論變頻調速技術在紙機生產線中的應用（2）

因此對于沖漿泵的變頻調速而言，需要對其進行PID控制，需正確選擇速度反饋方式和PID的各類參數。加速時間0～100%的設定值一般為60秒，而減速時間大約為30秒。變頻器的設定輸入值需具有二至多端的輸入，并能進行基本運算。反饋信號需具有接收模擬信號或脈沖信號的端口。了解這一點，對選擇變頻器的型號非常重要。

3 造紙機分部傳動的變頻控制

我國造紙機分部傳動設備，以前采用SCR直流調速方式，由于存在滑環和炭刷造成可靠性和精度不高，從而導致紙機的機械落后，車速也只有200m/min左右，很難同國外的1000m/min的高速紙機相比。由此看來，造紙機分部傳動機械的變頻化已是大勢所趨。

分部傳動涉及到紙機的網部、壓榨部、前烘缸、后壓榨、后烘缸、壓光機等眾多的傳動點，由于紙張具有細薄、脆弱的缺點，因此為了防止紙張出現斷裂、卷曲、褶皺、壓痕，必須對各傳動點進行高精度的速度控制，并保證紙張按成紙方向所限定的伸展率進行延展。也就是說，從上漿到上卷的整個過程，要保持紙幅一定的速度級聯，這樣才有拉力。正是基于分部傳動的變頻控制強調的是各傳動點的在線無級調速和同步跟隨性能，因此用在分部傳動的變頻器必須具有以下特性：(1)調速范圍寬，在全速度范圍內，效率必須在90%以上；(2)功率因數高于0.9以上； (3) 輸入諧波電流總失真小于3%； (4)采用可靠性高、技術成熟的標準器件IGBT； (5)能減少輸出諧波分量并有效降低dv/dt噪音和轉矩脈動的效果； (6)利用通訊功能實現數據的高速串行傳輸。

如某紙廠1臺1092型水松紙造紙機的 4個分部傳動傳動點的功率分別為壓榨11kW，主缸11kW，組缸7.5kW,卷紙5.5kW。根據使用廠家的實際情況和要求，變頻器采用西門子公司新近推出的MM420系列，PLC采用西門子S7-200系列。網絡通訊采用RS485接口，協議方式采用西門子USS協議。主機調速及單個傳動點微調采用按扭調速，并且能夠在操作臺和設備前兩地調速。 又如某廠2820型牛皮箱板紙造紙機，變頻器采用美國AB公司1336型高功能變頻器，PLC采用AB公司SLC500系列，操作界面采用觸模屏。由上位機控制運行參數存儲、數據表格自動生成、生產報表自動打印、故障報警狀態分析。網絡通訊采用國際通用的PROFIBUS DP通訊網絡。電動機采用交流變頻電機，并且應用磁通矢量閉環控制。另外可以通過對各個傳動點的實際使用功率的計算控制各個傳動點的負荷分配，并且在生產過程中可以通過點動在不影響速度鏈的情況下進行局部張緊和松弛。

以上二例是較為典型地應用到了分部變頻控制的控制原理，分部傳動的控制原理是保持速度級聯和高速傳輸，前者利用上位機(PLC或工控機)來進行速度級聯的計算，后者是通過變頻器本身的高速串行通訊能力來實現的。怎樣一來，整個系統配線簡單、自動化程度高、信息量豐富且接口兼容，便于實現FA和管控一體化。

速度級聯的結果是將紙機分部傳動的主傳動點形成了一串速度鏈，只要其中的一個點速度進行調整，其后的每　一個傳動點也隨之快速調整。在實際的紙機控制中，往往還要根據特定的位置再增加特定的傳動控制方式，尤其重要的當數負荷配比控制。

所謂負荷配比控制，是指在兩個嚙合輥中，為保持接觸的緊密性和合理性，需要對兩個輥子進行負荷分配，以達到最佳效果。在造紙機壓榨部、壓光機等嚙合輥控制中，根據工藝需要，紙幅斷裂時，嚙合的兩輥子處于脫開位置，紙幅通過時兩輥子處于合上位置。其中在嚙合輥合上中，為保持兩輥子在機械上的緊密接觸，達到嚙合的要求，需采取負荷配比控制方式。

嚙合輥的主傳動仍采用速度級聯控制方式，從傳動采用負荷配比控制方式。在該負荷配比控制中，速度閉環的設定值在主傳動設定值(V設定)的基礎上，再增加5%的速度，這樣的話，其速度環的輸出值即電流環的設定輸入值(M設定)就會增加，然后主傳動速度環的輸出值乘上負荷配比百分值去限定從傳動電流環的設定輸入值(M設定)，也就會緊緊跟上主傳動，使得該兩輥的嚙合程度更加緊密、貼合。

4 卷紙機、復卷機和機外涂布機等收放卷系統的張力控制

紙張有二種成型方式即平板紙和卷筒紙，由于高速印刷機的大量出現，對于卷筒紙的需求量與日俱增。而且卷筒紙相對于平板紙來說，更能提高紙機的車速。然而紙機對于卷筒紙的處理則是一個相對復雜的過程，尤其是在中心卷取的過程中，隨著卷徑的不斷增加，卷筒輥的速度必須不斷減少，同時又要保證紙幅的張力相對平穩。因此，對于收放卷系統而言，進行張力控制是核心技術，也是變頻調速的難點。

對如此復雜的張力控制系統，變頻技術必須能克服以下4個技術問題：(1)將復雜的交流異步電機的數學模型簡單化；(2)考慮到張力反饋信號的延后和超調；(3)將卷繞張力控制過程的動態參數描述成時變函數；(4)保證張力閉環的抗波動能力高和即時調節性好。

目前，在卷取中最常用的是以下2種控制方式：(1)速度控制卷取(SPW)，用PID通過測力傳感器的張力反饋，或調節輥的位置反饋，來修正速度給定；(2)電流控制卷取(CPW)，用PID調節張力給定，可適用于中心卷取的方式，這一類型的控制一般是開環的。

具有張力控制的變頻控制系統，一般由直徑、補償、轉矩和速度計算等模塊組成。

5 造紙機輔助部分的變頻控制

造紙機的輔助部分通常包括白水系統、真空系統、壓縮空氣系統、冷凍水系統、化學品加藥系統、損紙回收系統、通風系統等。在實際設計紙機中，為了使紙機能連續均衡地運轉，它的輔助部分，一般都超過造紙機最大生產能力的15%～35%。因此，采用變頻調速及其控制技術能有效地降低實際運轉中輔助能耗，比如原先采用調節閥門開度來控制的風機和水泵、定速運轉的皮帶傳輸機等。以下就典型的幾個方面來闡述變頻控制的廣泛用途。

5.1 冷凍水變頻調速

在造紙的輔助設備中，涂布和施膠經常要到用冷凍水來處理涂料，以保持涂料化學特性的穩定，現在經常采用的方法為冷凍水泵變頻調速系統。它的控制原理是利用溫度或溫差控制，因為從嚴格意義上說，冷凍主機的回水溫度和出水溫度之差表明了冷凍水從涂料槽帶走的熱量，所以溫差可作為控制依據。同時由于冷凍主機的出水溫度一般較為穩定，故實際上在設計中只需根據回水溫度進行控制即可。

冷凍水系統選用的變頻調速應該可設計為PID控制，因為大部分的變頻器都具有PID功能，因此控制回路就非常簡潔，以回水溫度作為反饋信號，而目標溫度則可以通過變頻器的面板設定或是上位機輸出模擬量信號設定。

5.2 損紙皮帶機變頻調速

損紙皮帶機是負責將干部的斷紙或處理紙運送到干損系統，因為皮帶的速度通常都按紙機的最大車速設計的，通常紙機運行的速度在最大車速的50%～80%之間，皮帶定速運行必將浪費相當大的能量，而且還產生太大的噪音，此時采用變頻調速，使皮帶機的速度跟隨紙機的車速，而且使皮帶機的起動頻率為20～30Hz，這樣既能皮帶機能快速反應避免堵紙，又能降低能耗。

6 結束語

隨著變頻技術的發展和成熟，變頻器以其優良的調速性能、操作簡單、功能完善、易于實現自動調節等諸多優點，必將取代紙機上傳統的直流調速系統，而成為紙機電氣傳動的佼佼者。