SINAMICS S120变频器在造纸机传动系统中的应用和优化

龙海燕，刘德兵

（成都航空职业技术学院，成都 610110）

0 引言

随着工业的发展，造纸设备趋向于更大型化，速度更快，自动化程度更高，因此，对控制系统的控制精度和自动化程度提出了更高要求。特别是为了生产质量合格的产品，就必须对电机的实时线速度、转矩和张力等参数进行精确控制。

本文采用西门子SINAMICS驱动器系列的旗舰产品SINAMICS S120作为驱动器，通过对电机各参数进行优化设置，从而减少操作人员的操作、减少断纸、提高产品产量。

SINAMICS S120变频器的一个多轴控制单元CU320能控制多个驱动轴，包括6个伺服控制驱动轴、4个矢量控制驱动轴、8个V/F控制驱动轴；其电源类型丰富，包括单向200－240VAC、三相380－480VAC和三相660－690VAC；主控单元CU320能自动识别各组件；既有高精度的速度控制功能，又具有简单定位功能，实现轴的相对和绝对定位，还能实现同步、凸轮等复杂的运动控制功能。

1 造纸机传动控制系统分析

1.1 传动系统原理

造纸机传动控制系统硬件包括操作面板、PLC、CU320－2DP、电源模块、电动机模块、编码器转换模块等。这些模块之间都是通过Profibus通信方式连接。其结构原理图如图1所示。

图1 造纸机传动控制系统原理图

图2 造纸机硬件结构图

该纸机有47个传动点，分别由18台交流电机单独拖动，每台交流电动机由西门子SINAMICS S120变频调速装置驱动，闭环控制。系统的控制采用PLC作为控制核心，由PLC对操作台上每一传动点的操作信号进行处理（每个传动点在操作台上都设有：速度增加、速度减少、紧纸、爬行/运行等操作按钮），并把相应的速度信号以通信的方式传送给变频器。同时，还对伏辊、驱网；吸移、真空压榨、一压、二压分别进行负荷分配控制。另外，在操作台上还显示每一传动点的车速及工作电流，并具有运行、故障指示。

1.2 控制性能要求

该箱版纸机为三叠网箱板纸机，净纸幅宽4800mm，设计车速650m/min，传动系统装机容量5365kW，共47个传动点。定量：52～80g/m2；最高车速：350m/min；爬行速度：＜40m/min可调；升减速时间：0.1～1000s可调；工作电压：额定电压的±10%；电源频率：50Hz±5%；静态精度：≤0.1%；频率漂移：≤0.1%；频率分辨率：0.01Hz；频率控制：0～50Hz ；起动转矩：额定转矩的200%。

传动部分采用西门子SINAMICS S120标准多电机传动系统；控制部分采用西门子S7-400控制主站；采用西门子MP277人机界面。

1.3 系统配置

网压部母线段采用BLM基本整流；干部母线段采用SLM回馈整流，能够将母线的能量100%回馈电网。逆变单元采用SINAMICS S120电机模块，并配置SMC30光码模块，实现速度闭环控制。传动系统控制由SIMATIC S7-400主站来完成。SIMATIC S7-400通过Profibus-DP与驱动控制单元CU320连接，CU320通过Drive-CLiQ来实现对各逆变单元的控制。

2 造纸机传动控制系统硬件组成

系统硬件包括OP270操作面板、S7-400PLC、CU320－2DP、电源模块、电动机模块、编码器转换模块SMC20等。其硬件组成如图2所示。

3 造纸机传动控制系统软件调试

3.1 编写程序

启动SIMATIC Manager；新建项目→插入新对象，SIMATIC 400站点→硬件→插入RACK-400 UR2机架→插入电源、PLC412-2DP、443-5，选择通讯PROFIBUS 1.5兆→插入SINAMICS S120驱动。操作步骤如图3和图4所示。

图3 硬件组态界面

图4 程序编写界面

3.2 变频器调试与优化

西门子SINAMICS S120变频器调试采用STARTER软件对参数进行设置，其设置步骤如下：

1）置控制模式选择矢量模式（Vector）控制；

2）选择控制方式（p300=20）；

3）配置功率模块（P210功率单元电压（380））；

4）电机配置（P3001、P304电机额定电压、P305电机额定电流、P307电机额定功率、P308电机额定功率因数、P310电机额定频率、P311电机额定转速、P335电机制冷方式）；

5）抱闸配置（P1215抱闸控制方式P922）；

6）编码器配置；

7）DP通讯报文的配置（352）；

8）检查输入电机相关的重要参数（计算数据P340、静态辨识P1910、动态辨识P1960）；

9）将配置好的变频器参数保存并保存到ROM中；

10）优化完成后执行copy ROM to RAM。

部分参数设置画面如图5～图7所示。

图5 车速设置画面

图6 速差调整参数设置画面

3.3 状态监控界面

利用HMI对设置的参数数据进行监视，同时利用曲线对参数数据进行动态显示，便于操作人员及时掌握造纸机工作状态。部分参数数据监控画面如图8所示。

图7 张力参数设置画面

图8 数据运行曲线监视画面

4 场安装及运行情况

为保证整条生产线工作稳定，控制室选择在靠近传动侧的传动边，控制室安装大功率的中央空调，将控制室恒温在变频器比较有利运行的工作温度，控制室内安装静电地板，保证控制室洁净度和规范标准。整个控制柜装机标准按照西门子装柜标准执行,设备安装布局合理、散热良好、运行稳定。控制系统现场安装如图9、10所示。

图9 主传动单元装机柜

图10 现场控制室

5 结束语

SINAMICS S120作为西门子公司新一代的驱动产品，其硬件和软件都进行了更进一步的优化，在实际的使用中所反映出来的变化就是响应的速度更快，电机运行更加的顺畅。经在大型造纸厂的实际运行证明，西门子SINAMICS S120变频器产品设备运转平稳，维护简单方便可靠，系统的稳速精度、动态响应、负荷分配效果、纸页质量、系统稳定性、可靠性等指标都得到了用户的肯定。

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