1 引言
在紙機(jī)分布式傳動(dòng)中，由于各相鄰傳動(dòng)點(diǎn)之間的速度應(yīng)保持一定的比例，且在車速調(diào)整過程中，應(yīng)滿足只影響本級(jí)和本級(jí)以后的各傳動(dòng)點(diǎn)，而不影響前面各傳動(dòng)的速度，這樣每傳動(dòng)點(diǎn)在前一級(jí)的基礎(chǔ)上可以調(diào)整并把速度信號(hào)傳送給下一級(jí)形成一個(gè)鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，即為速度鏈。如何實(shí)現(xiàn)速度鏈?zhǔn)羌垯C(jī)傳動(dòng)中的一個(gè)關(guān)鍵性問題，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面的因素。
（1）精度，速度鏈一定要滿足紙機(jī)傳動(dòng)中的精度。
（2）穩(wěn)定性、速度鏈一定要穩(wěn)定、可靠、才能保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。
（3）操作方便、由于工廠中工人的文化程不一，因此一定要注意操作不能太復(fù)雜。
（4）性價(jià)比，一定要在滿足系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上盡量降低成本。
2 速度鏈的分類
一般來說速度鏈可分為兩類
（1）摸擬式速度鏈
這種速度鏈在分布式紙機(jī)直流傳動(dòng)中應(yīng)用較多。其車速度調(diào)整均為模擬量。優(yōu)點(diǎn)是：線路簡單成本低。缺點(diǎn)是：操作不便，調(diào)整車速時(shí)節(jié)不易掌握調(diào)整量的大小；易干擾，在車間里由于各種干擾源的存在，模擬量的傳送易受干擾，影響系統(tǒng)精度。
（2）數(shù)字式速度鏈
其根據(jù)操作又可分為按鍵式，觸摸屏式，根椐控制器又可分為速度鏈控制器式，電動(dòng)電位器、plc控制式，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)式，但無論是哪一種方式都具有操作方便、準(zhǔn)確、抗干擾力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。特別是通信技術(shù)的應(yīng)用，更是降低了線路的復(fù)雜，使得系統(tǒng)更靈活。
3 速度鏈設(shè)計(jì)要求
（1）精度
速度鏈要求有一定的精度，也就是設(shè)定運(yùn)行速度的給定精度。根據(jù)紙機(jī)傳動(dòng)控制要求和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，一般傳動(dòng)控制速度鏈精度應(yīng)在0.01～０.04%，與紙頁的伸縮率有關(guān)。
（２）速度鏈結(jié)構(gòu)
速度鏈結(jié)構(gòu)要求可以形成分支子鏈，紙機(jī)速度鏈結(jié)構(gòu)是以主鏈為主的多分支結(jié)構(gòu)。
4 模擬式速度鏈
4.1 模擬式速度鏈的原理
模擬式速度鏈的原理圖如圖1，圖１中rw1為速度總調(diào)電位器，ic1～icn為運(yùn)算放大器，要說明的是，此圖為考慮輸出信號(hào)的極性，在實(shí)際中應(yīng)加以考慮，rw2～rwn為各分布傳動(dòng)點(diǎn)的速度微調(diào)電位器，u01～u0n為速度給定信號(hào)接各傳動(dòng)點(diǎn)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
圖1 模擬式速度鏈的原理圖
4.2 速度的調(diào)整
當(dāng)系統(tǒng)需要改變車速時(shí)，調(diào)節(jié)電位器rw1，則ic1的輸出v01也隨之改變，同時(shí)v01又是ic2的輸入信號(hào)，v01改變則v02同時(shí)改變這樣一級(jí)一級(jí)的向后傳，調(diào)節(jié)rw1則v01～v0n均跟著改變，即改變了各傳動(dòng)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)器的給定信號(hào)，從而改變各傳動(dòng)點(diǎn)的速度。由于這種速度鏈易受干擾，如信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)，最好把v01～v0n轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)。
4.3 速差的實(shí)現(xiàn)
前面已經(jīng)分析速度的調(diào)節(jié)在紙機(jī)傳動(dòng)中，各相鄰兩傳動(dòng)點(diǎn)的速度之比并非為1∶1，因此對(duì)速度鏈要求不但能改變速度，而且要求能夠改變速差，在模擬式速度鏈中，是通過調(diào)節(jié)電位器rw2～rwn來調(diào)節(jié)速差的，也就是速度微調(diào)。以第二級(jí)來說ic2的放大倍數(shù)kp2=(r22+rw2)/r21如果r21=r22+rw2則kp2=1，v01=v02則此時(shí)第一級(jí)與第二級(jí)速度相等，調(diào)節(jié)電位器rw2，r21≠r22+rw2，則v01≠v02此時(shí)第一級(jí)與第級(jí)速度不等，即可實(shí)現(xiàn)速差控制。
由于模擬式速度鏈存在操作不便，易受干擾等缺陷，因此現(xiàn)在已基本上不使用了，只有在部分小型紙機(jī)中還在應(yīng)用。
5 數(shù)字式速度鏈
前面已講過數(shù)字式速度鏈有多種形式，下面將分別作以介紹。
5.1 電動(dòng)電位器型的速度鏈
該速度鏈的構(gòu)成如圖2所示：它主要利用交流驅(qū)動(dòng)裝置本身所具有的數(shù)字頻率輸入功能來解決速度級(jí)聯(lián)問題（如三菱變頻器的遙控功能、abb變頻器的電動(dòng)電位器功能）。圖2中只畫出了速度增加部分，速度減少部分與此完全相同。這種速度鏈的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)工作可靠，變頻器的頻率設(shè)定直接由數(shù)字信號(hào)設(shè)定，克服了模擬信號(hào)易受干擾的缺點(diǎn)。k01～k0n為ac24v的繼電器。也可以根據(jù)用戶的要求用plc來完成以提高系統(tǒng)的可靠性和簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
圖2 電動(dòng)電位器型速度鏈的構(gòu)成圖
5.2 全數(shù)字速度鏈控制器類型的速度鏈
全數(shù)字速度鏈控制器是單片計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，是利用單片機(jī)技術(shù)開發(fā)的多傳動(dòng)同步控制器。利用它們來完成紙機(jī)傳動(dòng)速度鏈控制。如圖3就是利用全數(shù)字速度鏈控制器級(jí)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)速度鏈。其優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)用于各種類型的變頻器，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化操作，并可以實(shí)現(xiàn)開閉環(huán)控制等。提高了系統(tǒng)的控制精度和系統(tǒng)的抗干擾能力。圖中只給出了壓光和卷取兩點(diǎn)的應(yīng)用。
圖3 全數(shù)字速度鏈控制器
6 基于plc、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)通訊控制的速度鏈
隨著計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)的發(fā)展，紙機(jī)傳動(dòng)控制過程中廣泛采用通訊控制方式，利用rs485總線或現(xiàn)場(chǎng)總線can總線、profibus-dp總線與變頻器通訊完成紙機(jī)傳動(dòng)控制。傳動(dòng)控制中心一般采用plc。速度鏈控制由plc內(nèi)部軟件來實(shí)現(xiàn)。軟件設(shè)計(jì)可以有多種方法。下面介紹一種設(shè)計(jì)方法說明plc速度鏈的軟件設(shè)計(jì)。
6.1 速度鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
速度鏈結(jié)構(gòu)采用二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，用于完成傳遞功能。首先對(duì)各傳動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字抽象，確定速度鏈中各傳動(dòng)點(diǎn)編號(hào)，此編號(hào)應(yīng)與變頻器內(nèi)部地址一致。然后根據(jù)二叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，確定各結(jié)點(diǎn)的上下、左或右編號(hào)。即任一傳動(dòng)點(diǎn)由3個(gè)數(shù)據(jù)（“父子兄”或“父子弟”）確定其在速度鏈中的位置，填位置寄存器數(shù)值。如圖4所示。
圖4 位置寄存器示意圖
該傳動(dòng)點(diǎn)速度給變頻器后，訪問位置寄存器，確定子寄存器結(jié)點(diǎn)號(hào)，若不為0，則對(duì)該經(jīng)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)處理，直到該鏈完全處理完；再查兄弟寄存器結(jié)點(diǎn)號(hào)，處理另一支鏈。故只須對(duì)位置寄存器初始化，即可構(gòu)成任意分支速度鏈。
6.2 算法設(shè)計(jì)
算法設(shè)計(jì)采用了調(diào)節(jié)變比的控制方法。如圖5所示，紙機(jī)第一分部點(diǎn)作為速度鏈中的主節(jié)點(diǎn)，即它的速度就是整個(gè)紙機(jī)的工作車速，則其速度調(diào)節(jié)就調(diào)節(jié)了整個(gè)紙機(jī)車速。在 plc內(nèi)，當(dāng)檢測(cè)到車速調(diào)節(jié)信號(hào)則改變車速單元值，1點(diǎn)處的速度就為第一臺(tái)變頻器的運(yùn)行速度設(shè)定值，將其送第一臺(tái)變頻器執(zhí)行，并送給第二臺(tái)計(jì)算。第一分部的速度值乘以第二分部的變比b1/a則為第二臺(tái)變頻器的運(yùn)行值。若第二分部速度不滿足運(yùn)行要求，說明第二分部變比不合適，可通過操作第二分部的加速、減速按鈕實(shí)現(xiàn)，plc檢測(cè)到按鈕信號(hào)后調(diào)節(jié)b1即調(diào)整了變比，使其適應(yīng)生產(chǎn)要求。相當(dāng)于在plc內(nèi)部有一個(gè)高精度的齒輪變速箱，可以任意無級(jí)調(diào)速。若正常生產(chǎn)中變比合適，某種原因需要用緊紙、松紙時(shí)，按下該分部緊紙、松紙按鈕，plc將對(duì)應(yīng)在速度鏈上附加一正或負(fù)的偏移量則實(shí)現(xiàn)緊紙、松紙功能。圖5中2點(diǎn)就包含了調(diào)速和緊紙、松紙等操作指令的速度值，將它送給第二臺(tái)變頻器執(zhí)行，同時(shí)送下一級(jí)計(jì)算。依此類推，構(gòu)成速度鏈控制系統(tǒng)。
這種速度鏈的設(shè)計(jì)不僅只是為實(shí)現(xiàn)紙機(jī)傳動(dòng)控制要求，而且為后續(xù)的計(jì)算機(jī)優(yōu)化控制提供了可能。在plc內(nèi)部有非常精確的傳動(dòng)變比，設(shè)計(jì)為精度為0.001%，通過設(shè)定參數(shù)可以做到更高。這樣有精確的傳動(dòng)變比上位計(jì)算機(jī)可以精確地記憶紙機(jī)傳動(dòng)過程參數(shù)，當(dāng)需要更換品種或車速時(shí)，上位計(jì)算機(jī)可以準(zhǔn)確地將紙機(jī)運(yùn)行參數(shù)傳入到plc，由plc執(zhí)行，將紙機(jī)調(diào)整到當(dāng)前工作狀態(tài)。
圖5 調(diào)節(jié)變比的控制圖
7 結(jié)束語
造紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)各個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)幾樣保持速度的一致性，又要有一定的速差。本文就造紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)的核心內(nèi)容之一的速度鏈的原理及設(shè)計(jì)，依據(jù)其發(fā)展的不同階段舉出幾個(gè)實(shí)例并給出分析，供本行業(yè)工程技術(shù)人員參考。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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