一.引言
造紙工業(yè)是與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)的重要產(chǎn)業(yè)，涉及林業(yè)、農(nóng)業(yè)、機(jī)械制造、化工、電氣自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、環(huán)境保護(hù)等多個(gè)行業(yè)。目前大多數(shù)造紙企業(yè)使用多個(gè)DC電機(jī)驅(qū)動(dòng)每個(gè)傳動(dòng)軸，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。但是由于碳刷的存在，維護(hù)起來相當(dāng)麻煩。隨著交流變頻控制系統(tǒng)和通信技術(shù)的發(fā)展，交流變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于新型造紙機(jī)，調(diào)速范圍廣、調(diào)速性能好、省電、操作簡單?，F(xiàn)代造紙機(jī)系統(tǒng)采用上位機(jī)、PLC、變頻器和交流電機(jī)來完成造紙機(jī)的監(jiān)控、運(yùn)行和生產(chǎn)管理。
二.造紙機(jī)械設(shè)備的組成和原理
造紙機(jī)械由原料設(shè)備、制漿設(shè)備和造紙機(jī)組成。核心部分為造紙機(jī)，分為網(wǎng)部、壓榨、預(yù)干燥、后壓榨、后干燥、壓光、卷取等。根據(jù)紙張形成的順序。該工藝是將流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型，在壓榨部壓縮使紙層均勻，預(yù)干燥干燥，后壓榨涂膠，后干燥干燥，壓光機(jī)壓光，最后收卷成母紙卷。造紙工藝流程圖如下所示。
三、造紙機(jī)電氣系統(tǒng)需求分析。
1.造紙機(jī)自動(dòng)化控制的控制要求。
(1)起動(dòng)要求。
在造紙機(jī)中，有傳遞慣性大的部件，如烘缸，需要平穩(wěn)啟動(dòng)，避免機(jī)械連續(xù)泵送的損壞。
(2)速度要求。
從紙漿到紙張，造紙機(jī)需要經(jīng)過壓漿施膠、壓榨、干燥、壓光、卷繞等多個(gè)工段，是一個(gè)多單元速度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。每一段的速度都有嚴(yán)格的速度比例關(guān)系，否則會(huì)造成斷紙或過度松弛，影響紙張的物理指標(biāo)，不會(huì)穩(wěn)定紙張的定量控制，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，造紙機(jī)的每個(gè)分支都應(yīng)該具有高精度和穩(wěn)定的速度性能。
(3)分區(qū)調(diào)速要求。
在牽引力的作用下，造紙機(jī)上的紙張?jiān)诰W(wǎng)區(qū)和壓榨區(qū)產(chǎn)生縱向伸長，并在干燥區(qū)繼續(xù)伸長。當(dāng)紙的含水量降低時(shí)，紙的縱向伸長變形減小。當(dāng)紙張進(jìn)入壓延機(jī)并卷起時(shí)，紙張會(huì)再次被拉伸。因此，在整個(gè)造紙機(jī)生產(chǎn)線中，每個(gè)分支的速度是不同的，從而可以保持紙幅的張力。同時(shí)，造紙機(jī)各分支的速度必須可調(diào)。這樣，可以防止紙幅由于松弛或過度張力而斷裂。由于造紙機(jī)不需要頻繁啟動(dòng)，工藝要求的速度范圍也不大，穩(wěn)速是造紙機(jī)電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制的主要目標(biāo)。
2.造紙機(jī)的電氣控制難點(diǎn)。
(1)造紙機(jī)的速度控制。
由于生產(chǎn)過程中各工段輸送紙張，根據(jù)造紙工藝的要求，保持最后一級(jí)張力略大于前一級(jí)張力，需要協(xié)調(diào)控制各工段之間的線速度比，保持這一比值系數(shù)的高精度和可靠性，才能保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。同時(shí)，造紙機(jī)的這種速度比例協(xié)調(diào)關(guān)系應(yīng)在改變速度或停機(jī)后保持不變，無需重新調(diào)整。每個(gè)分區(qū)獨(dú)立控制，具有微升、微降、上緊等靈敏調(diào)節(jié)功能，便于操作調(diào)節(jié)前后分區(qū)速度差，避免紙張?jiān)賯鬏敃r(shí)過度松弛、過緊斷紙。
(2)主從負(fù)載分配控制。
在造紙傳動(dòng)控制中，當(dāng)多個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)一個(gè)網(wǎng)部或多個(gè)傳動(dòng)對(duì)象，相互施加壓力形成一定力矩并同步運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為使各關(guān)聯(lián)傳動(dòng)電機(jī)根據(jù)自身配置合理承擔(dān)動(dòng)力輸出，需采用負(fù)荷分配控制的形式。如果負(fù)荷分配調(diào)整不好，整個(gè)負(fù)荷回路中各傳輸點(diǎn)的負(fù)荷就會(huì)失衡，線速就會(huì)不同步，無法正常運(yùn)行。
四.三變頻系統(tǒng)控制方案。
1.SKI系列產(chǎn)品的特點(diǎn)。
(1)全系列產(chǎn)品通過ISO9001質(zhì)量管理體系，全面實(shí)現(xiàn)“6S”現(xiàn)場(chǎng)管理，產(chǎn)品穩(wěn)定可靠；
(2)5.5kW及以上功率標(biāo)配DC電抗器，降低電流脈動(dòng)值，提高輸入功率因數(shù)；
(3)保護(hù)功能完善，系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠性高，內(nèi)置EMC濾波器；
(4)超低噪聲，載波頻率可從1k調(diào)整到15k
(5)IGBT結(jié)溫模型設(shè)計(jì)和獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能更好地適應(yīng)外部高溫高濕環(huán)境。
2.系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。
根據(jù)造紙機(jī)對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的要求，為該系統(tǒng)配置了專用的造紙機(jī)變頻器進(jìn)行調(diào)速。在該系統(tǒng)中，線材部分的再壓縮是主驅(qū)動(dòng)，真空壓制是輔助驅(qū)動(dòng)。主驅(qū)動(dòng)采用基本速度控制方式，從驅(qū)動(dòng)采用負(fù)荷分配控制。在從動(dòng)控制中，頻率主設(shè)定值由內(nèi)部PID校正，主驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出作為從動(dòng)PID設(shè)定值，從動(dòng)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出作為PID反饋值濾波。為了提高控制精度，可以調(diào)節(jié)PID給定量和反饋量的增益，如200%。這保證了控制精度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3.應(yīng)用SKI系列產(chǎn)品后，造紙機(jī)的系統(tǒng)性能得到明顯改善。
（1）SKI系列產(chǎn)品有過流、過壓、過熱、欠壓等多種保護(hù)措施，能有效保護(hù)電機(jī)，從而使設(shè)備故障率低；
（2）電機(jī)可以軟啟動(dòng)啟動(dòng)，減少對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備的影響；
（3）電機(jī)調(diào)速精度提高，速度更平穩(wěn)，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高；
（4）可以自動(dòng)控制干燥系統(tǒng)的壓力和紙漿的流量，提高系統(tǒng)的效率；
（5）低頻轉(zhuǎn)矩大，響應(yīng)快，運(yùn)行速度精度高，波動(dòng)小；
（6）干燥系統(tǒng)的流量控制器信號(hào)和氣壓信號(hào)通過SKI系列產(chǎn)品的模擬信號(hào)輸出到系統(tǒng)控制器，調(diào)節(jié)紙漿流量和干燥系統(tǒng)的干燥壓力，操作安全方便。
