造紙機傳動系統電氣自動化及變頻調速控制研究

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工業自動化的整體趨勢，主要的新技術被應用到工業的領域，變頻調速就是一種新電機技術，將傳統電動機的效率問題改善，電動機在變頻調速的支持下，依據生產的實際需求對轉速進行適當的調整，從而實現對生產效率整體上的提升。現如今在變頻調速的實際應用中，工業生產得到一定程度上的促進，迎合自動化生產的實際需求，造紙工業也是逐漸引入變頻調速，變頻調速也體現出非常多的優異性，無論是生產效率以及節能的效果，都是值得肯定和認同的。

1 變頻調速控制系統的優異特性

（1）高效節能。變頻調速可以結合工業生產的實際負載情況，對電動機的輸出功率展開適當的調節，從而讓系統運行的能耗得到有效的降低。所以在工業生產中引入變頻調速，可以讓生產效率有明顯的提升，并且可以降低對能源的消耗，節能的效果是非常明顯的。諸多的行業對變頻調速展開應用。降低了工業生產中高能耗的現象，成為工業現代化發展的一個重要的助力。

（2）提高系統控制精度。變頻調速與以往的調速方式是截然不同的，變頻調速應用的是計算機控制，實現了變頻調速的自動化控制，與交流矢量控制技術進行結合，并采用正弦脈波調制方式，這樣變頻調速的調速范圍是更加廣泛的，具備高穩態精度的特點，響應模式更加動態和迅速，可以說變頻調速的工作效率更高。同時運行更加穩定，這些都是讓變頻調速成為工業生產非常強勁的助力。

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

2 傳動系統電氣自動化控制要求

（1）起動要求。造紙機傳動驅動對起動控制的要求是非常高的，在造紙機傳動啟動中，要求轉矩的提升達到適當的斜曲率，同時也是在造紙機傳動的控制環路中應用張力控制，可以對紙張的松緊度進行控制，因此在造紙機傳動的每個傳動點，速度的控制都是非常關鍵的。在造紙機傳動的一條生產線中，有幾十個傳動點要進行變頻控制，很多具備一定的轉動慣量，比如烘干部。造紙機傳動上大慣量的部分負載啟動的時候，就要展開必要的慣量補償操作，也就是在計算機系統中，借助軟件工具，結合以往的經驗做出調整。讓造紙機傳動更加平滑，大慣量的部分運行才會更加穩定，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電的狀況，需要將回饋電網，也可以用設備進行就地的消耗，避免系統母排出現過壓的現象對設備造成損傷。

（2）速度要求。實際上造紙機傳動是多單元速度的控制系統，造紙機傳動的每個部分速度都是有著各自的嚴格要求，因此要在造紙機傳動中，對各部分速度展開合理的控制，不然就會出現斷紙以及紙張松緊度不合適的問題，對紙張的質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行嚴格的控制，保持一定的溫速性能。

（3）分部調速的要求。造紙機傳動中紙受到牽引力的實際作用，就會在網部以及壓榨部產生一定的縱向延長，從而在干部實現縱向的延長，降低紙張的含水量之后，減少縱向延長，然后紙張進入到壓光機以及卷取機。這個時候紙張會被進一步進行牽引和延伸。因此在造紙機傳動的實際生產中，各部分的速度有一定差異性。

3 紙機傳動系統的結構組成

（1）公共母線結構。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，因此要采取網部、壓榨部以及干部3個主要的部分。網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，烘缸的轉動會產生極大的慣量，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勢就是高效節能，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行掛接的，電動機的容量也是有所區別的，負載慣量各不相同，電動機的運行狀態并不一樣，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，會處于一個再生發電的情況下，向直流母線進行饋電，這樣也是各個逆變器的能量進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，電網諧波也是會有所降低。

（2）系統配置結構。現階段的造紙機傳動是系統機架、變頻器、上位機、遠程面板以及sigma、Flex I/O組成的。造紙機傳動系統各個部分都是需要進行協調，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中，起到協調的作用，進行任務的分派，同時借助網絡適配器以及網絡卡，借助系統的BUS以及另外的機架，實現實時通訊。另外是總機架上還有兩個RE MO TE I/O卡，這是借助現場的總線控制，實現與現場FLEXI/O還有遠程操作面板的PANELVIEW實現實時通訊。采用的是外系統的造紙機DCS以及MODBUS協議，實現了以太網的通訊。3個從機架中，除了內存、CPU以及網絡通訊卡，還有一些UDC卡，UDC卡是經過光纖進行連接，并與變頻器展開通訊。

（3）紙機傳動的結構原理。造紙機傳動是非常主要的部分，從前到后有網部、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進行速度的調節，線速度鏈是網部給出，同時造紙機傳動的提速是增加速度鏈網部驅動的給定值，其他造紙機傳動中的傳動點則是結合給定速度差，實現自動化控制，對速度進行調節。現階段看造紙機傳動的實際運行中，變頻調速還是有著一定的技術優勢，可以實現在造紙機的傳動點自動化變頻調速，讓生產的效率實現全面地提升。這其中也是可以進行單點的提速。QCS可以借助Ethernet鏈路地點車速對參數進行適當的調節，從而對網前稀釋水閥進行適當的調節，實現對紙張定量的準確控制。

（4）負荷分配控制。在造紙機的實際傳動中，多個點為網提供動力，或者是多個傳動的對象，進行相互施壓，這樣就會形成一定的力矩，然后進行同步的運轉，要展開合理的負荷分配。在造紙機的網部主要是有驅網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行驅動，為一張網提供動力，同時各個造紙機的傳動點之間，并不是進行剛性連接，而是借助網之間的軟接觸，但這也是會面臨著兩個電動機如何進行負荷分配的問題。負荷分配的主要原則，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動的輥筒的直徑不用，包角也是有所區別，因此在負荷分配方面就會面臨著原則不同的問題。在系統中如何進行負荷分配，還是要取決于設備本身的特點。在進行控制中，要借助AUTOMAX中的變頻調節器，傳動電流設置給定值，然后從傳動電流的真實數值作為主要的反饋數值，然后經過變頻調速，進行負荷分配。

4 結語

總之，在造紙機的實際工作中，變頻調速有著非常強的應用優勢，現階段變頻調速的實際應用讓生產效率有明顯的提升，其中涉及到的各類問題也非常復雜，整個系統中的傳動點非常多，在變頻調速的支持下，各個點的速度可以進行合理的配置。