安川VS-616G5變頻器在造紙機中應用

　　1 引言
　　 安川VS-616G5是全數(shù)字多功能電流矢量控制變頻器具有良好的驅(qū)動性能，先進的自動控制功能和完善的保護功能。
　　 矢量控制是將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic、通過三相-二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1、Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動機的勵磁電流,It1相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)既將力矩電流，勵磁電流分量進行解耦。使解耦的磁通與力矩控制器使二者互不影響，而使電機的速度，力矩連續(xù)可調(diào)。從而可實現(xiàn)在低速狀態(tài)時的平滑運行和高力矩高精度的速度、力矩控制。
　　 具有4種控制方式可選:(1)無PG矢量控制;(2)帶PG矢量控制;(3)無PG V/F控制;(4)帶PG V/F控制。Auto-tuning(自學習)功能可以對不同電機實現(xiàn)高精度矢量控制。特別是帶PG矢量控制方式以其極高的速度控制精度(+0.02%)極高的零起動轉(zhuǎn)矩(0r/min時150%)并可實現(xiàn)力矩控制，與PLC配合使用，可以實現(xiàn)速度鏈控制、自動負荷控制、自動速差控制等功能，在造紙機傳動中得到大量應用，并取得了較好的控制效果。
　　
　　2 紙機傳動對電氣控制系統(tǒng)的要求
　　(1) 該紙機為1880/250 m/min長網(wǎng)多缸文化紙機，生產(chǎn)40~65g/m2高級文化用紙,紙機結(jié)構(gòu)簡如圖1所示。
　　
　　

　　
　　圖1

　　
　　
　　該紙機由長網(wǎng)部、真空吸移+四輥二壓區(qū)復合壓榨部、干燥部、施膠部、壓光部、卷取部組成。共16個傳動點，總功率324kW，各傳動點功率及變頻器型號如附表所示。
　　(2) 紙機對傳動系統(tǒng)的工藝要求
　　為了能生產(chǎn)出質(zhì)量標準較高的產(chǎn)品，紙機對傳動系統(tǒng)有如下的工藝要求:
　　　　

　　
　　
　　a) 紙機工作速度要有較大的調(diào)節(jié)范圍:為了使造紙機具有較強的產(chǎn)品、原料的適應性(如打漿度、漿料配比與種類、定量、紙種等)，紙機傳動可在較大的范圍內(nèi)均勻的調(diào)節(jié)速度，調(diào)速范圍D=1:8。
　　b) 車速要有較高的穩(wěn)定裕度:總車速提升、下降要平穩(wěn)。紙機速度常因電源的電壓、頻率以及紙機負荷等因素的變化而波動。為了穩(wěn)定紙的定量和和質(zhì)量、減少紙幅斷頭，要求紙機穩(wěn)速精度±0.5～1%。
　　c) 各分部間速比可調(diào)、穩(wěn)定:紙幅在網(wǎng)部和壓榨部時，其縱向伸長橫向收縮，而在烘干部時，兩向都收縮。因此紙機各分部的線速度稍有差異。紙機各分部的速比的最大波動值與漿料配比、定量、車速、生產(chǎn)工藝、分部之間的紙幅無承托引段的張力等因素有關。因此，造紙機各相鄰分部間應有適當?shù)乃俨顏硇纬闪己玫募堩摗＜垯C各分部的速度必須是可以調(diào)節(jié)的，在±10~15%。同時，為了生產(chǎn)較高質(zhì)量的紙幅和減少斷頭率，就要保持各分部間速比的穩(wěn)定。當出現(xiàn)負荷變化或其它干擾導致某分部的速度變化時，應保持能及時調(diào)整，使分部速比的變化不超過規(guī)定的范圍。
　　d) 單個分部點的具有速度微升，微降功能，引紙操作時的緊紙功能。同時具有軟連接的傳動分部，網(wǎng)部的真空伏輥和驅(qū)網(wǎng)輥之間，具有剛性聯(lián)結(jié)的施膠上輥與施膠下輥之間，具有剛性聯(lián)結(jié)與軟聯(lián)結(jié)的傳動分部，真空吸移、真空壓輥、一壓輥、二壓輥之間，這些有負荷關聯(lián)的傳動點之間要能進行負荷動態(tài)調(diào)節(jié)。由于某點的速度發(fā)生變化而引起負荷在分部內(nèi)動態(tài)轉(zhuǎn)移，如果不及時進行自動的調(diào)節(jié)(因為現(xiàn)在使用的變頻器基本上都不具備長期四象限運行能力)，這些傳動點間有的負載可能超過它自身的功率范圍引起過流發(fā)生，有的傳動點被拖動而引起過高的泵升電壓，導致變頻器過壓而保護跳閘，甚至損壞變頻器、損壞毛布。并且在這些分部中，應具有單動、聯(lián)動功能。并可以同時起動、停止。必要的顯示，如:線速度、電流或轉(zhuǎn)矩、運行信號、故障信號等。
　　e) 爬行速度 為了檢修和清洗聚酯網(wǎng)、壓榨毛毯、干網(wǎng)以及各分部的運行工況，各分部應有15～50m/min可調(diào)的爬行速度。
　　f) 紙機傳動為恒轉(zhuǎn)矩負載性質(zhì)，要選擇具有恒轉(zhuǎn)矩控制性能的變頻器，并具有較高的分辨率，以滿足紙機控制系通正常工作的需要。
　　
　　3 電氣控制系統(tǒng)組成
　　(1) 系統(tǒng)硬件組成
　　 變頻器采用電流矢量控制安川VS-616G5型式，PLC選用S7-226型，電機采用變頻專用電動機。變頻器設定為帶PG失量控制模式，整機處于速度控制模式, 系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。
　　4 控制系統(tǒng)功能
　　 該紙機傳動系統(tǒng)采用由PLC作為系統(tǒng)的控制中心。由功能較強大的安川VS-616G5型矢量變頻器為驅(qū)動單元，由歐姆龍編碼器提供速度反饋信號，使紙機傳動在閉環(huán)運行模式下，從而使控制系統(tǒng)穩(wěn)速精度0.02%,由PLC通過Modbus協(xié)議、RS485網(wǎng)絡與變頻器實現(xiàn)速度鏈功能，速差控制，負荷分配功能，總車速升、降，各分部點的速度升、降及緊紙功能。性能較理想地滿足紙機正常工作需求。
　　(1) 速度鏈結(jié)構(gòu) 速度鏈結(jié)構(gòu)采用主鏈與子鏈相結(jié)合的思路。紙機總的車速由二壓來確定。速度鏈的傳遞關系由圖2來體現(xiàn)，由PLC軟件實現(xiàn)。每一級的速度由總車速點速度乘以相應的速比來確定。前一級車速調(diào)整，后面跟隨調(diào)整，后級調(diào)整不影響前級。適應紙機操作引紙的順序要求。
　　速度鏈結(jié)構(gòu)如圖2所示。
　　

　　
　　圖2 系統(tǒng)硬件組成

　　
　　　
　　圖3 紙機速度鏈結(jié)構(gòu)圖

　　

　　 負荷分配分3部分:如圖2虛線范圍內(nèi)部分。a)驅(qū)網(wǎng)輥與伏輥; b)吸移輥、真空壓榨輥與一壓輥與二壓輥;c)施膠上輥與施膠下輥。為了保證系統(tǒng)在起動階段和出現(xiàn)異常調(diào)節(jié)的狀況時，直流過壓問題。負荷相聯(lián)系的分部進行變頻器直流母線并聯(lián)措施。將需負荷分配的兩部分各分部伏輥與驅(qū)網(wǎng)輥的變頻器，伏輥、驅(qū)網(wǎng)輥，吸移輥、真空壓榨輥、一壓輥、二壓輥，施膠上輥與施膠下輥，使用10mm(耐壓800V)導線按同極性將直流母線相連接，線長一些，并串一電阻，并保證有直流母線相連變頻器的電源要同時通斷。
　　(3)參數(shù)的優(yōu)化 不同的紙機使用場所，須進行相應的參數(shù)設定,變頻器參數(shù)的優(yōu)化設置是充分發(fā)揮該變頻器功能的保證。參數(shù)優(yōu)化需要大量實際經(jīng)驗的積累和對造紙機機械設備、造紙工藝的了解及對變頻理論與電機拖動理論的掌握。
　　(4)變頻器的自學習 變頻器對電機(不帶負載)進行自學習過程。在自學習過程中，變頻器將對電機的參數(shù)進行最優(yōu)的識別，尋找最優(yōu)的矢量控制測量，發(fā)揮變頻器與電機的最優(yōu)控制特性。
　　(5)調(diào)整卷紙機變頻器的基頻為60Hz，使該點的機械特性變軟一些有利于從壓光機到卷紙機的順利引紙。
　　該紙機在內(nèi)蒙一紙廠運行以經(jīng)近2年，控制系統(tǒng)穩(wěn)定，紙機運行可靠。
　　
　　5 結(jié)束語
　　 因為造紙機傳動系統(tǒng)各個傳動點既要保持一定的速度跟隨一致性，又要有一定的速度差異，既速差。速差與工作車速、紙種、漿料特性等有關。同時具有機械相聯(lián)系的傳動點又要有負荷平衡既負荷分配。安川VS-616G5變頻器具有矢量控制功能，具有很高的可靠性和和完善的功能實現(xiàn)，通過參數(shù)組態(tài)與PLC協(xié)調(diào)工作完全可以滿足造紙機對傳動要求大速比變化、高穩(wěn)態(tài)精度等控制性能的需要。可以在中高速紙機上應用。