ABB纸机传动控制技术的应用

秦基金 岳阳林纸股份有限公司 湖南 岳阳（414002）

ABB纸机传动控制技术的应用

秦基金 岳阳林纸股份有限公司 湖南 岳阳（414002）

本文通过项目实例介绍了ABBPMC800纸机传动控制系统软硬件的特点，也介绍了现代高速造纸机在电气传动控制方面的要求及特点。

PMC800纸机；整流器逆变器；ControlModule

2009年，我公司40万吨高档复印纸项目顺利投产，该项目配套有两台纸机和两台复卷机。纸机及复卷机的电气传动系统为ABB公司最新的PMC800纸机传动控制系统。经过近一年的运行，对系统出现的一些问题进行了优化，现在传动系统运行稳定，为提高设备运行效率提供了一个好的前提。本文拟对本项目使用的ABB的PMC800纸机传动控制系统进行介绍。

1 纸机控制系统概况

岳阳纸业股份公司40万吨高档复印纸项目为两台年产20万吨的高档纸机及配套的复卷机组成。纸机本体传动采用ABB公司产品，纸机辅助电气控制系统采用了智能MCC控制，整个车间的电气设备配置按技术先进、成熟可靠、维修简单的原则选型，较为高档，目的也是为了保障电气设备的长期稳定运行。

2 ABB传动系统组成

本次选择的传动系统为ABB公司专为纸机电气控制而设计的PMC800纸机传动控制系统（见图1）。较之我公司早些年使用的PMC200控制系统有较大的变化。变频器由ACS600多传升级成了ACS800多传，控制器由AC80统一成了ABB公司在纸机DCS控制领域广泛使用的AC800M，现场操作面板也统一成了G2000系列的GOP面板，且有6英寸和10英寸两种选择。

图1 电气传动系统结构图

本项目的纸机传动系统由3个AC800M控制器组成整个纸机各个分部的控制，各控制器之间由工业以太网连接来传递数据。各个控制器下分别连接有系统控制所需的DI、DO、AI、AO等SI800I/O接口模块。ABB控制器的接口模块种类丰富，有数字、模拟信号的输入输出模块，有用于Profibus、Modbus、光纤Mod-uleBus、温度信号接入模块等。本项目使用的通讯模块为每个控制器均有CI858光纤通讯模块用于控制纸机传动ACS800多传变频器。每个控制器均有CI854Profibus通讯模块与纸机设备供货商的MCS进行数据交换，为了增加系统通讯的抗干扰能力，特意增加了Profibus通讯与光纤通讯转换模块，由光纤经车间电缆桥架接至纸机设备供货商的MCS。

3 逆变器及整流供电单元

ABB公司PMC800纸机传动控制系统采用ACS800多传变频器来控制电机。本项目中按照大型纸机传动常用的方法采用直流母线给各个逆变器供电。在690V电压等级时，ABB的逆变器及交流传动电机功率范围广，如多传系统电机功率范围为1.5kW至5600kW，完全可以满足纸机及复卷机设备供应商的电机功率要求，且所有设备的电压等级一致，不需要按功率大小来分电压等级，节省了费用，也便于设备的安装、维护。ACS800多传逆变器为模块化设计，按照功率大小，分为 R2i，R3i，R4i，R5i，R7i，R8i等几种模块，其中R2i至R5i内置了RMIO电机控制及I/O接口板，简单，紧凑，更换器件方便。且在柜内安装方式为倾斜式，利于散热。R7i和R8i模块为柜式安装，R7i模块的容量范围为75至215kVA，R8i模块的容量范围为170至2800kVA，且该两种模块在本身的容量范围内为同一种尺寸，安装方便。模块内集成了充电电容，和逆变回路等，与外置的RMIO电机控制及I/O接口板之间用光纤连接，减少了干扰，增加了系统的稳定性。特别是R8i模块，为小车式结构，与柜体主回路之间采用插接的方式安装，使设备更换极其方便。R8i模块的另一个特点是可以并联使用，且每一个模块都是一台完整的三相逆变器。最大12个R8i模块并联使用，这样，就可以按照电机功率的大小选择R8i模块的配置个数，节省了费用，并且当某个并联的R8i模块出现故障时，还可以将其推出，选择系统轻载使用（见图2）。

在本项目中，最大电机功率为710kW，故选择了2个580kVA的R8i并联使用。当有2个模块并联使用时，因RMIO电机控制及I/O接口板外置只有一对光纤接口，故需配置APBU控制板，用来将并联的逆变模块连接到RDCU的光纤分配单元。

ABB逆变器柜还可配置多种可选件。如在本项目中，配置了预充电开关用于R8逆变器柜，该开关动作后，现由预充电回路给R8i模块内的直流回路充电，当充电完成后，开关的主回路机构动作，闭合主回路的快速熔断器，给R8i模块的主回路供电。

图2 两个R8i模块并联使用的示意图

ABB系统变频柜的整流供电单元分为ISU、TSU、DSU三种。ISU为IGBT整流供电单元，整流所用的模块与逆变器的R8i模块相同。该整流方式可以去除系统的高频和中频谐波，性能远远优于DSU整流方式，但因此种整流方式价格较贵，故在本项目中仅使用了TSU和DSU两种整流方式。TSU四象限晶闸管整流供电单元，在690V电压等级下，功率范围为850～3600kVA。该整流供电单元也是采用模块化结构，由正桥模块和反桥模块组成，形成主从结构。正桥将三相交流电整流成直流电，反桥将多余的电机制动能量回馈到电网，且配备了直流电抗器用于滤除中间直流电路的电流尖峰。整流供电单元提供直流电源至公共直流母线送至各个逆变器回路。

为了减少系统电网的谐波畸变，TSU整流供电单元采用12脉波整流供电。由2台变压器分别给TSU的正反桥供电。两台变压器的两侧要求分别接成星型和三角型。

4 控制器及软件组成

在本项目中，PMC800控制系统没有使用以前常用的AC80控制器，而是采用了与ABBDCS统一一致的AC800M系列控制器。AC800M控制器采用模块化结构，安装简单，其CPU具备冗余功能。联结至控制器CEX-Bus和ModuleBus(S800I/O模块)具备热插拔功能，除了外接电源端子外，还有外接电池接口，具备掉电程序保持功能。多个AC800M之间的数据通讯采用的是通用的TCP/IP网络线，各个控制器通过类似计算机的IP地址来相互识别。本项目中，共使用了3个AC800M控制器，每个控制器通过CEX-Bus连接了2个CI854Profibus模块（一个用于与现场G2000通讯，另一个用于与纸机供货商的MCS系统通讯），还通过ModuleBus连接了多个DI/DO/AI模块，用于现场的硬接线信号及纸机张力值的输入等。

AC800M的编程软件为ControlBuilderM，简称CBM，该软件已集成与ABB的IndustrialIT800xA工业自动化软件系统中。本项目因配置了工程师站和操作员站，故应用了IndustrialIT800xA软件，该软件功能强大，具备监控画面制作，组态功能，操作人员权限设定功能，历史时间和报警组态功能，网络组态功能等。因纸机传动项目相对于DCS系统而言，比较独立且系统数据量较少，故仅使用了其部分功能。主要使用其画面组态功能制作了纸机状态监控系统，通过监控系统，值班人员可以清晰全面地掌握传动设备的运行状态，并可随时查询系统的历史曲线和操作记录。如图3。

图3 纸机状态监控界面

5 PMC800系统特点

ABBPMC800纸机控制系统的软件版本升级比较频繁，版本较多。本项目使用了最新的5.0版。主要的控制功能在编程软件CBM中实现。CBM程序的结构分为库文件部分，程序组态部分和硬件组态部分。在库文件部分有常用的各种功能块及已经编好的实现纸机传动点各种控制要求的程序库，可以在程序组态部分自由引用，也可以自己编制库文件。在硬件组态部分可以按照系统硬件的配置组态硬件系统及设置其输入输出参数，并可以升级硬件的韧件。程序组态部分的编程语言除了常见的Ladder，Instruction List，Function BlockDiagram(FBD)，Structured Text(ST)，The Sequential Function Chart(SFC)等外，还有一种PMC800系统独有的，也是纸机控制程序使用的编程语言：Control Module。Control Module是一种面向对象的编程方式，它通过常见的编程语言来编写Control Module程序，也通过Control Module Diagram编辑器 (简称CMD编辑器)来编辑程序的界面。因其支持面向对象的编程方式，且一个Control Module程序库编写完成后，可以多处引用，故适用于大型应用程序的开发。Control Module编程方式的主要优点如下：

·执行速度较传统程序快；

·减少了控制器内存占有量；

·在应用程序内有更好的数据流，确保了所有变量在每个程序扫描周期内均会被扫描到；

·提供了图形化的界面，便于系统调试和维护；

·通过Control Module的Parameter与其他程序相连；便于程序参数的查找。

本项目中，纸机的控制程序均为Control Module程序，其良好的界面极大地方便了电气人员的维护工作。常见的故障查找界面如图4。

6 结语

综上所述，ABB的PMC800纸机传动控制系统无论在硬件上还是软件上，较之早期的PMC200系统和其他厂家的传动控制系统，均有较大的改进。特别是ControlModule编程方式的使用。一旦程序编写并优化完了以后，用户不需要再去关注复杂程序文本，而只需要通过明了的的界面即可维护整个系统，而不需要在复杂的程序中去查找信号，极大地方便了电气维护工作。

图4 故障查找界面

[1]ABB IndustrialI T800xA-Control andI/O 2007

[2]ABB Hardware Manual ACS800-107 Cabinet-built Inverter Units 2005

Application of ABB papermachine electrical drive control system

Qin Jinjin
(Yueyangpaper Co.Ltd,Yueyang 414002 Hunan,China)

Based on the Paper machine electrical drive control system,Yueyang engineering project,new ABB PMC800 paper machine control techniques have be introduced,and also the recently requirements of the electrical drive control system in high speed paper machine.

PMC800;rectifier invertor;control module

2011-12-29