造紙機傳動系統(tǒng)電氣自動化及變頻調(diào)速控制研究

胡金華

(杭州貝特自動化工程有限公司，浙江 杭州 310013)

改革開放后為了順應(yīng)工業(yè)自動化的整體趨勢，主要的新技術(shù)被應(yīng)用到工業(yè)的領(lǐng)域，變頻調(diào)速就是一種新電機技術(shù)，將傳統(tǒng)電動機的效率問題改善，電動機在變頻調(diào)速的支持下，依據(jù)生產(chǎn)的實際需求對轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，從而實現(xiàn)對生產(chǎn)效率整體上的提升?，F(xiàn)如今在變頻調(diào)速的實際應(yīng)用中，工業(yè)生產(chǎn)得到一定程度上的促進(jìn)，迎合自動化生產(chǎn)的實際需求，造紙工業(yè)也是逐漸引入變頻調(diào)速，變頻調(diào)速也體現(xiàn)出非常多的優(yōu)異性，無論是生產(chǎn)效率以及節(jié)能的效果，都是值得肯定和認(rèn)同的。

1 變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的優(yōu)異特性

（1）高效節(jié)能。變頻調(diào)速可以結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)的實際負(fù)載情況，對電動機的輸出功率展開適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，從而讓系統(tǒng)運行的能耗得到有效的降低。所以在工業(yè)生產(chǎn)中引入變頻調(diào)速，可以讓生產(chǎn)效率有明顯的提升，并且可以降低對能源的消耗，節(jié)能的效果是非常明顯的。諸多的行業(yè)對變頻調(diào)速展開應(yīng)用。降低了工業(yè)生產(chǎn)中高能耗的現(xiàn)象，成為工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的一個重要的助力。

（2）提高系統(tǒng)控制精度。變頻調(diào)速與以往的調(diào)速方式是截然不同的，變頻調(diào)速應(yīng)用的是計算機控制，實現(xiàn)了變頻調(diào)速的自動化控制，與交流矢量控制技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，并采用正弦脈波調(diào)制方式，這樣變頻調(diào)速的調(diào)速范圍是更加廣泛的，具備高穩(wěn)態(tài)精度的特點，響應(yīng)模式更加動態(tài)和迅速，可以說變頻調(diào)速的工作效率更高。同時運行更加穩(wěn)定，這些都是讓變頻調(diào)速成為工業(yè)生產(chǎn)非常強勁的助力。

（3）具備完善的保護(hù)功能及對電網(wǎng)的沖擊小。變頻調(diào)速的實際運行中，對于欠壓、過壓以及電機過熱等現(xiàn)象都是有非常強的保護(hù)能力，可以實現(xiàn)對這些現(xiàn)象的自動保護(hù)，對于工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)備來說變頻調(diào)速的這個特性，可以讓設(shè)備的安全穩(wěn)定運行得到一定程度上的延長，同時也可以避免因為設(shè)備小故障造成的損壞現(xiàn)象。

2 傳動系統(tǒng)電氣自動化控制要求

（1）起動要求。造紙機傳動驅(qū)動對起動控制的要求是非常高的，在造紙機傳動啟動中，要求轉(zhuǎn)矩的提升達(dá)到適當(dāng)?shù)男鼻剩瑫r也是在造紙機傳動的控制環(huán)路中應(yīng)用張力控制，可以對紙張的松緊度進(jìn)行控制，因此在造紙機傳動的每個傳動點，速度的控制都是非常關(guān)鍵的。在造紙機傳動的一條生產(chǎn)線中，有幾十個傳動點要進(jìn)行變頻控制，很多具備一定的轉(zhuǎn)動慣量，比如烘干部。造紙機傳動上大慣量的部分負(fù)載啟動的時候，就要展開必要的慣量補償操作，也就是在計算機系統(tǒng)中，借助軟件工具，結(jié)合以往的經(jīng)驗做出調(diào)整。讓造紙機傳動更加平滑，大慣量的部分運行才會更加穩(wěn)定，避免在造紙機傳動中對機械連軸器造成損傷，另外就是在造紙機停車的時候，因為本身有大慣量的實際作用，這個時候電動機還是在發(fā)電的狀況，需要將回饋電網(wǎng)，也可以用設(shè)備進(jìn)行就地的消耗，避免系統(tǒng)母排出現(xiàn)過壓的現(xiàn)象對設(shè)備造成損傷。

（2）速度要求。實際上造紙機傳動是多單元速度的控制系統(tǒng)，造紙機傳動的每個部分速度都是有著各自的嚴(yán)格要求，因此要在造紙機傳動中，對各部分速度展開合理的控制，不然就會出現(xiàn)斷紙以及紙張松緊度不合適的問題，對紙張的質(zhì)量會造成一定程度上的影響，因此還是要對造紙機傳動和各個部分進(jìn)行嚴(yán)格的控制，保持一定的溫速性能。

（3）分部調(diào)速的要求。造紙機傳動中紙受到牽引力的實際作用，就會在網(wǎng)部以及壓榨部產(chǎn)生一定的縱向延長，從而在干部實現(xiàn)縱向的延長，降低紙張的含水量之后，減少縱向延長，然后紙張進(jìn)入到壓光機以及卷取機。這個時候紙張會被進(jìn)一步進(jìn)行牽引和延伸。因此在造紙機傳動的實際生產(chǎn)中，各部分的速度有一定差異性。

3 紙機傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

（1）公共母線結(jié)構(gòu)。造紙機傳動的供電電源是直流母線式，因為造紙機傳動中的傳動點是非常多的，因此要采取網(wǎng)部、壓榨部以及干部3個主要的部分。網(wǎng)部以及壓榨部的電源是直接整流，用公共母線將電流傳遞給各個逆變器，干部因為本身的烘干斷紙會多，烘缸的轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生極大的慣量，這個是偶則是要采取直流母線的變頻裝置，這種方式的特點和優(yōu)勢就是高效節(jié)能，直流母線是多電機造紙機傳動比較常用的一種形式，主要是為了在造紙機傳動的制動過程中，對再生能源展開合理地利用。逆變器本身是在直流母線上進(jìn)行掛接的，電動機的容量也是有所區(qū)別的，負(fù)載慣量各不相同，電動機的運行狀態(tài)并不一樣，這樣的情況下采取公共直流母線，讓工作在電動情況下的電動機，及時獲取到電能。因為造紙機傳動中的一些傳動點，在停車以及減速的時候，會處于一個再生發(fā)電的情況下，向直流母線進(jìn)行饋電，這樣也是各個逆變器的能量進(jìn)行了一定程度上的均衡，讓功率因素得到一定程度上的提升，電網(wǎng)諧波也是會有所降低。

（2）系統(tǒng)配置結(jié)構(gòu)。現(xiàn)階段的造紙機傳動是系統(tǒng)機架、變頻器、上位機、遠(yuǎn)程面板以及sigma、Flex I/O組成的。造紙機傳動系統(tǒng)各個部分都是需要進(jìn)行協(xié)調(diào)，其中A00就是造紙機傳動的總機架，在整個造紙機傳動的系統(tǒng)中，起到協(xié)調(diào)的作用，進(jìn)行任務(wù)的分派，同時借助網(wǎng)絡(luò)適配器以及網(wǎng)絡(luò)卡，借助系統(tǒng)的BUS以及另外的機架，實現(xiàn)實時通訊。另外是總機架上還有兩個RE MO TE I/O卡，這是借助現(xiàn)場的總線控制，實現(xiàn)與現(xiàn)場FLEXI/O還有遠(yuǎn)程操作面板的PANELVIEW實現(xiàn)實時通訊。采用的是外系統(tǒng)的造紙機DCS以及MODBUS協(xié)議，實現(xiàn)了以太網(wǎng)的通訊。3個從機架中，除了內(nèi)存、CPU以及網(wǎng)絡(luò)通訊卡，還有一些UDC卡，UDC卡是經(jīng)過光纖進(jìn)行連接，并與變頻器展開通訊。

（3）紙機傳動的結(jié)構(gòu)原理。造紙機傳動是非常主要的部分，從前到后有網(wǎng)部、壓榨、前烘干、施膠、紅外干燥、后烘干以及壓光。這些部分都是有諸多的傳動點，各個傳動點都是以上部分為基調(diào)進(jìn)行速度的調(diào)節(jié)，線速度鏈?zhǔn)蔷W(wǎng)部給出，同時造紙機傳動的提速是增加速度鏈網(wǎng)部驅(qū)動的給定值，其他造紙機傳動中的傳動點則是結(jié)合給定速度差，實現(xiàn)自動化控制，對速度進(jìn)行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)階段看造紙機傳動的實際運行中，變頻調(diào)速還是有著一定的技術(shù)優(yōu)勢，可以實現(xiàn)在造紙機的傳動點自動化變頻調(diào)速，讓生產(chǎn)的效率實現(xiàn)全面地提升。這其中也是可以進(jìn)行單點的提速。QCS可以借助Ethernet鏈路地點車速對參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，從而對網(wǎng)前稀釋水閥進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，實現(xiàn)對紙張定量的準(zhǔn)確控制。

（4）負(fù)荷分配控制。在造紙機的實際傳動中，多個點為網(wǎng)提供動力，或者是多個傳動的對象，進(jìn)行相互施壓，這樣就會形成一定的力矩，然后進(jìn)行同步的運轉(zhuǎn)，要展開合理的負(fù)荷分配。在造紙機的網(wǎng)部主要是有驅(qū)網(wǎng)輥以及真空伏輥這兩個重要的傳動點，可以借助兩臺電動機進(jìn)行驅(qū)動，為一張網(wǎng)提供動力，同時各個造紙機的傳動點之間，并不是進(jìn)行剛性連接，而是借助網(wǎng)之間的軟接觸，但這也是會面臨著兩個電動機如何進(jìn)行負(fù)荷分配的問題。負(fù)荷分配的主要原則，是讓傳動點的表面輥筒保持一樣的線速度，但是因為每一個傳動點的功率驅(qū)動的輥筒的直徑不用，包角也是有所區(qū)別，因此在負(fù)荷分配方面就會面臨著原則不同的問題。在系統(tǒng)中如何進(jìn)行負(fù)荷分配，還是要取決于設(shè)備本身的特點。在進(jìn)行控制中，要借助AUTOMAX中的變頻調(diào)節(jié)器，傳動電流設(shè)置給定值，然后從傳動電流的真實數(shù)值作為主要的反饋數(shù)值，然后經(jīng)過變頻調(diào)速，進(jìn)行負(fù)荷分配。

4 結(jié)語

總之，在造紙機的實際工作中，變頻調(diào)速有著非常強的應(yīng)用優(yōu)勢，現(xiàn)階段變頻調(diào)速的實際應(yīng)用讓生產(chǎn)效率有明顯的提升，其中涉及到的各類問題也非常復(fù)雜，整個系統(tǒng)中的傳動點非常多，在變頻調(diào)速的支持下，各個點的速度可以進(jìn)行合理的配置。