基于PLC的造紙機控制系統設計分析

【摘 要】PLC即Programmable Logic Controller的縮寫，指的是可編程邏輯的控制器。PLC在應用的時候具有編程簡單、使用方便、性價比高、功能強以及可靠性和抗干擾的能力強等特點。因此，目前PLC已經成功應用于各種控制器中。本文首先對PLC進行了分析，然后基于PLC的基礎上，對造紙機的控制系統進行了設計。

【關鍵詞】PLC；造紙機；控制系統；設計

當前，伴隨著PLC與變頻器價格的下降，在造紙機的控制系統中，通過應用PLC和變頻器對造紙機的控制系統進行設計，能夠有效的提高造紙機工作的穩定性，提高造紙機產量，同時還可以達到降低成本的目的。變頻器相信人們已經非常熟悉，但是什么是PLC呢，下面就讓筆者首先分析一下PLC。

1 PLC簡介

PLC指的是可編程邏輯的控制器，它一般采用的是能夠編程的存儲器，多用于進行儲存內部的程序，能夠執行順序控制、計數、邏輯運算以及算術操作等，面向用戶的指令。這種控制器能夠通過模擬或數字式的輸出、輸入，進而達到控制各種生產過程或各種機械的目的。一般來說，PLC主要包括電源、中央處理單元、存儲器以及輸入和輸出的接口電路等。隨著PLC性能的不斷完善，在應用的過程中，PLC具有以下幾個鮮明的特點。

首先，PLC具有編程簡單，使用方便的特點。PLC采用的是比較簡明的邏輯圖、語句表以及梯形圖等來編程語言，而不是使用復雜的計算機知識，所以，在編程的時候非常的簡單。而且PLC實現了在線修改程序，大大的方便了控制系統。

其次，PLC具有性價比高、功能強的特點。PLC內有無數個方便用戶用的編程元件，能夠進行非常復雜的控制工作，與其他的控制器相比較，性價比更高，功能更加的強大，可以通過互聯網實現分散控制和集中管理。

再次，PLC的抗干擾能力非常的強，具有較高的可靠性。PLC進行了一系列的軟件和硬件抗干擾的措施，因此，在抗干擾的能力方面非常的強。一般來說，PLC的平均年無故障時間高達數萬小時，具有較高的可靠性。

此外，PLC還具有使用方便，適應性強，硬件配套齊全，維修方便等特點。

2 基于PLC的造紙機控制系統的設計

本文主要是在1092型單杠單網的毛布造紙機的基礎上，對這種造紙機的控制系統進行的設計。這種造紙機在正常運行時對于控制系統的要求主要有：造紙機的轉動系統應當具備一定的快速動態響應和穩速精度；在爬行速度方面多以可調的15～30m/min的爬行速度為主，工作的速度具備均勻、較寬的調節范圍；部分部件應當具備顯示、微降、微升的功能等。基于PLC，對造紙機的控制系統進行設計，應當包括兩個方面的設計，即硬件設計和軟件設計兩個方面。

首先，在造紙機的控制系統的硬件選擇和設計方面。造紙機控制系統的硬件主要由系統的響應時間、控制精度、可靠性和性價比所決定的。我們設計的控制系統主要是交流變頻轉動的三級控制的方式。控制系統的第一級是驅動級，主要采用了西門子生產的6SE6440-2UD315DB1變頻器。控制系統的第二級是PLC的控制系統，PLC是三凌機電生產的型號為FX2N-26MR-2AD-2DA的PLC。控制系統的第三級是上位操作系統，使用的是三菱生產的F940GOT-LWD-E觸摸屏，在該屏上可以實現增加速度、降低速度，啟動和停止等操作，而且還可以顯示造紙機的控制系統的運行情況。造紙機控制系統的硬件結構圖，見圖1。

該系統選用的的PLC帶有2路12位的ADC、26路I/O、2路12位的DAC、以及RS232C的通信接口一體化的、小型的可編程的控制器。這款PLC是我國自主研發的性價比和可靠性非常的高，抗干擾的能力也非常的強的PLC。而且，該PLC在編程軟件上能夠兼容三菱的FXGP_WIN-C梯形圖軟件，寄存的程序容量可以達到8000步。造紙機在造紙的過程中，非常重要的一個環節便是紙張的干燥。解決這一問題的關鍵便是有效的控制造紙機的烘缸供氣系統，讓烘缸內的溫度，遵循一定的變化曲線。為了有效的對烘缸表面的溫度進行測量，選用了慈溪市智能儀器公司的WRNM-201R直柄式滾筒式的表面熱電偶。這種熱電偶的分辨率是1℃，量程是0～300℃，誤差范圍在±1%FS。

其次，在造紙機的控制系統的軟件設計上。PLC基礎上的控制程序，在設計的時候，采用了模塊化的結構，系統的功能通過子程序，實時的進行調用。一般來說，子程序采用了循環掃描的方式，來處理溫度數據和控制按鍵等，以此來提高整個程序的效率。子程序在通用性的要求上比較高，而且還應當具備一定的智能性和保護功能。

基于PLC的控制系統在程序的設計上，主要利用了PLC具備的PID的控制算法。PLC本身便形成了PID的控制算法的軟件模塊。烘缸一般是大慣性、大滯后環節的控制目標，當系統存在著非常大的干擾或其設定的值有大幅度的升降的時候，在積分項的作用下，由于偏差非常的大，就會出現長時間的震蕩或較大的超調。本系統主要采用的是積分分離的位置式的PID算法，和Bang2Bang控制結合的辦法。當存在著較大的偏差的時候，積分的作用便取消了，當偏差比較小的時候，才可以加入積分。程序設計的過程中，將數值分成四個部分來考慮，具體見圖2。

在該控制系統中，當溫度低于下限的時候，數值便可以滿量程輸出，也就是說在當前的周期里，閥門可以開到最大。當溫度高于高限的時候，數值便零輸出，也就是說在當前的周期里，閥門應當開到最小。當溫度在底限和高限之間的時候，便自動進入PID的軟件模塊，為了防止超調過大，會首先執行PD控制的算法，如果誤差比閥值小，然后再執行PID的控制算法。PID的運算結果決定著輸出的數值，進而決定著閥門開度。

基于PLC的造紙機的控制系統，在進行系統調試的時候，主要采用的是現場軟件調試的方法。首先，驗證PLC動作和觸摸屏是不是正常。當啟動控制系統的時候，在觸摸屏上進行加速與減速按鈕的操作，看變頻器是不是按照要求來發出動作指令，其動作的速度是不是顯示為正常。然后，驗證烘缸溫度的控制，啟動造紙機以后，觸摸屏上能夠顯示烘缸當前的溫度，當啟動PID程序以后，觀察溫度能不能快速而準確的保持在一個設定值內。

3 結語

綜上所述，本文首先介紹了PLC，然后分析了基于PLC，造紙機的控制系統的設計及其系統調試等問題。通過對造紙機控制系統的設計和調試，大大的提高了造紙機的自動化程度，而且造紙機的產量也明顯的提高了，在節能方面，效果也非常的明顯。同時，該控制系統也顯著的降低了造紙機的維修次數，有效的節約了成本，值得在造紙機改造中廣泛應用。

【參考文獻】

[1]楊春慧，羅曉曙，陳赤，喻偉闖.基于PLC的造紙機控制系統設計[J].電子技術，2013（12）.

[2]陳景文，王紅艷，吳彥銳.基于AB變頻器的造紙機電氣控制系統的設計[J].造紙科學與技術，2011（05）.

[3]謝仕宏，姜麗波，劉國棟.模糊自適應PID控制算法在紙機烘缸蒸汽系統中的應用[J].化工自動化及儀表，2013（01）.

[4]易蕓蕓，楊公源.基于PLC的立體倉庫控制系統設計[J].國內外機電一體化技術，2012（S4）.

[5]張占波，尹勇軍，劉煥彬，等.造紙機氣罩運行優化控制系統設計與開發[J].紙和造紙，2013（05）.

[6]王子文.用PLC和變頻器實現造紙機同步傳動控制的控制模型[J].巴音郭楞職業技術學院學報，2011（02）.

[責任編輯：湯靜]