變頻器在小型造紙機(jī)同步調(diào)速系統(tǒng)上的應(yīng)用技巧：

摘要：介紹了在小型造紙機(jī)生產(chǎn)線上如何巧用變頻器進(jìn)行同步調(diào)速。重點(diǎn)是變頻器在幾個(gè)調(diào)速環(huán)節(jié)上的應(yīng)用方法，闡述了如何滿足生產(chǎn)工藝對(duì)各調(diào)速環(huán)節(jié)的要求，同時(shí)，總結(jié)了一些應(yīng)用實(shí)例。

一、問題的提出

在當(dāng)前的造紙生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)的控制方法制約了產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的提高。結(jié)合多年來參與改造小型造紙機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，筆者就如何將變頻器應(yīng)用于同步調(diào)速系統(tǒng)，解決好產(chǎn)品的質(zhì)量、車速與同步調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)系，做幾點(diǎn)闡述。

造紙機(jī)生產(chǎn)線拖動(dòng)裝置的特點(diǎn)及要求：

1、分部傳動(dòng)點(diǎn)多，要求調(diào)速系統(tǒng)保持同步可調(diào)。

2、大容量電機(jī)多，要求電機(jī)采用降壓?jiǎn)��?dòng)或軟啟動(dòng)。

3、風(fēng)機(jī)多，啟動(dòng)時(shí)峰值電流過大且延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，要求采取軟啟動(dòng)。

4、泵類電機(jī)多，部分工藝對(duì)供水要求恒壓。為了節(jié)能和保護(hù)管網(wǎng)，控制要求變頻調(diào)速。

從以上幾點(diǎn)分析得知，拖動(dòng)系統(tǒng)需要解決好啟動(dòng)以及同步調(diào)速問題。

傳統(tǒng)的控制方法較多地采用直流調(diào)速系統(tǒng)，也有不少設(shè)備采用最原始的滑差電機(jī)調(diào)速。但是，無論直流調(diào)速系統(tǒng)還是滑差電機(jī)調(diào)速，這些調(diào)速方法存在的共同問題是控制系統(tǒng)體積大，器件穩(wěn)定性差，故障率高且維修困難，同時(shí)限制了產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量的提高。

近年來，變頻調(diào)速技術(shù)飛速發(fā)展，變頻器控制性能日益提高，變頻器在多電機(jī)傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)、泵類控制及大容量電機(jī)的軟啟動(dòng)上等等方面都得到廣泛的應(yīng)用。用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)取代滑差調(diào)速，乃至取代直流調(diào)速控制系統(tǒng)巳成為發(fā)展趨勢(shì)。

二、應(yīng)用方法論述

（一）多臺(tái)變頻器主從控制模式

在小型造紙機(jī)上經(jīng)常用到主從傳動(dòng)方式，其主要特點(diǎn)是傳動(dòng)點(diǎn)多，各點(diǎn)之間的主從關(guān)系有些屬于相互固定連接，有些屬于柔性連接。

固定連接時(shí)應(yīng)該使用轉(zhuǎn)矩控制，電機(jī)之間不能有速度誤差；柔性連接時(shí)應(yīng)該使用速度控制，電機(jī)之間允許存在細(xì)微的速度誤差。在應(yīng)用中我們應(yīng)該借助變頻器的有關(guān)特性，例如ACS600系列變頻器在解決以上問題時(shí)效果最佳。其最大特點(diǎn)是外部給定信號(hào)與主機(jī)變頻器連接，主機(jī)通過光纖通信控制從機(jī)，實(shí)現(xiàn)主從控制。

1、轉(zhuǎn)矩控制方式

（1）工藝要求

造紙機(jī)的烘缸傳動(dòng)系統(tǒng)必須要求各缸體的線速度同步。單臺(tái)電機(jī)與減速器組成的動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)缸體按設(shè)定速度旋轉(zhuǎn)，各缸體之間相互接觸，并通過引紙網(wǎng)形成傳動(dòng)鏈。

（2）關(guān)鍵問題

多臺(tái)動(dòng)力裝置同時(shí)驅(qū)動(dòng)一條傳動(dòng)鏈必然存在不同步問題，主要原因是個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的誤差，缸體之間的誤差及紙的厚度、濕度形成的拉力不均等變化，造成在給定電壓相同的情況下，各缸體的運(yùn)行線速度之間存在誤差。這直接影響著紙張的生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

（3）解決方法

在低車速且紙張有一定厚度的生產(chǎn)線上可采用具有主從用宏的ACS600系列變頻器。實(shí)用中我們可以采用每個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)用一臺(tái)變頻器，將其中一臺(tái)定義為主機(jī)（如斜網(wǎng)部），其他定義為從機(jī)。主機(jī)接受外部控制信號(hào)和速度給定信號(hào)，從機(jī)實(shí)用轉(zhuǎn)矩控制方式，從機(jī)的所有控制信號(hào)包括啟停、轉(zhuǎn)矩給定、復(fù)位等均由主機(jī)通過光纖傳送，從而實(shí)現(xiàn)從機(jī)跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩變化，時(shí)刻調(diào)整自身的輸出轉(zhuǎn)矩。由于光纖通信的傳輸速度為2Mbit/s，從而保證了從機(jī)準(zhǔn)確迅速地跟蹤主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

2、速度控制方式

（1）工藝要求

在造紙生產(chǎn)過程中為了改善紙的性能，需要在紙表面涂上所需的涂料這一過程稱為涂布。為了保證涂層的均勻，一般采用多輪滾動(dòng)涂布方法，常用的有六至八輪。這樣最少需要六臺(tái)電機(jī)同步運(yùn)行且能平滑調(diào)速來保證涂層的均勻，這是各傳動(dòng)點(diǎn)與紙張之間形成柔性連接，在運(yùn)行中由于摩擦力（輥輪與紙張）及介質(zhì)（涂料）發(fā)生變化時(shí)，允許電機(jī)之間存在細(xì)微的速度誤差。

（2）關(guān)鍵問題

涂布采用多臺(tái)電機(jī)的傳動(dòng)，輥與輥之間通過紙張相互以柔性方式連接。由于各輥徑與傳動(dòng)減速系統(tǒng)的誤差，以及紙張的厚度、拉力濕度和涂料成分造成紙張的伸縮性變化直接影響涂布的效果。

（3）解決方法

我們采用ACS600系列變須器運(yùn)用其主從控制方式中的速度控制方式對(duì)上述問題加以解決。設(shè)定某輥輪為主傳動(dòng)電機(jī)其他各輪為從傳動(dòng)，主機(jī)受外部控制信號(hào)和速度給定信號(hào)的控制，各從機(jī)通過光纖鏈接到主機(jī)上，其所有控制信號(hào)包括啟停、轉(zhuǎn)矩給定、復(fù)位等均由主機(jī)控制，各輥輪速度的調(diào)整可很方便地通過主機(jī)變頻器的內(nèi)部參數(shù)調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)可按工藝要求設(shè)定各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)速度比例關(guān)系。

在精度要求高的情況下，可加裝張力檢測(cè)裝置，將張力控制信號(hào)反饋給主機(jī)變頻器，與主機(jī)速度給定信號(hào)進(jìn)行比較后對(duì)變頻器輸出鏈進(jìn)行調(diào)整，從而保證涂布運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（二）多臺(tái)變頻器的統(tǒng)調(diào)、單調(diào)控制模式

1、工藝要求

在造紙生產(chǎn)過程中，速度鏈?zhǔn)窃旒垯C(jī)生產(chǎn)線電器傳動(dòng)中的一種重要控制功能。各傳動(dòng)點(diǎn)的線速度是否協(xié)調(diào)直接關(guān)系到紙張是否優(yōu)質(zhì)，車速能否提高。一條完整的生產(chǎn)線包括斜網(wǎng)部→吸水網(wǎng)→烘缸→涂布→壓光→卷紙等幾個(gè)重要環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)之間既需要統(tǒng)調(diào)升降速，同時(shí)又需要在各傳動(dòng)部位上加裝微調(diào)裝置，確保各點(diǎn)的線速度一致，實(shí)現(xiàn)全線的同步運(yùn)行。

在生產(chǎn)過程中，各部分傳動(dòng)點(diǎn)可能會(huì)出現(xiàn)紙張松緊不均的現(xiàn)象，此時(shí)需在不影響速度鏈的情況下進(jìn)行局部的張力控制。

2、設(shè)計(jì)方案

在考慮設(shè)計(jì)方案時(shí)，設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)應(yīng)抓住不同紙機(jī)生產(chǎn)線的特性及工藝對(duì)同步調(diào)速系統(tǒng)的精度要求。從表面上看造紙機(jī)是多臺(tái)電機(jī)的控制系統(tǒng)，實(shí)際上每臺(tái)電機(jī)只是工藝要求上的協(xié)調(diào)控制，并沒有機(jī)械上的硬性連接。因此對(duì)低速造紙機(jī)每個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)與變頻器可采用一帶一的開環(huán)控制模式。關(guān)鍵傳動(dòng)點(diǎn)可借助ACS600系列變頻器的軟件功能來實(shí)現(xiàn)張力的反饋控制，與手動(dòng)調(diào)節(jié)功能配合。在完成統(tǒng)調(diào)和升降速時(shí)，可借助同步控制器的功能與變頻器配合實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)位的統(tǒng)調(diào)控制。

（1）調(diào)速系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)由單調(diào)與統(tǒng)調(diào)兩部分組成。單調(diào)充分利用了變頻器的自身功能，即內(nèi)置的電動(dòng)電位器應(yīng)用宏可方便地實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制啟停、升降速。統(tǒng)調(diào)采用了變頻器配置同步控制器的方法將外部給定信號(hào)輸人到同步控制器輸人端，同步控制器各輸出端的電信號(hào)直接與每臺(tái)變頻器的外調(diào)節(jié)輸入端相連，實(shí)現(xiàn)同步啟動(dòng)，同步增減素的調(diào)節(jié)。為了補(bǔ)償各傳動(dòng)點(diǎn)線速度的誤差，可在各傳動(dòng)點(diǎn)設(shè)置微調(diào)裝置與同步控制器連接，進(jìn)一步完善單調(diào)與統(tǒng)調(diào)的控制模式保證了全線運(yùn)行的穩(wěn)定性。

對(duì)于某些頻繁調(diào)整的傳動(dòng)點(diǎn)，可在該處設(shè)置張力反饋裝置。

（2）同步控制器與變顏器配合實(shí)現(xiàn)統(tǒng)調(diào)的方法

在應(yīng)用同步控制器與變頻器組成的同步調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)重點(diǎn)把握兩點(diǎn)：一是如何擴(kuò)充同步控制器的控制點(diǎn)位來滿足多臺(tái)變頻器對(duì)各部點(diǎn)調(diào)速的要求；二是如何掌握同步控制器的給定信號(hào)與各調(diào)速點(diǎn)反饋信號(hào)的連接方式，實(shí)現(xiàn)同步調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

第一，擴(kuò)充同步控制器輸出點(diǎn)位的方法。

將首臺(tái)同步控制器第一單元的輸出與變頻調(diào)速系統(tǒng)主機(jī)的變頻器輸人端相連的同時(shí)，再與第二臺(tái)同步控制器輸入給定端相連時(shí)，應(yīng)將該單元的比例系統(tǒng)設(shè)定為1并設(shè)定給單元無反饋。以下各級(jí)以此類推。其他單元的輸入設(shè)定在首臺(tái)同步控制器第一單元的輸出上，其比例系數(shù)可按實(shí)際需要設(shè)定（該系數(shù)等于各分部點(diǎn)之間同步線速度的比例值）。各單元的反饋送系數(shù)也要根據(jù)運(yùn)行中各分部點(diǎn)的實(shí)際情況設(shè)定。

第二，同步控制反饋信號(hào)的連接方式。

同步控制反饋信號(hào)給定的原則一定要遵守生產(chǎn)工藝的要求，結(jié)合各種生產(chǎn)原材料的不同，車速、紙的標(biāo)準(zhǔn)及在調(diào)試中出的問題加以確定。

常采用的反饋形式有兩種：并聯(lián)反饋和申聯(lián)反饋。所謂并聯(lián)反饋形式是采用同步控制器的基準(zhǔn)電壓與反饋電壓進(jìn)行比較；而串聯(lián)反饋形式是把采用了同步控制器的輸出控制電壓作為下一級(jí)輸入反饋信號(hào)的比較電壓，以下各級(jí)以此類推。

在應(yīng)用中，并聯(lián)反饋方法適用于低速造紙機(jī)，特別在紙張有一定拉力和厚度的情況下調(diào)試方便，運(yùn)行穩(wěn)定，但精度稍差。同時(shí)要求在停車后同步啟動(dòng)時(shí)，反饋信號(hào)必須調(diào)零，啟動(dòng)后根據(jù)運(yùn)行情況再加入反饋信號(hào)。串聯(lián)反饋方法適用于運(yùn)行精度高，車速快，各同步點(diǎn)線速度要求誤差小的系統(tǒng)，特別表現(xiàn)在停車后同步啟動(dòng)的效果較明顯。但對(duì)開車技能不高，生產(chǎn)工藝掌握不全面的操作人員來說，應(yīng)用上有一定困難。

以上論述是筆者在生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中摸索總結(jié)出來的，有些方法還要在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中加以驗(yàn)證，并且在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一步改進(jìn)。總之，在造紙生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，變頻器控制調(diào)速的方式多種多樣，有待于工程技術(shù)人在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷地探索。