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本文首先对造纸行业的现状与工艺流程做了一个总体介绍,简单描述了造纸机、切纸机和复卷机三种主要的造纸机械的功能,提出了课题研究的主要内容和研究意义。然后本文详细介绍了复卷机的机械结构特点、工艺要求和复卷机的基础技术。针对张力、压力和扭矩这三种影响因素采取了纸幅张力控制、压区压力控制和前后底辊转矩分配控制三方面的控制措施。在对复卷机的构造和复卷工艺有一定的理解基础之上,本文构造出复卷机的放纸辊、压纸辊和前后底辊的数学模型,并进行受力分析。在传统复卷机控制算法的基础之上进行了优化控制:通过曲线拟合方法得到了优化的压纸辊压力曲线,为了适应不同纸种定量、径向密度等因素,又建立了压力曲线数据库,并通过MATLAB进行了仿真;通过模糊控制算法对放卷辊进行控制,不需要知道放卷辊的准确数学模型就能够实现恒张力控制;对前后底辊转矩分配算法进行了改进,避免了转矩调整时造成的车速和纸幅张力的波动。在对复卷机进行了理论研究之后,本文提出了复卷机监控系统的总体方案。系统通过西门子工业以太网将S7-300 PLC、上位机监控系统和工程局域网连接成一个网络,构成过程管理层。在现场,通过PROFIBUS-DP现场总线将现场设备组成一个主从网络,构成过程控制层。详细介绍了工业以太网和PROFIBUS-DP网络的构建、PLC与变频器的通信设置和PLC与触摸屏的通讯方式。最后构建了一个测试平台,通过一个对电动机的控制程序验证了监控网络的通信快速、准确,为构建完整的监控系统打下了坚实基础。系统软件编程包括PLC编程和人机界面组态。首先阐述了复卷机控制系统的软件编程思路,介绍了PLC程序的模块构成,对张力控制、压力控制和转矩分配控制程序流程进行了分析。然后阐述了上位机监控界面的组态思路,分析了监控界面的结构,并给出了监控界面的主界面图。介绍了三种方法可以将WinCC中归档的过程数据保存到Excel表格中,为下一步的数据分析打下基础。最后对现场触摸屏的组态进行了简单介绍,并给出了控制界面图。本文的创新点有:将以太网与现场总线引入监控系统,构造出管控一体化的监控网络;系统可实现对多种造纸机械设备的在线监控;可将历史数据导出进行分析。

关键词：造纸设备复卷机控制系统网络现场总线优化控制

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