2 烘缸设计及PLC硬件
2．1 电磁烘缸的物理组构
    在系统生产的过程中，烘缸设备是需要一直转动的，如何将电感线圈与转动的烘缸设备组合在一起，既满足线圈与烘缸设备之间传递能量的需要，又不影响烘缸的转动，生产过程中的引致等操作，在物理实现上还必须简单实用，这种线圈与烘缸的组合方式称为电磁烘缸的物理组构。
    造纸烘缸主要由烘缸体、烘缸罩、以及变频电机和齿轮箱组成。与传统的油热烘缸和蒸汽烘缸不同，电磁烘缸体内部不需要通入加热介质，不需要封闭，只需要三根辐条支撑在内缸体表面即可。烘缸罩位于烘缸缸体的顶部，可以上下活动。当需要引纸时，通过控制箱上的按钮可以将烘缸罩抬起，此时电磁烘缸停止加热；当引纸操作完成，正常操作时候，放下烘缸罩，感应电路对烘缸加热。烘缸罩的抬升与降落采用手动方式，配置小型空气压缩机。利用上下行程开关，保证烘缸罩降落时与缸体表面有合适的间距。
2．2 造纸生产工艺流程
    在造纸生产工艺流程中，纸浆过滤去水之后，形成薄薄的一层附着在传动带上。这些潮湿的纸浆先被传送到几个烘箱中，经初步的烘烤去掉一些水分。烘箱中自上而下吹入100℃以上的热空气，热风的温度可以调节。潮湿的纸浆薄层在热空气中一部分水分挥发，水蒸气随热风吹走，达到预烘干的目的。潮湿的纸张从烘箱中出来以后，再到表面温度1400℃左右的烘缸上烘烤，去掉剩余的大部分水分。烘缸表面的温度需要根据不同的纸张厚度和纸张材质，以及走纸的速度来上下调整。
    本课题开发的造纸系统，在整个工艺流程中潮湿纸浆薄层成型后，附着在传送带上经过了三个烘箱。三个烘箱设备结构基本相同，采用的是电热烘箱。每个烘箱上部装有电热板，通入电流后，电热板发热，从顶部吹入的冷风被加热成热空气，吹到传送带上对纸浆薄层进行预干燥。使用标准的4～20mA电流信号来控制流经电热板的加热电流，从而实现对加热功率的控制，调节烘箱内的温度。
    散热排湿及空气循环系统部为冷空气进风总管，由鼓风机向其中吹气。总管分为三个分管，经过几层电热板进入三个烘箱内。在分管的入口处，各有一个插片式挡板，改变挡板的插入深度，可以改变进风量。
    冷空气被电热板加热后，热风对着潮湿纸张吹干去湿，与挥发的水蒸气混合，热风湿度增大，温度降低；三个烘箱内的湿风在烘箱底部经排湿口排出。排湿入口处也各装有一个插片式挡板，可以调节排出去的湿风流量，调节烘箱内的湿度。另外，在排湿口总管的出口处，安装有抽风机，吸出三个烘箱以及烘缸罩内的潮湿空气。经过烘箱后的潮湿空气，虽然温度有一定降低，但是仍然有相当部分的热量，全部排出不再利用从节能的角度看有些浪费。因此设计了潮湿热风的回流，在排湿总管上分出一部分重新进入进风总管，从而有效地提高了能源的利用率。回流进风量的多少，也通过一个插片式挡板来调节。
    电磁烘缸是最后一道造纸加热工序，经过预干燥之后的纸张，与高温的烘缸表面接触，除去剩余的水分，产生大量的水蒸气。由于水蒸气密度小于空气，会上升被烘缸罩收集。烘缸罩顶部也留有一排湿口，并与排湿总管相连。在排湿口抽风机的吸力下，顺利排出室外。
2．3 PLC硬件
2．3．1 S7-200系列小型PLC系统
    SIMATIC S7-200系列PLC是SIEMENS推出的面向微型及小型应用的PLC系统。目前它已应用于各行各业、各种场合的检测、监测及控制的自动化。S7- 200系列秉承了SIEMENS PLC产品功能全面、质量可靠、应用灵活的特点，其强大的功能使其无论在独立运行中，或者相互连成网络时皆能实现复杂的控制功能。它外型小巧、安装方便、具备多种扩展模块，且可以对CPU扩展存储器容量，能满足绝大多数小型系统的控制要求，与同类PLC产品相比具有极高的性价比。S7-200系列出色表现在以下几个方面： a．极高的可靠性；b．极丰富的指令集；c．易于掌握；d．便捷的操作；e．丰富的内置集成功能；f．实时特性；g．强劲的通讯能力；h．丰富的扩展模块。
    S7-200系列产品可以提供5种不同性能的CPU模块供客户选用，以控制系统成本。它包括一系列的扩展模块，比如数字量输入(DI)、数字量输出 (DO)、模拟量输入(AI)、模拟量输出(AO)、热电阻模块(RTD)，以及以太网、调制解调器模块、Prohibits-DP扩展模块等等一系列功能强大的模块，可以方便地与各种现场仪表配合使用，采集现场的各种信号并控制各种设备的运行。
    S7-200系列产品还提供有小型的人机接口(HMI)设备-TD200文本显示(Text Display)装置，可以方便地设置系统的各个参数，实时地显示关键变量值，并且组态简单、方便好用、价格便宜，省去了专门的IPC设备及上位机监控软件，节省了系统成本。用TD200作为本系统的人机交互界面，完全可以满足生产过程对参数改变的要求。另外，SIEMENS提供的专门针对S7-200系列PLC编程的Micro／Win step7软件，支持梯形图等3种PLC编程方式，好学易用；并且集成了PID算法模块、数字滤波算法模块等常用的功能，供编程人员调用，极大地提高了开发效率，缩短了开发时间，节省了系统开发成本。
2．3．2 PLC外围扩展模块
    在PLC程序中，主要是要实现对五套回路的控制：三套电烘箱的功率控制回路，以及两个电磁感应烘缸线圈的功率控制。三个烘箱的温度检测采用PT100铂热电阻，用三线制接法直接接入温度检测(RTD)扩展模块；电磁烘缸的温度检测不能使用铂热电阻，而是采用红外测温仪，红外测温探头直接将检测到的温度转化为0～5V标准电压信号，通入模拟量输入模块(AI)，占用一个AI通道。两个电磁感应烘缸线圈回路使用同一个烘缸温度信号即可。五个内环电流检测，使用互感线圈将0～50A的电流信号，转化为0～5V的电压信号，输入AI模块，占用5个AI通道。
    另外需要控制的是烘缸的转速。烘缸由一个变频电机驱动，经过齿轮箱减速，使烘缸按不同速度转动。通过输出一个4～20mA的控制电流给控制柜中的变频器，从而调整整个系统的走纸速度，变频器的输出占用一个AO点。统计以上模拟量需求，共需要：
    (1)RTD输入点数：3
    (2)模拟量输入点数：6
    (3)模拟量输出点数：6
    另外需要控制比如吹风、去湿电机的起停，烘缸罩的升降等数字量信号，在CPU226XM上带有24位的数字量输入、16位的数字量输出通道，已经可以满足系统中数字量的输入输出，不需要另外选择数字量扩展模块。
    综上所述，最后选择的S7-200系列PLC硬件模块如下：
    (1)CPU控制器：CPU226XM;
    (2)温度检测模块：EM231，2块；
    (3)模拟量输入模块：EM231，2块；
    (4)模拟量输出模块：：EM232，2块；
    (5)电源(24V直流稳压源，5A)，1块。