x 。所有的PLC的控制系統(tǒng)都能實現(xiàn)控制，當位置偏差值超過1000m m時，水針全速移動。當位置偏差值小于1000mm時，水針頭自動降速， 偏差值越小，也就是越接近生產(chǎn)工藝要求的控制位置， 速度越小，如表1。

圖2 水針位置與命令速度曲線

表1 位置偏差與水針移動速度的關(guān)系

這樣，水針的移動是高速響應和順暢的運動，沒有速度的突變和分段控制帶來的位置誤差偏大的現(xiàn)象，可有效避免造紙機水針移動的自動控制裝置受到傷害。

3 結(jié)束語

本文設計了一種造紙機水針移動的控制系統(tǒng)。P L C控制器通過位置測量編碼器控制水針移動速度， M C S通過位置測量編碼器減少了水針移動的位置誤差，可以提高紙機的操作自動化水平