交流复卷机退卷张力控制系统的研究

发布时间：2017-08-24 11:08

  本文关键词：交流复卷机退卷张力控制系统的研究

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【摘要】：复卷过程是抄纸工艺中最后一道工序,纸幅退卷张力作为复卷过程中最主要的被控量,是影响成品纸卷形态的重要因素,对纸幅退卷张力控制的好坏直接决定着成品纸卷的质量指标。在造纸行业中,交流传动取代直流传动已成为发展的趋势。相比直流传动,采用交流传动下的退卷张力控制系统有着更明显的优势。本文以退卷张力为研究对象,针对退卷张力控制系统中存在的多扰动与非线性问题,提出一套完整的控制方案并研究了张力控制的模糊PID算法并对其进行仿真；对系统主电路硬件结构进行了设计以解决交流传动下系统产生的回馈能量处理问题；最后以宁夏某纸厂复卷项目为例完成对退卷张力控制系统的研究与设计,主要工作可总结为以下四个方面：(1)提出张力控制要求,总结常见实现方案。通过对复卷工艺流程的介绍,分析得出对成品纸卷质量的主要影响因素为纸幅退卷张力,总结了纸幅退卷张力的控制要求。分析了两种常用的张力控制实现方法,包括基于直流调速装置和基于T400工艺板下的张力控制实现。(2)提出了退卷张力控制方案。根据复卷过程纸幅受力特点,对退纸辊退卷张力建立模型并对其仿真,通过对模型的分析得到了张力的具体表达式,结合退纸辊运行特点得到退卷张力的间接控制方案。采取张力检测装置组成闭环控制系统,得到退卷张力的直接控制方案。综合分析两种控制方案的优缺点,系统采取两者相结合的复合张力控制作为控制方案,兼具二者的优点。(3)研究了张力控制算法并对其进行了仿真。针对传统张力控制中采用的常规PID算法在面对因环境扰动及工序改变而导致系统参数变化时,无法更改控制器参数而导致控制效果差的问题,提出了将常规PID与模糊控制相结合的模糊PID控制算法,研究了基于该算法下的张力控制器并对其进行仿真。仿真结果表明所提算法能够调节PID参数以达到更好的控制效果,优于传统的PID控制算法。(4)对退卷张力控制系统硬件与软件部分进行了设计。正常复卷过程中退纸辊电机工作于制动发电状态,在复卷机降速或需要急停过程中,前、后底辊和退纸辊均工作于发电制动状态,针对系统产生的回馈能量处理问题,在对系统能量进行分析的基础上,对控制系统主电路硬件结构进行设计,构建了公共直流母线的供电方式,使能量能够反馈回电网。以宁夏某造纸厂原始数据及技术协议为例对退卷张力控制系统进行了硬件设计。根据原始数据计算得到所需的电机参数值,完成对电机的选型,选择西门子6SE70逆变器作为退纸辊电机的驱动单元,采用PROFIBUS-DP总线作为通讯方式,以可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller, PLC)作为硬件核心,采用操作屏进行数据给定及过程值显示以实现人机交互。总结PLC应完成的编程控制任务,得到张力控制的主要流程,采用STEP7完成退卷张力控制并给出了部分程序。使用WinCC flexible软件对操作屏上监控画面进行了编辑并完成操作屏与PLC的组态。
【关键词】：交流复卷机 退卷张力 模糊PID 公共直流母线
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TS73;TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外发展状况12-14
• 1.3 本文主要工作及章节安排14-15
• 2 退卷张力控制要求及常用实现方法15-21
• 2.1 复卷工艺分析15-16
• 2.1.1 复卷机结构及工艺流程15-16
• 2.1.2 退卷张力对成品纸卷的质量影响16
• 2.2 退卷张力控制要求16-17
• 2.3 张力控制实现方式17-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 退卷张力控制方案21-37
• 3.1 放卷模型分析21-22
• 3.2 退卷张力建模与仿真22-24
• 3.3 控制方案设计24-29
• 3.3.1 间接张力控制25-27
• 3.3.2 直接张力控制27-29
• 3.4 张力控制器设计29-36
• 3.4.1 PID控制算法29-30
• 3.4.2 模糊控制器结构30
• 3.4.3 隶属函数及模糊子集的建立30-31
• 3.4.4 模糊控制规则31-33
• 3.4.5 模糊PID控制器的建模与仿真33-36
• 3.5 本章小结36-37
• 4 系统硬件设计37-53
• 4.1 交流传动方案37-38
• 4.2 变频调速38-39
• 4.2.1 基频以下调速39
• 4.2.2 基频以上调速39
• 4.3 控制系统硬件结构设计39-45
• 4.3.1 系统能量流向分析39-42
• 4.3.2 基于公共直流母线的结构设计42-45
• 4.4 硬件选型及其在退卷张力控制中的应用45-52
• 4.4.1 原始数据及技术协议45
• 4.4.2 退纸辊电机选型45-47
• 4.4.3 逆变器选型及其应用47-49
• 4.4.4 PLC选型及外部接线49-50
• 4.4.5 控制系统构建50-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 系统软件设计53-65
• 5.1 张力控制任务53-54
• 5.2 张力控制程序设计54-61
• 5.2.1 张力的给定54-55
• 5.2.2 间接张力程序实现55-58
• 5.2.3 直接张力程序实现58-61
• 5.3 张力监控画面设计61-64
• 5.4 本章小结64-65
• 6 总结与展望65-68
• 6.1 全文工作总结65-66
• 6.2 未来工作展望66-68
• 致谢68-70
• 参考文献70-74
• 攻读学位期间所发表的学术论文目录及申报专利74-76

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本文编号：730950