参考资料----负荷分配毕业设计论文2.docx

目录 1第1章绪论 21・1负荷分配的应用及其战略意义 21. 2国内外技术现状 31. 2. 1国内技术现状 31. 2. 2国外技术现状 31. 3纸机传动现状介绍 41.4本研究的意义和存在的问题 4第2章负荷分配原因及影响 52. 1负荷分配问题产生的原因和影响 52.2解决负荷分配问题的理论根据 5第3章负荷分配原理及计算方法 83. 1直流传动的负荷分配 83. 1. 1直流电机的功率介绍 83. 1. 2直流电机的机械特性曲线 93. 1. 3直流传动负荷分配设计 103.2交流传动的负荷分配设计 14第4章 负荷分配PLC控制器的设计 194. 1硬件组成 194. 1. 1 PLC 介绍 194. 1. 2 ABB变频器介绍 224. 2通讯协议 264. 3算法及程序 33第5章结论 355.1本文的结论及意义 355. 2本文的不足 355. 3前景展望 35致谢 36参考文献 37第1章绪论1.1负荷分配的应用及其战略意义纵观纸机传动系统的发展历史，早期造纸机的电气传动系统通常使用 单独的屯动机传动，由它带动天轴或地轴通过皮带以驱动造纸机的网部、 压榨部、烘干部以及压光和卷取分部。

为了适应纸机改变品种的要求，驱 动电动机通常采用直流电动机，并借助于改变电枢电压或磁场电流来实现 纸机的调速大约在上个世纪五十年代，分部传动造纸机逐渐替代了总轴传动造纸 机，分部传动大大简化了机械传动设备，提高了稳速精度，并且使相邻分 部间速度和张力调节十分方便但是随着高速、大型纸机的出现以及新工 艺的采用，为进一步简化造纸机械，需要使纸机的某个分部采用多个电动 机传动在这种多点传动的情况下，造纸机的某个分部除了要具备调速和 稳速的性能外，还需要各个电动机满足负荷分配的要求在八十年代中期国外开始将变频调速系统应用于纸机，国内大约始于 九十年代初期交流变频调速以其结构简单，坚固耐用，动态响应好，效 率高，经济可靠，抗恶劣环境能力强，易于向高电压，高速度，大容量发 展等优点逐步取代直流调速系统而占据了传动系统的主导地位造纸机采用变频传动以后，机械的维护量几乎为零但是变频器属于 复杂精细的高科技产品，在其使用过程中，若使用不当而使变频器频繁保 护甚至损坏，对正常生产造成影响其中以由于多点传动而引起的负荷不 均而使变频器岀现保护现象最为常见在生产工艺条件稍有变化时，多点 传动电机的负荷失去平衡，有的电机的负荷过大时，电流剧增甚至过流过 载，跳闸保护，有的电机负荷降低，甚至不出力以至作发电机运行而出现 过电压保护，造成很大的功率损耗，从而可能对生产和设备造成影响或损 坏。

由于纸机的某些分部（如网部，压榨部）是由两台或多台电机连在一起, 辗筒的线速度必须保持一致，否则毛布或者铜网会被拉断或打褶，为了保 证速度同步，同时乂需要各个电机按照其额定值进行比例分配，这就是负 荷分配问题1.2国内外技术现状 1. 2. 1国内技术现状近几年，我国造纸工业取得了很大的发展，造纸机装备水平不断提高 纸机的幅宽不断增加，车速也达到了 700——800m/min左右新投产的板 纸机由过去的年生产能力约3-—5万吨，提高到了 30-40万吨并且纸机 交流变频技术不断成熟，己经取代了直流传动系统的统治地位目前，国内大部分纸机传动部分都使用变频传动传统的传动方法或者 为直流分部传动，或者为直流总轴传动，但都因为维护量大，可靠性差等 原因而被淘汰了，纸机采用变频传动后，机械维护量几乎为零但是变频 器属于高科技产品，在其使用过程中，若使用不当而使变频器频繁保护甚 至损坏，对生产造成影响是众多厂家所关心的问题其中，以负荷不均而 使变频器出现保护现象最为常见而解决这种问题的方法在国内只是处于 摸索阶段，主要靠我们广大的现场技术人通过经验來解决1.2.2国外技术现状可编程控制器(ProgTammablc controller )，简称PC,因早期主要应 用于开关量的逻辑控制，因此也称为PLC (Programmable Logic control ler). 它诞生于上卅纪60年代，经过儿十年的发展，可编程控制器作为一种进行 数字运算的电子系统，是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，它 采用了可编程序的存储器，是以微处理器为基础，结合计算机技术、自动控 制技术和通信技术，用面向控制过程、面向用户的“自然语言”编程，是 一种简单易懂，操作方便、可靠性高的新一代通用工业控制装置。

可编程 控制器及其有关的外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体，易于扩 充其功能的原则设计目前，国际上解决负荷分配问题主要方法Z—是使用高性能变频器的 转矩控制功能，SIEMENS公司的6SE70系列工程型变频器和ABB公司的 ACS600系列变频器，这些变频器可以通过转矩控制方式实现负荷分配的目 的方法是：以一台变频器作为主传动，这台变频器为速度控制模式，其 余的辅传动选用转矩控制模式，将主传动的转矩输出作为辅传动的转矩给 定，这样辅传动的给定信号是转矩而非频率辅传动跟随主传动的转矩的 变化而变化，起到负荷分配控制的口的这种控制方式的控制精度高，动态响应快，但适用范围小，对负载有 一定的要求这是因为辅传动负载转矩较大时，电机转速低，负载转矩较 小时，电机转速高，空载时甚至可以达到最大频率，这种特性有些像肓流 调速上的速度调节器饱和的电流控制方法所以要求负载载运行吋必须一 直处于加压状态或类似刚性连接，比如光压上、下辘虽然国际上有专门的硬件措施来解决负荷分配，但是也没有提升到理 论的高度总之，在解决负荷分配的问题上还没有一个统一模型，都没有 提升到理论高度，基本上处于初步阶段「3纸机传动现状介绍随着计算机网络技术的发展，纸机变频传动系统也正在进入一个以通 讯网络技术为核心的发展时期，纸机变频传动系统正在以通讯网络为结构 框架的大型控制系统，并且成为车间乃至DCS系统的部分或子系统。

所以 网络化和计算机集中控制正在成为传动系统的主要发展趋势纸机变频传动网络化发展的同时，在配置结构上公共肓流母线式结构 也是一种发展趋势由于目前这种系统全部由国外公司垄断，所以价格比 非公共直流母线系统要高，但实际上其成本应当比非公共母线式低，且安 装和调试工作量要少；但这种系统也有缺点：当某一传动点故障时可能会 影响全线的工作，甚至引起全线停机，相对处理时间较长，维护费用和时 间也要增加总之，在自动化功能方面，纸机传动系统在向多功能化、智能化进一 步发展，使其在生产过程及质量管理过程中发挥作用「4本研究的意义和存在的问题本课题针对负荷分配问题加以理论研究，做出负荷分配数学模型并 且针对变频传动部分，以西门子S7-226PLC为控制器组建PLC和变频器的 通讯网络，实现负荷分配控制这对于我们拥有自己解决负荷分配的控制 器要一定的理论指导意义，对于我国造纸技术的发展有一定的帮助存在的问题：由于国外公司的垄断，我们在实现整体技术上会存在一 定的困难第2章负荷分配原因及影响2. 1负荷分配问题产生的原因和影响采用变频器分部传动，当儿台电机拖动同一负载，例如压榨部两车昆压 合，将两银看作一个负载，由两台电机拖动。

当线速度一样时，两台电机 有可能出现一台出力大一台出力小的现象这就产生负荷分配问题如图：图2-1压榨部两台电动机工作示意图在纸机机械设计上，还有可能多电机拖动一个负载，最多七点这就 要求速度完全一致否则，有些变频器会出力过大，出现过电流或过负载 保护，有些会因不出力其止发电状态而出现过屯压保护这些现象都应避 免或解决2. 2解决负荷分配问题的理论根据在纸机、印染机或其他传动系统中，只是电动机速度同步并不能满足 实际系统的工作要求，实际系统还要求各传动点电机负载率相同，即 二Pi/Pie相同（Pi为i电机所承担负载功率，Pie为电机额定功率）现在以三点负荷分配为例，Pie、P2e、P3e为三台电机额定功率，Pe 为额定总负载功率，Pc= Plc+P2c+P3eP为实际总负载功率，Pl、P2、 P3为电机实际负载功率，则P二P1+P2+P3系统工作要求P1二P*Plc/Pc , P2二P*P2e/Pe, P3二P*P3e/Pe负荷分配的目的就是使Pl、P2、P3满足上述 要求我们以变频传动系统为例说明负荷分配控制器工作过程以三点负 荷分配为例（如图2-2）,变频器1、2、3负荷分配，变频器1在速度链的 主链上，作为负荷分配主机，其它变频器将以此变频器为基准，负荷分配 控制器只采集其电压电流数据，不对其做任何调整。

变频器2、变频器3 处于以速度链分支上，负荷分配控制器将对它们进行自动检测，自动控制 和自动调整对于电机拖动负载的比例计算，以电机负载率表示：a =PL/PE其中： Pe为电机额定功率；Pl负载功率；解决负荷分配问题，就是要求所有电机的负载率都应一样图2-2三点负荷分配系统结构图例如：负载总功率37. 5KW,由两台功率45KW、30KW的电机拖动，则负载 平衡时45KW电机出力22. 5KW , 30KW电机出力15KW,计算公式为：Pli=30*37. 5/75=15KW；Pl2=45*37. 5/75=22. 5KW；p _ PJ PlrLi - N/=l对于多台电机的计算公式为：其中：第i台电机岀力功率;Pei第i台电机额定功率;Pl 负载总功率;在实际控制当中，电机功率是一间接量，不方便直接测量TLi第I台电机出力转矩;Tni 第1台电机额定转矩;电机转矩可通过变频器输出端子测量,也可通过计算机通信获得负Tz 负载总转矩；载总转矩不必直接测量出来，解决负荷分配问题就是要使电机转矩百分比 一样，对于各电机來说就是各电机出力转矩和额定转矩比值应相等第3章负荷分配原理及计算方法3. 1直流传动的负荷分配3. 1. 1直流电机的功率介绍（1） 直流电机的主要额定值主要有：1） 额定功率Pn指电机在铭牌规定的额定状态下运行吋，电机的输出功率，以〃w〃 为量纲单位。

若大于lkw或1MW时，则用kW或MW表示特别注意：对于直流发电机，If是指输出的电功率，它等于额定电压和额定电流 的乘积P n = U NIN对于直流电动机，P*是指输岀的机械功率，所以公式中还应有效率n N 存在 o Pn=u）Jn n n2） 额定电压Un指额定状态下电枢出线端的电压，以〃厂 为量纲单位3） 额定电流In指屯机在额定屯压、额定功率吋的电枢电流值，以 5〃为量纲 单位4 ）额定转速nN指额定状态下运行时转子的转速，以r/min为量纲单位5 ）额定励磁电流If指电机在额定状态时的励磁电流值2） 直流发电机的功率平衡直流电机的第四大基本公式简单推导此式如下匕为励磁损耗； Pz为铜损耗考虑到直流发电机的输入功率Pi减去空载时的损耗即铁耗pfe和 机械损耗p.后才能是屯磁功率以上没考虑附加损耗pa，若考虑，则 如下式表示（左式），即输入功率等于铁耗、附加损耗、机械损耗与电磁 功率之和E& 二 U + IaR ①Ia 二 I + If ②① 式等号两边同乘以laEaIa 二 UIa + Ia2R ③② 式代入③式得Eala 二 UI + U[f + Ta2R即：Pm 二 P2 + Pf + Pcu ④Pl = Pfe + Pm + Pm ⑤Pm = Pfe + Pa + Pm + Pm ⑥综合④、。