САУ машины по производству слюдяной бумаги на базе ПЛК Omron NJ101‐9000

18.06.2018

Основными задачами реконструкции являлось:

• Переход от ранее использовавшегося электропривода постоянного тока с распределённым передаточным механизмом (один приводной двигатель с распределённой механической передачей), на распределённую систему электроприводов, синхронизированных между собой;
• замена конструкции узла наката;
• введение системы раздельного регулирования натяжения бумаги в сушильной зоне и на накате;
• построение системы управления на современной элементной базе;
• расширение функций диагностики технологического процесса и состояния узлов машины;
• обеспечение возможности подключения машины к системе управления верхнего уровня.

Целью реконструкции являлось:

• Увеличение рабочей скорости машины с 6,0 до 12,0 м/мин;
• стабилизация натяжения бумаги в мокрой зоне;
• увеличение точности качества и диапазона регулирования натяжения бумаги на накате;
• расширение номенклатуры продукции, производимой на данной машины;
• увеличение длины (диаметра) рулонов за счёт введения функции зависимости натяжения от текущего диаметра рулона;
• сокращение времени смены рулона и, как следствие, снижение количества отходов, образующихся при смене рулона.

Рисунок 1. Структурная схема системы управления.

Система управления выполнена на базе ПЛК Omron NJ101‐9000. Для сбора данных используется система распределённого ввода/вывода Omron NX. Системной шиной для модулей ввода/вывода является промышленная сеть EtherCAT. В качестве преобразователей для управления электродвигателями

используются преобразователя частоты (ПЧ) Control Techniques. Для регулируемых электроприводов применяются ПЧ Unidrive SP. Для нерегулируемых приводов применяются ПЧ Unidrive M200.Привод вакуумного насоса реализован на преобразователе частоты Omron RX. Для связи между головным ПЛК и ПЧ используется сеть Profibus. Мастером сети Profibus является модуль Omron CJ1W‐PRM21, установленный в корзину ПЛК NJ101.

Система распределённого ввода/вывода Omron NX‐IO позволяет расположить модули сбора информации таким образом, чтобы снизить длину сигнальных кабелей, что весьма актуально для сигналов, восприимчивых к внешним помехам, таких, как аналоговые сигналы и сигналы с энкодеров. Кроме того, применение системы NX‐IO позволило снизить общую стоимость ПЛК, по сравнению с использованием модулей, устанавливаемых непосредственно на ЦПУ.

Пульт оператора находится на накате машины. Для визуализации информации и реализации функций оперативного управления машиной используется панель оператора Omron NA5 12”. Панель оператора связывается с головным ПЛК по протоколу Ethernet/IP.

Рисунок 2. Функциональная структура машины.

На формовочный стол подается пульпа из общей цеховой системы подготовки. На формовочном столе производится откачка жидкости при помощи вакуумной системы. Для создания вакуума используется вакуумный насос, управляемый от ПЧ Omron RX мощностью 55 кВт.

Управление ПЧ Omron RX осуществляется по протоколу Modbus RTU. Для этого ПЧ вакуумного насоса связан по интерфейсу RS485 с модулем NX‐CIF105, который находится в корзине системы распределённого ввода/вывода NX‐IO. С формовочного стола мокрая бумага подаётся на сушильный стол. Сушильный стол проходит через сушильную камеру, в которой производится сушка бумаги при температуре 90–130 ^oС. Температура в сушильной камере регулируется автономно, при помощи температурных регуляторов ОВЕН ТРМ101.

В качестве теплоносителя используется водяной пар. Измерение температуры производится в восьми точках сушильной камеры. Для регулирования температуры используется восемь паровых клапанов, каждый из которых управляется индивидуальным терморегулятором. Терморегуляторы расположены на главном шкафу. Для организации оперативного контроля за системой регулирования температуры в сушильной камере, информация с регуляторов температуры собирается в головной ПЛК. Для этого используется модуль NX‐CIF105, на базе которого реализован протокол ОВЕН для сбора данных с терморегуляторов. Интерфейс системы управления позволяет устанавливать допустимые отклонения температуры индивидуально в каждой точке регулирования и выдавать сообщения на панель оператора Omron NA5, а также в единую систему сигнализации.

Для организации оперативного мониторинга состояния системы по месту используются цифровые индикаторы ОВЕН СМИ‐2. Информация на индикаторы ОВЕН также выводится по протоколу Modbus RTU через модуль NX‐CIF105.

Для создания требуемого распределения температуры вдоль сушильной камеры используется дутьевой вентилятор и два вытяжных вентилятора. Скорость всех трёх вентиляторов задается оператором с органов управления на главном шкафу, а также с панели оператора Omron NA5.

На выходе из сушильной зоны находится узел обрезки кромок бумажного полотна. Пройдя несколько дополнительных служебных узлов, бумага подаётся на главный тянущий узел. Одной из важных задач главного тянущего узла является разделение бумаги с точки зрения регулирования натяжения на зону «до тянущего узла» (формовочный и сушильный столы) и зону «после тянущего узла» (накат). Главный тянущий узел должен обеспечить низкое натяжение бумаги «до себя», чтобы исключить разрывы бумаги в мокрой части.

«После себя» главный тянущий узел должен обеспечить возможность создания высокого натяжения бумаги, для того, чтобы обеспечить высокую плотность намотки рулона готового продукта. Для регулирования натяжения как до тянущего вала, так и после него, используются танцующие валы. Положение танцующих валов измеряется при помощи абсолютных энкодеров, сигнал с которых заводится в модуль Omron NX-ECS212. К точности поддержания натяжения до тянущего вала высоких требований не предъявляется — основным требованием является стабильность протяжки бумаги и исключение разрывов бумаги в мокрой части. Поддержание заданного положения танцвала до тянущего вала осуществляется посредством привода самого тянущего вала.

После главного тянущего вала через промежуточный тянущий вал бумага подаётся на намотчик. Намотчик построен по принципу осевого наката. Регулирование натяжения на намотке осуществляется также при помощи танцующего вала. Однако, здесь уже предъявляются существенные требования по качеству поддержания натяжения, а также требование задавать и изменять натяжение в зависимости от текущего диаметра рулона. Для обеспечения этих требований применяется система непосредственного измерения натяжения на базе тензовала, и система коррекции натяжения по показаниям тензовала.

Дополнительный тянущий вал предназначен для удержания бумажного полотна в процессе смены рулона. При смене рулона дополнительный прижимной вал прижимает бумагу к дополнительному тянущему валу. Дополнительный тянущий вал также является регулируемым. Это позволяет удержать танцвал в процессе смены рулона в неизменном положении, и сохранить натяжение бумаги на требуемом уровне.

Система регулирования натяжения на намотке реализует также все специальные функции, требуемые для удобства заправки материала, смены рулона, идентификации обрыва полотна, намотки по заданной длине материала, вычисления времени, оставшегося до окончания намотки, и проч.