造紙機(jī)變頻改造設(shè)計(jì)方案

造紙企業(yè)是高能耗企業(yè)每噸紙所耗電能在500 度以上，電能消耗十分嚴(yán)重。傳統(tǒng)的造紙機(jī)械的采用SCR 直流調(diào)速(大功率)和滑差電機(jī)(小功率)傳動(dòng)， 在生產(chǎn)過程中經(jīng)常由于機(jī)械磨損、傳動(dòng)帶的打滑等因數(shù)造成速度匹配失調(diào)，形成斷紙、厚度不均等現(xiàn)象。為了降低能耗、優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、現(xiàn)代化的造紙?jiān)O(shè)備多采用多電機(jī)分部傳動(dòng)，即在每一個(gè)傳動(dòng)分部安裝交流電動(dòng)機(jī)并配制相應(yīng)的特制變頻器、要求各分部能夠不僅實(shí)現(xiàn)同步控制，而且能夠在一定的范圍內(nèi)調(diào)速。全數(shù)字化的控制系統(tǒng)使設(shè)備的自動(dòng)化程度提高了一個(gè)檔次， 它特有的全程在線監(jiān)控系統(tǒng)讓用戶非常清晰的了解到設(shè)備的生產(chǎn)現(xiàn)狀。

二、 方案設(shè)計(jì)

1、造紙工藝

造紙機(jī)械的基本組成部分按照紙張形成的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機(jī)、卷紙機(jī)等。其工藝為流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型，在壓榨部進(jìn)行壓縮使紙層均勻，經(jīng)過前干燥進(jìn)行干燥，接著進(jìn)入后壓榨進(jìn)行施膠，再進(jìn)入后干燥器烘干處理，然后利用壓光機(jī)使紙張平滑，最后通過卷紙機(jī)形成母紙卷。

2、控制方案

造紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)是一種轉(zhuǎn)速恒定、負(fù)載基本恒定的穩(wěn)速系統(tǒng)。從控制特性上可分為：速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、負(fù)荷分配控制三種基本控制方式，其控制要求為速度長期穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)恢復(fù)時(shí)間盡可能短。根據(jù)紙機(jī)對象特性.控制方案可歸納為多分部同步速度控制鏈控制、負(fù)荷分配控制分部控制系統(tǒng)這兩種典型的結(jié)構(gòu)形式。負(fù)荷分配控制分部方案通常應(yīng)用于大型的造紙?jiān)O(shè)備上，具有功率大線速高等優(yōu)點(diǎn)，但其控制系統(tǒng)成本高，不適合應(yīng)用于中小型造紙機(jī)上。多分部同步速度控制是利用恒轉(zhuǎn)矩電機(jī)和矢量變頻來實(shí)現(xiàn)速度同步功能實(shí)現(xiàn)整機(jī)同步，同時(shí)利用變頻的矢量控制功能來修正設(shè)備分部因負(fù)荷變化而導(dǎo)致的速度變化。具有調(diào)速廣、成本低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，多用于中小型造紙機(jī)。下面我們具體介紹一下造紙機(jī)上使用的多分部同步速度傳動(dòng)系統(tǒng)：

造紙機(jī)由紙漿到形成紙張，需經(jīng)過多個(gè)分部，因此是一個(gè)多單元的速度協(xié)調(diào)系統(tǒng)。各個(gè)分部間的速度要求嚴(yán)格配合，根據(jù)工藝流程，一般有下表所示關(guān)系，只要其中一個(gè)分部速度不穩(wěn)，就會無法維持生產(chǎn)，紙幅不是斷裂，就是松垮下來。如果整臺紙機(jī)車速不穩(wěn)，就不能保證紙張的定量(每平方米紙頁的質(zhì)量) 不變。因此要求紙機(jī)的各分部都能穩(wěn)速。且各分部之間滿足一定的速比關(guān)系; 此時(shí)應(yīng)采用多分部同步速鏈控制系統(tǒng)。

一般造紙機(jī)各分部的速比關(guān)系

造紙機(jī)各分部的速比

各部名稱

以粘狀漿制成紙張(如電容紙、仿牛皮紙) 一般紙張(如書寫紙、印刷紙)

伏輥 89-91 94-95.5

第一壓榨 94-96 96-97

第二壓榨 97-98 97.5-98

第三壓榨 98.5-99 98.5-99

干燥部 100 100

壓光機(jī) 100.05-100.15 100.05-100.15

卷取機(jī) 100.10-100.30 100.10-100.30

1.多分部同步速度鏈控制原理

假設(shè)造紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)有n 個(gè)分部，各分部速度分別為：N1、N2、...、Nn，相鄰

兩個(gè)分部速度比分別為K1、K2、...、Kn-1，那么可有如下關(guān)系式：

N2=K1 N1

N3=K2 N2=K2K1 N1

N4=K3 N3=K3K2K1 N1

...

Nn=Kn-1 Nn-1=Kn-1...K1 N1

上式中N1為第一傳動(dòng)點(diǎn)的速度，也稱為全線速度。改變?nèi)€速度N1，其余各傳動(dòng)點(diǎn)速度N2、...、Nn 都會隨之成比例改變，但改變速比K i(i=1、2、...、 n-1)，只有第i 個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)后面的傳動(dòng)速度會改變，i 之前的各傳動(dòng)點(diǎn)速度不會改變。

例如：調(diào)整速比K3，傳動(dòng)速度N4、N5、...Nn 都會改變，但N1、N2、N3 不會改變

2.多分部同步速度鏈控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是各傳動(dòng)點(diǎn)之間只存在速比關(guān)系，無負(fù)荷分配控制。這種系統(tǒng)較為簡單，可以滿足多種紙機(jī)和變頻器相結(jié)合的需要，同步速度鏈可以是模擬式速度鏈、數(shù)字式速度鏈以及PLC程序式速度鏈，以下分別說明其原理。

1)模擬式速度鏈

這種速度鏈在直流傳動(dòng)時(shí)代就已經(jīng)被采用了，其原理如下圖所示。

其中N1是全線速度，只有第一傳動(dòng)點(diǎn)能改變?nèi)€速度，其余各點(diǎn)只能微調(diào)，范圍大約在5%-10%之間。模擬速度鏈的優(yōu)點(diǎn)是簡單、靈活、成本低，缺點(diǎn)是抗干擾能力較差，當(dāng)信號線較長時(shí)使用受到限制，存在可靠性差、功能不足等缺點(diǎn)。

2)PLC 程序式速度鏈

對于大型多傳動(dòng)點(diǎn)的紙機(jī)能很好的解決模擬式速度鏈的可靠性差、功能不足等問題。該控制器采用進(jìn)口的可編程序控制器(PLC)作為現(xiàn)場的控制中心，設(shè)備所有的輸入控制開關(guān)、保護(hù)接點(diǎn)及輸出點(diǎn)通過光電隔離進(jìn)出PLC，有效屏蔽掉了現(xiàn)場的干擾信號，中央處理器運(yùn)行的可靠運(yùn)行得到保障。原來的電氣驅(qū)動(dòng)部分采用直流調(diào)速。改造后將采用以PLC+工控機(jī)作中央控制器控制多變頻全數(shù)字化的控制系統(tǒng)(見圖1)。依據(jù)具體控制要求設(shè)計(jì)控制方案如下：

(1)PLC 對八臺特制變頻器均采用閉環(huán)矢量控制，從而增加變頻調(diào)速的控制精度及系統(tǒng)的啟動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)在線無級調(diào)速(見圖2)。各電機(jī)之間相互關(guān)聯(lián)同步，驅(qū)動(dòng)器具有同步加減速功能。