基于PCC可编程计算机控制...卷机电控系统程序设计与应用_祝建荣.pdf

摘要：针对复卷机电控系统的自动控制要求，介绍了基于新一代可编程计算机控制器（PCC）的复卷机电控系统程序设计和应用。运用PCC2005串行通信口RS-422通讯方式与SSD590全数字直流调速装置构成局域网络，实现了复卷机电气传动的网络控制。关键词：复卷机；PCC；RS-422通讯方式；网络控制；SSD590调速装置Abstract:In view of the automatic control requirements of the rewinder control system,this paper introduces the program design and application of the rewinder control system based on the new generation of programmable computer controller(PCC).And finally the network control of the electric drive of the rewinder is realized by using PCC2005 serial communication port RS-422 communication mode and SSD590 full digital DC speed control device.Key words:rewinder;PCC;RS-422 communication mode;network control;SSD590 speed control device基于PCC可编程计算机控制器的复卷机电控系统程序设计与应用 祝建荣（上海临港产业区经济发展有限公司，上海 201306)Program Design and Application of Winder Control System Based on PCC Programmable Computer Controller Zhu Jianrong(Shanghai Lingang Industrial Area Economic Development Co.,Ltd.,Shanghai 201306,China)中图分类号：TS736 文献标志码：A 文章编号：1007-9211(2023)01，02-0055-12祝建荣 先生工程师；研究方向：电气自动化。研究开发 R&D55Jan.,2023 Vol.44,No.1/2China Pulp&Paper Industry复卷机由退纸辊、导纸辊、纵切装置、卷取底辊等构成，各组成部分都有独立的电动机传动。将原纸卷吊装到退纸架上安装好后，合上离合器，从退纸辊上拉出的纸张，通过导纸辊、舒展辊到达纵切装置，几把纵切圆刀将纸分切成所需的宽度。为了对纸张产生适当的切割作用，纵切圆刀的旋转速度将比纸张的速度快约5%。然后纸通过张力辊、弧形板后，紧紧地包在后底辊上，卷绕到位于前底辊和后底辊之间的卷芯上，达到规定的复卷规格后即停下来，再换上新的卷芯重复上述过程。复卷机电控系统主要用于在复卷过程中维持纸的张力恒定，使纸卷的紧度内外均匀。为了提高纸卷质量，对于高速复卷机除了控制纸的张力恒定外，还要控制压纸辊的压力和前后底辊之间的转矩差。图1为复卷机运行示意图。1 电控系统某台2640 m m/1500 m/min复卷机电控系统有前底辊、后底辊、导纸辊、退纸辊共4个传动点，电动机采用他励直流电动机。表1为2640 m m/1500 m/min复卷机4个传动点的直流电机型号参数。前底辊、后底辊直流电机电枢电流额定值为188 A，选择180 A级别的三相再生式四象限SSD590全数字直流可逆调速装置。导纸辊直流电机电枢电流额定值为39 A，选择35 A级别的三相再生式四象限SSD590全数字直流可逆调速装置。前底辊、后底辊、导纸辊传动的运行、引纸、表1 2640 mm/1500 m/min复卷机4个传动点的直流电机型号参数序号1234电机型号Z4-200-21Z4-200-21Z4-132-2Z4-280-/31B传动点前底辊后底辊导纸辊退纸辊功率/kW75751565电枢电压/V440440440440电枢电流/A18818839163额定转速/r.min-1150015001500400/2000励磁电压/V180180180180磁场电流/A7.67.63.519.9磁场方式他励他励他励他励反馈形式编码器编码器编码器编码器点动采用调压调速控制方式和再生制动。退纸辊直流电机采用可弱磁电机，电机电枢电流额定值为163 A，选择180 A级别的三相再生式四象限SSD590全数字直流可逆调速装置。退纸辊传动在复卷机运行中产生的制动力用于保持纸幅张力，退纸辊的电机工作状态处于发电制动状态，制动电流的大小由所需张力、实际卷径、磁通大小决定。随着放纸辊原纸卷直径逐渐减小，退纸辊的电机转速n不断升高，产生的感应电动势E增大。当电机转速达到基速nN=400 r/min，额定感应电动势EN等于调速装置的弱磁信号临界点，退纸辊的电机进入弱磁升速状态。电机转速在基速nN以上时，EN始终保持基本恒定，而使励磁电流If下降，If下降到最小励磁电流Ifmin，电机达到最高转速nmax=2000 r/min。退纸辊传动在引纸过程中产生的电动力获得引纸速度及再生制动。底辊、退纸辊各传动点采用的SSD590调速装置电枢回路由整流逆变二组反并联三相全控晶闸管桥组成，励磁回路由一组单相半控晶闸管整流桥组成，采用电流控制方法控制励磁。底辊、退纸辊直流电机同轴安装的光电编码器型号：LE-60BM-C15F。复卷机电控系统第一级控制采用SSD590全数字直流可逆调速装置，其执行对直流电动机的速度、电流、张力等参数的控制；第二级控制采用B&R（贝加莱）公司推出的新一代可编程计算机控制器PCC2005，运用串行通讯口RS-422通讯方式同SSD590全数字直流调速装置之间构成局域网络控制。PCC发送给调速装置的控制信号主要有：底辊停止/准备、点动、引纸、停止控制信号；退纸辊停止/准备、引纸、停止控制信号；底辊和退纸辊快停、紧停、运行、停止控制信号。PCC接受各传动点的调速装置速度反馈信号作为零速检测信号以及故障反馈信号作为故障检测信号以及辅助控制信号。图1 复卷机运行示意图成品纸卷压纸辊前底辊后底辊弧形辊张力辊圆刀舒展辊导纸辊退纸辊研究开发R&D56第44卷第1期/第2期 2023年1月2 PCC硬件特点和配置PCC2005系列PCC是一种紧凑型产品，其结构是采用模块式，所有模块尺寸均相同，可灵活自由地通过组合插拔来扩展系统。具体配置：PS794（电源模块），IF260（CPU模块），IF671（通讯接口模块），DI476（数字量输入模块），DO479（数字量输出模块），A M050（模拟量输入/输出模块）以及BP152（底板模块）。3 PCC与SSD590全数字直流调速装置之间通讯3.1通讯模块图2为PCC与SSD590全数字直流调速装置之间通讯网络控制框图。通讯模块是由B&R公司提供的E590_DRV.br，其类型为自定义的E590_DRV结构变量。表2为E590_DRV结构变量。通讯模块每次运行时的操作数据为自定义的全局结构变量E590_DRV，然后根据该数据的具体内容向下面某站点（即某个传动点的SSD590全数字直流调速装置地址号）发送或接受一个数据。通讯模块E590_DRV.br：入口：结构变量E590_DRV出口：RS422串行口发送/接受一个数据图3为程序结构模块。3.2自行编写的应用程序模块应用程序模块是由用户根据复卷机前底辊、后底辊、导纸辊和退纸辊4个传动点的控制功能的要求自行编写，可以有多个程序模块组成。这里有4个自行编写的程序模块，分别为：（1）ini_e590.xpe通讯初始化程序模块：其主程序为空，只在其初始程序段对通讯所需的一些参数作必要的设置：E590_DRV.device=“SS1.IF2”；E590_DRV.baud=19200；E590_DRV.max_retry=2。（2）tran_new.xpe应用控制程序模块：其主要是根据系统应用的控制要求对通讯数据进行处理，然后生成结构变量E590_DRV，以供通讯模块正常发送和接受。其出口为结构变量E590_DRV。应用控制程序模块tran_new.xpe由两部分组成：应用控制部分和通讯数据控制部分。应用控制部分：E590_DRV.BR每次执行时，总是按照E590_DRV结构中的成员变量的值向下面的某站点发送或接受数据。控制程序执行到写的命令后，根据不同的操作信号确定相应的发送数据值发送到某站点的参数号中（即某个传动点的SSD590全数字直流调速装置地址号中的参数及数据值），并将发送的数据值由WORD转换为浮点数FLOAT。控制程序执行到读的命令后，把某站点参数号的速度反馈值、故障状态读的数据拷贝到结构中（即某个传动点的SSD590全数字直流调速装置地址号中的参数及读的数据），从而保存从E590_DRV数据结构中接受到的参数的数据值，并将读到的数据值由浮点数FLOAT转换为WORD，在应用控制程序中作为零速检测信号和故障检测信号。图2 PCC与SSD590全数字直流调速装置之间通讯网络控制框图#0前底辊RS422现场总线SSD590装置SSD590装置SSD590装置SSD590装置#1后底辊#2导纸辊#3退纸辊来自操作台去辅助操作PCC2005PS794电源模块IF260DI476DI476DI476 DO479 DO479 DO479 AM050输入模块输入模块输入模块输出模块输出模块输出模块输入输出模块模拟量IF1IF2IF3说明:IF260为CPU模块,IF671为通讯卡(IF1为RS232编程端口,IF2为RS422/485端口,IF3为CAN端口)图3 程序结构模块 应用程序通讯模块表2 E590_DRV结构变量数据类型LONGLONGBYTEBYTEBYTEBYTEBYTEFLOATWORDWORD变量.device.baud.max_retry.slave_adr.parameter.read.write.value.status.error_nr说明指定通讯端口，这里为“SS1.IF2”指定波特率，这里为“19200”指定重复发送次数，这里为“2”传动点（SSD590调速装置）的地址号，这里为“03”SSD590调速装置的PNO（参数号）读信号标志写信号标志读入/写出的值传输中的状态值故障信号研究开发 R&D57Jan.,2023 Vol.44,No.1/2China Pulp&Paper Industry数组名为Dr_list_#i，其中#,i=0,1,2,3。图4为通讯输入/输出数据的数据结构。其中，前5个为PCC写入传动点的数据，后5个为PCC从传动点读出的数据。每个数组变量的类型为tr a n s_data结构。trans_data结构是用户自定义的数据结构，定义如下：trans_data.paraPNO，该数据在传动装置内的参数号.WR读/写指令.value读入/写出的数据的值系统共有4个传动点。因此，有4个通讯数据数组：Dr_list_009.para；前底辊 .WR .valueDr_list_109.para；后底辊 .WR .valueDr_list_209.para；导纸辊 .WR .valueDr_list_309.para；退纸辊 .WR .value3.4通讯数据的控制程序将从通讯数据块内的第一个数据起顺序取出，送入E590_DRV结构变量。到数据块最后一个数据时，再从第一个开始重新取数据。控制过程是由两个全局变量来控制的：DrvNo：传动站点号，03IndexPtr：数据块指针，09通讯数据控制过程见图5。图5中，DrvNo是用来控制传动站点的，在03之间循环变化。而IndexPtr是用来控制某个传动站点的数据块的指针，在09之间循环变化。通讯数