三波小纸机的开发

摘要

试验小纸机是造纸工艺开发测试过程中的重要设备，也是一些高等院校科研单位用于造纸教学、研究的重要仪器。现代新式纸机中干燥部采用蒸汽烘缸技术、压光定型过程采用蒸汽或油烘缸技术，通过普通的介质传热的方式对纸页加热。这种传统的烘缸技术能源利用率低，附加的设备大，污染环境、不容易控制。为了满足试验用造纸机的需求，急需一种能耗小，效率高，环保，自动化程度高，容易控制的新式试验小纸机。 三波小纸机是一种新式的试验小纸机，将现在已经成熟的微波加热技术运用于造纸干燥过程，将电磁感应加热技术运用于造纸压光定型过程，并且首次将超声波技术运用于造纸上浆过程，为造纸研究提供了新的手段。采用SIEMENSS7-200 CN系列PLC产品来实现三波小纸机的控制系统，开发出了一套低能耗、高效率、环保、安全、自动化程度高的新型小纸机。 本文从微波加热技术，感应加热技术，超声波技术，以及PLC控制系统等几方面对整个系统进行阐述，主要内容包括： 1、综述了造纸行业的概况，对传统纸机中的烘缸的优缺点进线了分析，分析了开发试验小纸机的背景。 2、微波加热系统的设计。分析了微波加热的原理、特点。对微波加热系统的各个组成部分：微波功率源、微波传输系统、加热器进行设计。 3、感应加热系统设计。分析了感应加热的原理，系统采用常用的串联型感应电源作为加热电源。介绍了几种常用的调功方法，选择了串联型的PWM&PFM方法应用于烘缸，找出了功率与相位角及角频率的关系。 4、三波小纸机的设计。结合实际的生产情况将微波加热器串接起来设计成隧道式微波加热系统。设计了感应线圈的组合方式，压光辊的布置，超声波发生器的布置。 5、采用西门子PLC实现系统控制。介绍了滤波算法，PID原理以及各种PID改进算法，将“带死区的滑动平均值滤波算法”、“微分先行PID算法”、“带死区的PID算法”、“不完全微分的PID算法”等运用于程序实现中，提高了控制效果。

目录

文摘

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致谢

第一章绪论

1.1造纸工业现状

1.2造纸工艺简介

1.3现代造纸机技术中加热设备的不足

1.4三波小纸机的优越性

1.5可编程控制器简介

1.6本章小结

第二章微波加热系统设计

2.1微波加热的基本原理

2.1.1微波加热原理

2.1.2微波加热的计算关系式

2.1.3微波加热的特点

2.2微波加热系统

2.2.1微波功率源

2.2.2微波传输系统

2.2.3加热器

2.3本章小结

第三章感应加热系统设计

3.1感应加热的基本原理

3.1.1感应加热理论基础

3.1.2感应加热原理

3.1.3集肤效应与透入深度

3.1.4感应加热的特点

3.2感应加热系统

3.2.1主电路组成

3.2.2负载电路振荡频率

3.2.3功率调节

3.2.4电路的启动以及控制

3.3本章小结

第四章纸机硬件系统设计

4.1微波加热技术在干燥部的运用

4.1.1微波干燥部的物理结构

4.1.2排湿系统

4.1.3微波防泄漏系统

4.1.4微波加热应用于造纸干燥的优点

4.2感应加热技术在压光定型中的应用

4.2.1电磁感应烘缸的物理结构

4.2.2线圈的布置方式

4.2.3压光辊的布置

4.2.4抽风去湿

4.2.5感应加热应用于压光定型的优点

4.2.6电磁烘缸的工程应用实例

4.3超声波技术在造纸机上浆系统中的应用

4.3.1超声波及超声波原理

5.3.2超声波的位置布置

4.4三波小纸机系统简介

4.5本章小结

第五章纸机控制系统与实现

5.1 Siemens S7-200 PLC硬件

5.1.1 S7-200 CN系列CPU

5.1.2 S7-200扩展模块

5.2 PLC编程软件与通讯

5.2.1 S7-200 PLC编程软件Step7-Micro/Win

5.2.2 S7-200系列PLC通讯

5.3模拟输入量滤波

5.3.1算术平均值法

5.3.2中值滤波法

5.3.3滑动平均值滤波法

5.3.4带死区的滑动平均值滤波算法

5.4 PID控制系统

5.4.1衡量一个控制系统质量的指标

5.4.2控制规律

5.4.3小纸机中的控制系统

5.5本章小结

第六章三波小纸机的总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的论文