SINAMICS S120變頻器在造紙機(jī)傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用和優(yōu)化

龍海燕，劉德兵

（成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，成都 610110）

0 引言

隨著工業(yè)的發(fā)展，造紙設(shè)備趨向于更大型化，速度更快，自動化程度更高，因此，對控制系統(tǒng)的控制精度和自動化程度提出了更高要求。特別是為了生產(chǎn)質(zhì)量合格的產(chǎn)品，就必須對電機(jī)的實時線速度、轉(zhuǎn)矩和張力等參數(shù)進(jìn)行精確控制。

本文采用西門子SINAMICS驅(qū)動器系列的旗艦產(chǎn)品SINAMICS S120作為驅(qū)動器，通過對電機(jī)各參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，從而減少操作人員的操作、減少斷紙、提高產(chǎn)品產(chǎn)量。

SINAMICS S120變頻器的一個多軸控制單元CU320能控制多個驅(qū)動軸，包括6個伺服控制驅(qū)動軸、4個矢量控制驅(qū)動軸、8個V/F控制驅(qū)動軸；其電源類型豐富，包括單向200－240VAC、三相380－480VAC和三相660－690VAC；主控單元CU320能自動識別各組件；既有高精度的速度控制功能，又具有簡單定位功能，實現(xiàn)軸的相對和絕對定位，還能實現(xiàn)同步、凸輪等復(fù)雜的運(yùn)動控制功能。

1 造紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)分析

1.1 傳動系統(tǒng)原理

造紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)硬件包括操作面板、PLC、CU320－2DP、電源模塊、電動機(jī)模塊、編碼器轉(zhuǎn)換模塊等。這些模塊之間都是通過Profibus通信方式連接。其結(jié)構(gòu)原理圖如圖1所示。

圖1 造紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)原理圖

圖2 造紙機(jī)硬件結(jié)構(gòu)圖

該紙機(jī)有47個傳動點(diǎn)，分別由18臺交流電機(jī)單獨(dú)拖動，每臺交流電動機(jī)由西門子SINAMICS S120變頻調(diào)速裝置驅(qū)動，閉環(huán)控制。系統(tǒng)的控制采用PLC作為控制核心，由PLC對操作臺上每一傳動點(diǎn)的操作信號進(jìn)行處理（每個傳動點(diǎn)在操作臺上都設(shè)有：速度增加、速度減少、緊紙、爬行/運(yùn)行等操作按鈕），并把相應(yīng)的速度信號以通信的方式傳送給變頻器。同時，還對伏輥、驅(qū)網(wǎng)；吸移、真空壓榨、一壓、二壓分別進(jìn)行負(fù)荷分配控制。另外，在操作臺上還顯示每一傳動點(diǎn)的車速及工作電流，并具有運(yùn)行、故障指示。

1.2 控制性能要求

該箱版紙機(jī)為三疊網(wǎng)箱板紙機(jī)，凈紙幅寬4800mm，設(shè)計車速650m/min，傳動系統(tǒng)裝機(jī)容量5365kW，共47個傳動點(diǎn)。定量：52～80g/m2；最高車速：350m/min；爬行速度：＜40m/min可調(diào)；升減速時間：0.1～1000s可調(diào)；工作電壓：額定電壓的±10%；電源頻率：50Hz±5%；靜態(tài)精度：≤0.1%；頻率漂移：≤0.1%；頻率分辨率：0.01Hz；頻率控制：0～50Hz ；起動轉(zhuǎn)矩：額定轉(zhuǎn)矩的200%。

傳動部分采用西門子SINAMICS S120標(biāo)準(zhǔn)多電機(jī)傳動系統(tǒng)；控制部分采用西門子S7-400控制主站；采用西門子MP277人機(jī)界面。

1.3 系統(tǒng)配置

網(wǎng)壓部母線段采用BLM基本整流；干部母線段采用SLM回饋整流，能夠?qū)⒛妇€的能量100%回饋電網(wǎng)。逆變單元采用SINAMICS S120電機(jī)模塊，并配置SMC30光碼模塊，實現(xiàn)速度閉環(huán)控制。傳動系統(tǒng)控制由SIMATIC S7-400主站來完成。SIMATIC S7-400通過Profibus-DP與驅(qū)動控制單元CU320連接，CU320通過Drive-CLiQ來實現(xiàn)對各逆變單元的控制。

2 造紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)硬件組成

系統(tǒng)硬件包括OP270操作面板、S7-400PLC、CU320－2DP、電源模塊、電動機(jī)模塊、編碼器轉(zhuǎn)換模塊SMC20等。其硬件組成如圖2所示。

3 造紙機(jī)傳動控制系統(tǒng)軟件調(diào)試

3.1 編寫程序

啟動SIMATIC Manager；新建項目→插入新對象，SIMATIC 400站點(diǎn)→硬件→插入RACK-400 UR2機(jī)架→插入電源、PLC412-2DP、443-5，選擇通訊PROFIBUS 1.5兆→插入SINAMICS S120驅(qū)動。操作步驟如圖3和圖4所示。

圖3 硬件組態(tài)界面

圖4 程序編寫界面

3.2 變頻器調(diào)試與優(yōu)化

西門子SINAMICS S120變頻器調(diào)試采用STARTER軟件對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，其設(shè)置步驟如下：

1）置控制模式選擇矢量模式（Vector）控制；

2）選擇控制方式（p300=20）；

3）配置功率模塊（P210功率單元電壓（380））；

4）電機(jī)配置（P3001、P304電機(jī)額定電壓、P305電機(jī)額定電流、P307電機(jī)額定功率、P308電機(jī)額定功率因數(shù)、P310電機(jī)額定頻率、P311電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、P335電機(jī)制冷方式）；

5）抱閘配置（P1215抱閘控制方式P922）；

6）編碼器配置；

7）DP通訊報文的配置（352）；

8）檢查輸入電機(jī)相關(guān)的重要參數(shù)（計算數(shù)據(jù)P340、靜態(tài)辨識P1910、動態(tài)辨識P1960）；

9）將配置好的變頻器參數(shù)保存并保存到ROM中；

10）優(yōu)化完成后執(zhí)行copy ROM to RAM。

部分參數(shù)設(shè)置畫面如圖5～圖7所示。

圖5 車速設(shè)置畫面

圖6 速差調(diào)整參數(shù)設(shè)置畫面

3.3 狀態(tài)監(jiān)控界面

利用HMI對設(shè)置的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)視，同時利用曲線對參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)顯示，便于操作人員及時掌握造紙機(jī)工作狀態(tài)。部分參數(shù)數(shù)據(jù)監(jiān)控畫面如圖8所示。

圖7 張力參數(shù)設(shè)置畫面

圖8 數(shù)據(jù)運(yùn)行曲線監(jiān)視畫面

4 場安裝及運(yùn)行情況

為保證整條生產(chǎn)線工作穩(wěn)定，控制室選擇在靠近傳動側(cè)的傳動邊，控制室安裝大功率的中央空調(diào)，將控制室恒溫在變頻器比較有利運(yùn)行的工作溫度，控制室內(nèi)安裝靜電地板，保證控制室潔凈度和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。整個控制柜裝機(jī)標(biāo)準(zhǔn)按照西門子裝柜標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,設(shè)備安裝布局合理、散熱良好、運(yùn)行穩(wěn)定。控制系統(tǒng)現(xiàn)場安裝如圖9、10所示。

圖9 主傳動單元裝機(jī)柜

圖10 現(xiàn)場控制室

5 結(jié)束語

SINAMICS S120作為西門子公司新一代的驅(qū)動產(chǎn)品，其硬件和軟件都進(jìn)行了更進(jìn)一步的優(yōu)化，在實際的使用中所反映出來的變化就是響應(yīng)的速度更快，電機(jī)運(yùn)行更加的順暢。經(jīng)在大型造紙廠的實際運(yùn)行證明，西門子SINAMICS S120變頻器產(chǎn)品設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，維護(hù)簡單方便可靠，系統(tǒng)的穩(wěn)速精度、動態(tài)響應(yīng)、負(fù)荷分配效果、紙頁質(zhì)量、系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性等指標(biāo)都得到了用戶的肯定。

[1]SINAMICS S120調(diào)試手冊[Z].2010.

[2]杜強(qiáng),李繼方.基于S120驅(qū)動控制系統(tǒng)的多電機(jī)共直流母線實驗系統(tǒng)的研究[J].通信電源技術(shù),2011,9：36-39.

[3]張池,王新娜.基于西門子S120變頻器造紙機(jī)拖動系統(tǒng)設(shè)計[J].電氣時代,2016,9：62-65.

[4]湯峰.西門子S120在施膠機(jī)上的應(yīng)用和優(yōu)化[J].中國造紙,2016,5：64-68.