造紙機(jī)水針移動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，市場(chǎng)上常用的紙機(jī)引紙水針的操作和控制主要有兩種方法：⑴全手動(dòng)搖輪操作的水針；⑵電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水針。全手動(dòng)搖輪操作的水針由人工操作引紙、紙張全幅放寬，該方法對(duì)操作人員存在安全隱患；電機(jī)驅(qū)動(dòng)的水針存在的缺點(diǎn)有：造紙機(jī)在引紙和斷紙時(shí)，受人工傳遞延后和操作人員操作反應(yīng)速度快慢的影響；造紙機(jī)的幅寬受接近開關(guān)的限制，且接近開關(guān)調(diào)整位置過(guò)程繁瑣；造紙機(jī)水針頭受移動(dòng)慣性和連接設(shè)備的影響而導(dǎo)致反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，引紙定位和全幅定位時(shí)，水針移動(dòng)位置誤差大。

因此，設(shè)計(jì)一種造紙機(jī)水針移動(dòng)的自動(dòng)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(shí)間，減少損紙，提升生產(chǎn)效率，節(jié)約能耗是非常重必要的。

造紙機(jī)特別是高速紙機(jī)或特種紙機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程中，在引紙和斷紙?zhí)幚頃r(shí)，存在損紙多、紙機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷大、引紙和斷紙?zhí)幚頃r(shí)間長(zhǎng)等。為了克服這些缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種造紙機(jī)水針移動(dòng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

造紙機(jī)水針移動(dòng)控制系統(tǒng)的組成

造紙機(jī)水針移動(dòng)控制系統(tǒng)，包括水針架、PLC控制器、MCS、水針、行程開關(guān)，水針架上設(shè)有軸向移動(dòng)的水針、行程開關(guān)，水針架一端設(shè)有與水泵連接的水管，PLC控制器通過(guò)位置測(cè)量編碼器控制水針移動(dòng)。MCS輔助PLC控制器控制水針移動(dòng)，MCS將位置測(cè)量編碼器的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋給PLC控制器，使得水針的移動(dòng)速度、位置，始終處于預(yù)設(shè)的設(shè)置中。

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

位置測(cè)量編碼器為光電編碼器。光電編碼器每轉(zhuǎn)都?jí)虬l(fā)出4096個(gè)脈沖信號(hào)。  行程開關(guān)有兩個(gè)：水針架的左側(cè)有一個(gè)行程開關(guān)，右側(cè)有一個(gè)行程開關(guān)。行程開關(guān)因不與PLC控制器連接，提高了PLC控制器的壽命。

水針移動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水針?lè)�(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)在于不同的位置采取不同的速度策略。通過(guò)改變變頻器的輸出頻率，改變水針的移動(dòng)速度。在確定水針位置的0mm位置后，引紙的寬度設(shè)定為100mm到4000mm之間，這個(gè)范圍滿足所有紙機(jī)工藝所要求的引紙寬度范圍，并在MCS控制裝置上設(shè)定相應(yīng)的值。以4000mm的紙張寬度為例，那么水針的4000mm處的位置就是紙張的位置，也就是說(shuō)生產(chǎn)出來(lái)的紙寬度就是4000mm；水針的移動(dòng)范圍設(shè)置為水針架上100mm至4000mm。為了快速響應(yīng)和移動(dòng)，需要變頻器快速起步全速移動(dòng)，接近引紙位置100mm處和全幅位置4000mm處時(shí)要降速并準(zhǔn)確到位；當(dāng)水針移動(dòng)的偏差在1000mm以外時(shí)，水針頭是全速移動(dòng)的，在偏差值1000mm以內(nèi)，對(duì)應(yīng)偏差值的減小，變頻器的控制速度也相應(yīng)減小。變頻器的額定速度頻率0-50Hz，以PLC控制器設(shè)定值與位置編碼器反饋值為偏差值，偏差值從0-1000mm，來(lái)對(duì)應(yīng)不同的變頻器的速度命令值。

圖 水針位置與命令速度曲線

從測(cè)試中得到一條偏差值和對(duì)應(yīng)速度命令值的曲線，如圖2所示。建立一個(gè)近似的數(shù)學(xué)模型，來(lái)標(biāo)明水針的移動(dòng)位置和相應(yīng)的速度改變值。把變頻器的速度命令設(shè)定值為V，V的范圍為0-100%；把PLC控制器設(shè)定值與位置編碼器反饋值之間的偏差值設(shè)為x，x的范圍0-1000mm，這個(gè)數(shù)學(xué)模型就是，V=5+0.022x+0.0000725x。所有的PLC的控制系統(tǒng)都能實(shí)現(xiàn)控制，當(dāng)位置偏差值超過(guò)1000mm時(shí)，水針全速移動(dòng)。當(dāng)位置偏差值小于1000mm時(shí)，水針頭自動(dòng)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。

PLC控制器通過(guò)位置測(cè)量編碼器控制水針移動(dòng)速度，MCS通過(guò)位置測(cè)量編碼器減少了水針移動(dòng)的位置誤差，可以提高紙機(jī)的操作自動(dòng)化水平。

責(zé)任編輯：葛鴻燕

校對(duì)：葛鴻燕