造纸机传动系统电气自动化及变频调速控制研究

2019-07-29胡金华

中国设备工程 2019年14期

胡金华

(杭州贝特自动化工程有限公司，浙江杭州 310013)

改革开放后为了顺应工业自动化的整体趋势，主要的新技术被应用到工业的领域，变频调速就是一种新电机技术，将传统电动机的效率问题改善，电动机在变频调速的支持下，依据生产的实际需求对转速进行适当的调整，从而实现对生产效率整体上的提升。现如今在变频调速的实际应用中，工业生产得到一定程度上的促进，迎合自动化生产的实际需求，造纸工业也是逐渐引入变频调速，变频调速也体现出非常多的优异性，无论是生产效率以及节能的效果，都是值得肯定和认同的。

1 变频调速控制系统的优异特性

（1）高效节能。变频调速可以结合工业生产的实际负载情况，对电动机的输出功率展开适当的调节，从而让系统运行的能耗得到有效的降低。所以在工业生产中引入变频调速，可以让生产效率有明显的提升，并且可以降低对能源的消耗，节能的效果是非常明显的。诸多的行业对变频调速展开应用。降低了工业生产中高能耗的现象，成为工业现代化发展的一个重要的助力。

（2）提高系统控制精度。变频调速与以往的调速方式是截然不同的，变频调速应用的是计算机控制，实现了变频调速的自动化控制，与交流矢量控制技术进行结合，并采用正弦脉波调制方式，这样变频调速的调速范围是更加广泛的，具备高稳态精度的特点，响应模式更加动态和迅速，可以说变频调速的工作效率更高。同时运行更加稳定，这些都是让变频调速成为工业生产非常强劲的助力。

（3）具备完善的保护功能及对电网的冲击小。变频调速的实际运行中，对于欠压、过压以及电机过热等现象都是有非常强的保护能力，可以实现对这些现象的自动保护，对于工业生产中的设备来说变频调速的这个特性，可以让设备的安全稳定运行得到一定程度上的延长，同时也可以避免因为设备小故障造成的损坏现象。

2 传动系统电气自动化控制要求

（1）起动要求。造纸机传动驱动对起动控制的要求是非常高的，在造纸机传动启动中，要求转矩的提升达到适当的斜曲率，同时也是在造纸机传动的控制环路中应用张力控制，可以对纸张的松紧度进行控制，因此在造纸机传动的每个传动点，速度的控制都是非常关键的。在造纸机传动的一条生产线中，有几十个传动点要进行变频控制，很多具备一定的转动惯量，比如烘干部。造纸机传动上大惯量的部分负载启动的时候，就要展开必要的惯量补偿操作，也就是在计算机系统中，借助软件工具，结合以往的经验做出调整。让造纸机传动更加平滑，大惯量的部分运行才会更加稳定，避免在造纸机传动中对机械连轴器造成损伤，另外就是在造纸机停车的时候，因为本身有大惯量的实际作用，这个时候电动机还是在发电的状况，需要将回馈电网，也可以用设备进行就地的消耗，避免系统母排出现过压的现象对设备造成损伤。

（2）速度要求。实际上造纸机传动是多单元速度的控制系统，造纸机传动的每个部分速度都是有着各自的严格要求，因此要在造纸机传动中，对各部分速度展开合理的控制，不然就会出现断纸以及纸张松紧度不合适的问题，对纸张的质量会造成一定程度上的影响，因此还是要对造纸机传动和各个部分进行严格的控制，保持一定的温速性能。

（3）分部调速的要求。造纸机传动中纸受到牵引力的实际作用，就会在网部以及压榨部产生一定的纵向延长，从而在干部实现纵向的延长，降低纸张的含水量之后，减少纵向延长，然后纸张进入到压光机以及卷取机。这个时候纸张会被进一步进行牵引和延伸。因此在造纸机传动的实际生产中，各部分的速度有一定差异性。

3 纸机传动系统的结构组成

（1）公共母线结构。造纸机传动的供电电源是直流母线式，因为造纸机传动中的传动点是非常多的，因此要采取网部、压榨部以及干部3个主要的部分。网部以及压榨部的电源是直接整流，用公共母线将电流传递给各个逆变器，干部因为本身的烘干断纸会多，烘缸的转动会产生极大的惯量，这个是偶则是要采取直流母线的变频装置，这种方式的特点和优势就是高效节能，直流母线是多电机造纸机传动比较常用的一种形式，主要是为了在造纸机传动的制动过程中，对再生能源展开合理地利用。逆变器本身是在直流母线上进行挂接的，电动机的容量也是有所区别的，负载惯量各不相同，电动机的运行状态并不一样，这样的情况下采取公共直流母线，让工作在电动情况下的电动机，及时获取到电能。因为造纸机传动中的一些传动点，在停车以及减速的时候，会处于一个再生发电的情况下，向直流母线进行馈电，这样也是各个逆变器的能量进行了一定程度上的均衡，让功率因素得到一定程度上的提升，电网谐波也是会有所降低。

（2）系统配置结构。现阶段的造纸机传动是系统机架、变频器、上位机、远程面板以及sigma、Flex I/O组成的。造纸机传动系统各个部分都是需要进行协调，其中A00就是造纸机传动的总机架，在整个造纸机传动的系统中，起到协调的作用，进行任务的分派，同时借助网络适配器以及网络卡，借助系统的BUS以及另外的机架，实现实时通讯。另外是总机架上还有两个RE MO TE I/O卡，这是借助现场的总线控制，实现与现场FLEXI/O还有远程操作面板的PANELVIEW实现实时通讯。采用的是外系统的造纸机DCS以及MODBUS协议，实现了以太网的通讯。3个从机架中，除了内存、CPU以及网络通讯卡，还有一些UDC卡，UDC卡是经过光纤进行连接，并与变频器展开通讯。

（3）纸机传动的结构原理。造纸机传动是非常主要的部分，从前到后有网部、压榨、前烘干、施胶、红外干燥、后烘干以及压光。这些部分都是有诸多的传动点，各个传动点都是以上部分为基调进行速度的调节，线速度链是网部给出，同时造纸机传动的提速是增加速度链网部驱动的给定值，其他造纸机传动中的传动点则是结合给定速度差，实现自动化控制，对速度进行调节。现阶段看造纸机传动的实际运行中，变频调速还是有着一定的技术优势，可以实现在造纸机的传动点自动化变频调速，让生产的效率实现全面地提升。这其中也是可以进行单点的提速。QCS可以借助Ethernet链路地点车速对参数进行适当的调节，从而对网前稀释水阀进行适当的调节，实现对纸张定量的准确控制。

（4）负荷分配控制。在造纸机的实际传动中，多个点为网提供动力，或者是多个传动的对象，进行相互施压，这样就会形成一定的力矩，然后进行同步的运转，要展开合理的负荷分配。在造纸机的网部主要是有驱网辊以及真空伏辊这两个重要的传动点，可以借助两台电动机进行驱动，为一张网提供动力，同时各个造纸机的传动点之间，并不是进行刚性连接，而是借助网之间的软接触，但这也是会面临着两个电动机如何进行负荷分配的问题。负荷分配的主要原则，是让传动点的表面辊筒保持一样的线速度，但是因为每一个传动点的功率驱动的辊筒的直径不用，包角也是有所区别，因此在负荷分配方面就会面临着原则不同的问题。在系统中如何进行负荷分配，还是要取决于设备本身的特点。在进行控制中，要借助AUTOMAX中的变频调节器，传动电流设置给定值，然后从传动电流的真实数值作为主要的反馈数值，然后经过变频调速，进行负荷分配。