西門子交流控制系統在造紙廠中的應用

　　一 系統概述
　　某造紙廠生產線1600紙機自84年投入使用，每年都創造著良好的經濟效益，特別是自從96年以來通過一系列的改造（如二次涂布的改造、二組烘缸提高干燥能力的改造、上網絕干量控制的改造以及新增3米大缸的改造）之后，其產質量已得到了飛躍的提高，產量由過去的年產1.１萬噸增加到1.7萬噸，質量也今非昔比。隨著產量的提高，紙機暴露出設計車速較低的問題，生產車速已經達到傳動系統的最高設計車速75米/分，并且原來的直流總軸傳動方式表現出來的速度慢、傳動效率低、耗能高、控制方式落后、維護困難等缺點，大大制約了紙廠的進一步發展。為了使產品在激烈的市場競爭中立于不敗之地，決定通過改變紙機的傳動方式，以提高紙機的生產車速，擴大產量，提高生產效率，減少設備故障和設備維護成本，以創造更大效益。
　　二 系統要求
　　原有紙機采用單直流電機總軸傳動，通過機械分配轉速的方式，如下圖所示。由于在生產過程中機械磨損、皮帶的打滑等因素，造成速度匹配失調，容易形成斷紙、厚薄不均等現象。同時由于現場高溫潮濕，使直流電機維護量增加。為了優化產品質量，提高勞動生產率，取消直流電機及其動力的機械傳動部分，在每一個傳動分部安裝交流電機，采用交流分部傳動方式。
　　

　　在這次改造中我們采用了西門子公司的交流傳動控制系統來實現，通過先進的控制方式，方便的人機交互系統，實現生產的全自動化，改造的基本目標如下：
　　1． 提高生產車速：紙機的車速由原來的最高75米/分提高至125米/分。
　　2． 操作方便：由于采用了人機接口，可以直觀的了解設備運行的參數及狀況，操作簡單，便于調試。
　　3． 節能：由于棄用了原機械傳動系統，大大降低了機械損耗，而且由于交流變頻傳動系統在運行時一部分變頻器處于發電狀態，進一步節省了電能，初步估計比原系統節電40％左右。
　　4． 可靠性高：由于棄用了機構復雜的機械傳動系統，提高了系統的可靠性，節約了維護的費用，簡化了維護的過程。
　　5． 產品質量的提高：避免了直流電機的電刷粉塵對紙張質量的影響， 各部分的負荷控制和傳動的管理比較方便，便于生產過程的自動控制和調整，降低維護費用和節省勞動力。
　　三 系統配置與功能實現
　　1．系統結構如下圖所示：
　　

　　2．系統原理概述：
　　通過交流變頻器控制每個傳動電機的轉動速度，經過減速箱傳遞給各個部分的傳動軸，電機的轉速通過光電編碼器反饋回變頻器，通過矢量運算，變頻器能夠確定和控制轉矩和磁通的電流分量，從而獲得同直流傳動相媲美的動態特性。上位控制系統通過總線的通訊方式控制每一臺電機的轉速，并根據工藝要求實現全線的速度同步、張力控制和加減速控制等，實現整個生產過程的監視與參數調節。
　　3．設備組成：
　　交流傳動系統采用西門子MasterDrives全數字變頻調速系統，實現高精度的矢量控制方式。整個系統采用公用直流母線工作方式，由一臺整流單元，23臺逆變單元等構成。傳動電機采用標準4極電機，增量型編碼器作為速度反饋裝置。每臺逆變單元中安裝現場總線控制卡CBP，可將調速裝置中的各種工作狀態和工作參數傳送給上級控制系統西門子S7-300 PLC，實現全線高精度的速度同步。整流單元將三相380V的交流電轉換成540V的直流電供給逆變器，當系統處于制動狀態時，可以通過制動單元制動。
　　四 使用效果分析
　　紙機傳動改造工程自籌備開始，在短短的3個月內就完成了由設計、采購到安裝調試的全過程。在停機改造期間，我們克服了種種困難，加班加點使新的傳動系統按時完成并進行了連續72小時無故障運行的測試，其各項指針均達到了設計目標和要求。主要表現在：
　　1．系統調速精度高，性能安全、可靠、穩定。
　　由于系統的性能提高，而且操作監測方便，操作人員在引紙時的斷紙現象大為減少，并且改變了過去因車速不穩定而不能解決的問題：在底層先引好紙后再上面漿，這就大大減少了生產過程中面漿的損耗，節約了生產材料。
　　2．切紙機的精度大為改善
　　切紙機的長刀過去采用的是機械調速方式，當生產中需要改變紙的分切長度時，操作人員就要手動調節長刀的機械傳動比，這種調節方式精度差，調刀時間長，這次改造中我們運用PLC來自動計算切紙長度與長刀電機的轉速關系，然后通過控制長刀電機的轉速，達到分切長度準確、調刀方便快捷的功能，其分切精度由過去的±0.2％提高到±0.1％，而調節時間由過去的10分鐘減少到現在的30秒，各項指標創造了國內同類切紙機的新記錄。
　　3．節能效果明顯
　　 紙機交流分布傳動的改造的順利完成，為企業帶來了明顯的經濟效益，并為公司的長久發展打下了堅定的基礎。