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西门子SIMIC控制系统在造纸生产线中的应用冲击试验机

生产线
2022年09月15日

西门子SIMIC控制系统在造纸生产线中的应用

西门子SIMIC控制系统在造纸生产线中的应用 2011： 1 项目简介

福建贵格纸业公司位于福建泉州南安市，是一个新成立的纸业公司，2400/150白板纸生产线是其投资建立的第一条生产线，从生产能力和装备水平上看，该板纸生产线在福建省同类设备中属一流水平，在全国范围内的国产设备中也屈指可数。机械设备由湖北沙市轻工机械股份有限公司制造。

作为西门子公司的OEM伙伴，沙市科特电气成套有限公司一直致力于西门子工控产品在造纸行业的开发和应用。我们以西门子产品集成的控制系统方案参与竞争，凭借西门子产品的良好信誉以及科特公司在造纸行业的良好业绩，在西门子公司的大力支持下一举中标，承接了该生产线的控制系统及电气传动。

2 系统介绍

（1）该板纸生产线主机由网部（四叠网加顶网）、压榨部（复合K压加大辊压榨）、烘干部、涂布部、整饰部、完成部等几道工序构成，完成从纸浆到高质量成品板纸的全过程。机器全长150米左右，主要控制对象是生产线的38个主传动点（变频传动），以及纸机、涂布机的辅助控制（包括液压、气动控制）。

（2）根据该生产线的工艺要求，我公司推出了以PROFIBUS－DP通讯为核心的西门子变频传动及控制系统，主站采用S7－300系列的CPU315－ZDP，工程型变频器MASTER DRIV－ER通过CBP通讯板连接到DP总线，现场操作及信号的采集通过ET200M远程I/O来实现，并通过IM153连接到DP总线。系统共配备了38个CBP从站和12个ETh00M从站，模拟输入/输出、开关量输入/输出约500点。

3 控制系统构成

根据用户的要求，我们本着技术先进、安全可靠、操作方便、功能强大、可扩展的原则，将该系统设计成集监控、控制、驱动于一体的三级自动化控制系统结构。

3．1 监控层：pC机加载 STEP7和 WinCC，通过 MPI卡连接到 CPU的 MPI通讯口。

（1）通过STEP7V5.0进行硬件组态，通讯设置以及程序的编制、测试、在线监控。

（2）通过WinCC对整个控制系统进行监控和管理：

a、整个生产线的动画显示；

b、系统操作：执行机构的操作，工艺参数设定；

C、显示棒图；

d、显示趋势图；

e、报警功能；

f、打印功能；

g、配方管理；

h、联机帮助。

3．2 控制层

CPU315－2DP完成整个系统的协调控制，其集成的DP通讯口通过专用电缆连接到所有的DP从站站点，PROFIBUS－DP现场总线贯穿整个控制室和生产线，使系统成为一个有机的整体。

3．3 驱动层

（1）变频器：驱动38台主传动电机，各传动点采用编码器反馈，速度闭环控制；

（2）MCC控制柜：完成所有辅助传动电机的控制；

（3）电磁阀、比例阀等，用于控制各执行机构的动作以及各类过程变量，如温度、流量。

4 控制系统完成的功能

4．1 逻辑控制

常规的开关量I/o控制。

4．2 速度与力矩的协调控制

（1）造纸生产线的传动系统对速度控制的要求较高，一方面要求各传动点有较高的稳速精度，另一方面各传动点之间需根据工艺要求保证一定的速差，为此，我们在PLC程序中通过16位数字设定保证其设定值精度，再经过精确的驱动器动态性能调整来满足稳速精度要求；另外，在程序中设计了精确的速度链功能，采用比例相乘的方式，速度链可根据功艺要求在程序中任意串连或并连，比例值断电记忆，操作工可根据需要精确调节速差。

（2）该生产线的另一特点就是传动点工作方式多样化，有的工作在速度方式，有的工作在力矩方式，有的工作在电流方式，所有这些工作方式的转换及控制均通过PLC程序完成。

4．3 过程量控制

主要是模拟量I/O控制，如温度、压力、流量等。

4．4 整机协调和联锁控制

造纸生产线是一个有机的整体，除主机外还有大量的外围设备，如制浆、锅炉、真空吸水系统、涂料制备、液压、压缩空气系统等，各工序、各控制设备之间相互关连、相互影响，控制系统通过ET200将现场的检测信号、联锁信号实时采集，经总线送至CPU，经程序处理，输出结果再从总线回送到现场各执行器，完成整个系统的协调和联锁控制。

4．5 上位机监控

造纸机在生产中需要经常变换产品品种，变换一次品种即意味着一次全面的工艺参数调整，这一过程往往要花费几个小时，为了解决这一问题，在上位机中除配置常规的监控功能外，我们还根据造纸生产线的特点，设计了特殊的配方功能，即纸机在一种生产状态下（一定的车速、一定的纸种等）正常运行时，将主要工艺参数、设定值全部记录并存贮起来，下次需要生产这一纸种时，将这些参数和设定值一次发送到控制系统，这样可以使纸机从一种工作状态直接切换到另一种工作状态，大量降低消耗，提高生产效率。

5 应用体会

（1）在调试的前期，下载硬件组态时，出现无法下载的现象，后来在西门子有关专家指导下，通过改善系统接地解决了这一问题，使我们认识到了电气控制