艾默生TD3000系列變頻器及Profibus系統(tǒng)在造紙生產(chǎn)

濟南永利泰電器設(shè)備有限公司 李景華
山東海天造紙機械有限公司 王宗海
一、概述
造紙行業(yè)以其傳動點多、同步性要求高、連續(xù)化生產(chǎn)的特點，與冶金行業(yè)一起被稱為自動化控制要求最高的行業(yè)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流傳動系統(tǒng)在造紙行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，高性能、矢量控制型變頻器的出現(xiàn)，使得過去需要由直流雙閉環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)的傳動控制，完全可以由交流傳動系統(tǒng)來完成。為了滿足不同類型的紙張生產(chǎn)和提高勞動生產(chǎn)率的需要，要求造紙生產(chǎn)線向高速化、全自動化方向發(fā)展，工業(yè)控制器（PLC）和現(xiàn)場總線越來越多地應(yīng)用在造紙行業(yè)。這次，在淄博第二板紙廠，采用艾默生TD3000系列矢量控制型變頻器、艾默生現(xiàn)場總線適配器和S7-300 PLC組成的控制系統(tǒng)，完美地實現(xiàn)了整條生產(chǎn)線的控制，為將來艾默生變頻器在高速紙機上的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
二、板紙生產(chǎn)線工藝簡介
該板紙機的型號為HT3000/110，是多圓網(wǎng)多烘缸板紙機，適用于生產(chǎn)用木漿、廢紙漿及其它漿料抄造定量為130-250g/m²的瓦楞原紙、掛面牛皮紙及箱板紙等品種。該型板紙生產(chǎn)線主要由壓榨部、烘干部、傳動部三部分組成。與之配套的設(shè)備有三輥半濕壓光機(即后面的光澤缸)、四輥壓光機及水平式圓筒卷紙機。
壓榨部的選型為一道雙毛布主壓榨、兩道正壓榨。壓榨部機架為型鋼焊接件，每條毛布圈路內(nèi)配置雙縫吸水箱、張緊器、校正器、高中壓噴水管及輥子加壓和氣動加壓等裝置。紙漿通過輥子加壓和氣動加壓粘附在毛布上，紙漿通過毛布之間的擠壓和雙縫吸水箱（抽真空）對紙漿脫水后初步定形為板紙。毛布最大工作張力為4.5N/mm。
各道壓區(qū)線壓：(N/mm)
雙毯主壓 設(shè)計線壓：60 工作線壓：40
一道單毯壓榨 設(shè)計線壓：80 工作線壓：60
二道單毯壓榨 設(shè)計線壓：100 工作線壓：80
烘干部為保證烘干能力，烘缸（熱源是蒸汽）直徑為Ф1500*3350mm，配有24只，其中最后一只為冷缸，烘缸分組按6+6+6+半干壓（光澤缸）+6排列。每組缸有4只缸為主動，其余為被動，之間通過干網(wǎng)連接。每條干網(wǎng)均配有氣動校正器、電動張緊器、導輥等。烘干部傳動側(cè)機架采用三角機架封閉式齒輪傳動，操作側(cè)為型鋼焊接箱型結(jié)構(gòu)，烘缸全部使用滾動軸承，稀油潤滑。通過壓榨部基本定形的板紙在烘干部被干網(wǎng)壓附在烘缸表面，經(jīng)過前三組缸烘干，板紙的干度在80%~85%之間，之后通過光澤缸對板紙進行初級壓光，然后板紙經(jīng)過第四組缸烘干，干度在90%~94%之間，此后板紙通過四輥壓光機兩次壓光成為成品板紙，最后經(jīng)過水平式圓筒卷紙機將板紙成卷。
傳動部采用交流變頻分部傳動形式，分別由真空回頭輥（37KW）、一壓（75KW）、二壓（37KW）、三壓（37KW）、一組缸（22KW）、二組缸（22KW）、三組缸（22KW）、光澤缸（30KW）、四組缸（22KW）、壓光（37KW）及卷紙（15KW）等11個傳動點組成，共計363KW，每一臺交流變頻專用電機通過硬齒面齒輪減速箱直接傳動各主動輥或主動齒輪。每一傳動點配有相應(yīng)的聯(lián)軸器、中間軸（包括萬向節(jié)）和基礎(chǔ)板。各部分設(shè)置啟動、停止、升速、降速按鈕，達到單調(diào)、統(tǒng)調(diào)、運行/爬行等功能，設(shè)置運行、故障指示燈，電流、速度指示儀表等。
板紙機主要技術(shù)參數(shù)：
生產(chǎn)品種：瓦楞原紙、掛面牛皮紙、箱板紙等
抄造定量：130-250g/m² 凈紙寬度：3000mm
網(wǎng)寬： 3350mm 生產(chǎn)能力：55-60T/d
工作車速：75-140m/min 設(shè)計車速：150m/min
主機軌距：3900mm 傳動方式：變頻調(diào)速，分部傳動
裝機容量：363KW 外型尺寸：（長*寬*高）67*10.5*6m


三、系統(tǒng)設(shè)計
1、控制要求
1）、11個傳動點采用矢量控制型變頻器組成閉環(huán)系統(tǒng)；
2）、Profibus現(xiàn)場總線控制
控制的重點是保證各傳動點的線速度保持一致，尤其要保證線前兩級一壓和真空回頭輥的嚴格同步，并保證兩個電機的負荷均衡。因其工藝上的特點，要求轉(zhuǎn)矩控制快速響應(yīng)和準確控制，能以很高的控制精度進行寬范圍的閉環(huán)調(diào)速運行。并且當某一傳動點因故障停機時,在不影響生產(chǎn)的情況下能正常啟動。
2、系統(tǒng)控制方案及設(shè)備選型
該控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是在系統(tǒng)負荷變化時，如何能保證各傳動點的線速度一致。
考慮到為將來的高速紙機做技術(shù)上的鋪墊，我們選用了艾默生TD3000系列變頻器和西門子S7-315-2DP可編程控制器，通過Profibus現(xiàn)場總線組成整個的控制系統(tǒng)。可編程控制器(PLC)通過Profibus總線實時采集負荷數(shù)據(jù)，完成對各傳動點速度控制和轉(zhuǎn)矩控制的在線疊加，以實現(xiàn)各傳動點的自動負荷均衡，每個傳動點設(shè)有微調(diào)按鈕，必要時進行手動調(diào)整（通過程序限制手動微調(diào)的調(diào)節(jié)范圍），同時通過通訊方式讀取變頻器的輸入端子狀態(tài)，即將變頻器的控制端子作為PLC的DI端子，從而減少了PLC的數(shù)字量輸入模塊數(shù)量。TD3000系列變頻器的調(diào)速范圍是1：1000，完全能滿足控制精度的要求，并且其在10~300rpm時低于10％的轉(zhuǎn)矩脈動及電機預(yù)勵磁功能，使啟動運行平滑、無沖擊和抖動，從而能更好的承受一定的負荷變化。適配器選擇艾默生專為其變頻器應(yīng)用PROFIBUS現(xiàn)場總線而生產(chǎn)的TDS-PA01，它屬于Profibus智能從站，能響應(yīng)主機的查詢，并執(zhí)行主機下發(fā)的控制命令。
3、系統(tǒng)組成
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。


圖1