包裝印刷造紙機傳動系統(tǒng)設計方案(DOCX 69頁).docx

1、摘 要紙對于人們而言是必不可少的一種生活用品，在工作、學習當中都經(jīng)常會用到。并且在人類歷史的流傳以及文化的交流也起著極其重要的作用，在材料中屬于最基本的層次。在我國歷史長河中，造紙出現(xiàn)的極早，我國在這個領域當中技術也屬于走在世界前沿的，而這個行業(yè)對于我國經(jīng)濟的發(fā)展也有著極為重要的作用。目前，我國這個行業(yè)的特色是：行業(yè)內企業(yè)數(shù)量較多，但從規(guī)模而言都并不大，并且紙張的品種遠遠跟不上人們的需求，技術層次上并沒有突破，大多數(shù)工作都要依靠人力進行，對環(huán)境造成了惡劣影響。而根據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示，在企業(yè)方面規(guī)模中等的數(shù)量在三千左右，在造紙時，選擇的都是效率比較低的機器，也就是速度低于300m/min，并且在控制

2、系統(tǒng)方面選擇的也一般是開環(huán)方式；而速度屬于中等范圍，也就是300m/min到550m/min之間的，在工作時性能極不穩(wěn)定，會出現(xiàn)速度鏈無法達到一致，有時還會出現(xiàn)斷紙的現(xiàn)象，由此看來在制造機器時并沒有將可能發(fā)生的故障燈納入考量范圍，導致生產(chǎn)時出現(xiàn)事故的可能性較大，對企業(yè)也有很大的負面影響；而技術較為先進的機器，基本上都是從國外引進，因此在這方面的開銷也較大，對于企業(yè)的壓力也有所提升。而且因為這方面的限制，引進的機器必須包含有關的所有設備，并且在維修方面因為國內外的差異，造成了很大的阻礙，所以這類機器在真正使用時難度系數(shù)較大。而相關行業(yè)競爭相當激勵，我國技術方面也沒有較大的突破，所以要對這方面予以

3、足夠的重視，并且控制系統(tǒng)也要進行不斷完善，使得我國在競爭當中不至于處于劣勢地位。在上世紀八十年代，矢量變頻技術相對而言已經(jīng)較為先進，并且為了在實際應用當中，少一些阻礙，以ABB、SIEMENS、AB等公司為代表的電氣公司著手針對控制系統(tǒng)進行改進，利用公共直流母線進行技術上的突破，使得傳動更為順暢，并且在那個時期將其應用于各種相關的行業(yè)當中，如造紙。而在1994年，蘇州紫興紙業(yè)便逐步開始利用PPS-200系統(tǒng)，到后期，便從國外引進了這類系統(tǒng)構成的規(guī)模較大的造紙機，其控制便是利用上述提到的集散控制系統(tǒng)進行的，并且國內研究人員在國外技術的基礎之上，不斷進行學習和研究，到1997年，天津電氣傳動研究所

4、便開發(fā)了一種基于上述系統(tǒng)但具有自主知識產(chǎn)權的相似系統(tǒng)，并且在實際應用中效果也較好，至此，我國便在這方面不再需要依賴于國外的機器才能進行相應的生產(chǎn)制造。本文在簡要介紹造紙機的國內外發(fā)展情況和造紙機的基本結構，主要部分的功能以及工藝流程，機械傳動和變頻原理的基礎上,根據(jù)造紙機工藝及傳動特點，選用了ABB公司具有直接轉矩控制功能的ACS800系列逆變器和西門子公司的S7-400 PLC組成控制系統(tǒng)。這類機器可以借助參數(shù)的變化而改變操作的方式，以及實現(xiàn)不同的功能，進而達到目的。本控制系統(tǒng)是由ACS800逆變器通過PROFIBUS-DP通訊板與西門子 S7-400 PLC組成PROFIBUS-DP總線串

5、行通訊控制系統(tǒng)實現(xiàn)對紙機傳動點的啟動/停止、增速/減速、爬行/運行等控制功能。利用PLC編程達到控制的目的，對于速度鏈、負荷分配、張力等都可以開展，并且利用上述提到的各種配置組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，在精細程度上也有了大幅度的提升。這種應用PLC和逆變器構成的紙機變頻傳動控制系統(tǒng)能夠較好的完成紙機生產(chǎn)工藝中的多種控制功能。關鍵詞：造紙機，多傳動，可編程邏輯控制器，系統(tǒng)設計 Paper Machine Common DC Bus System DesignABSTRACTThis paper is briefly introduces the internal and external develop

6、ment situation and the basic structure of paper machine , the main part of the function and the technological process, based on the principle of mechanical transmission and frequency conversion, according to paper machine process and transmission characteristic, chose ABB ACS800 series with direct t

7、orque control inverter and Siemens S7-400 PLC control system. ACS800 inverter can be set parameters to choose different ways of operation and various functions to achieve control of the system. This control system is made up of ACS800 inverter through the Profibus-dp communication board with Siemens

8、 S7-400 PLC serial communication of Profibus-dp bus control system of paper machine transmission point start/stop, growth/deceleration, crawl/run control function. Through the PLC programming transmission control technology to realize the speed chain, load distribution and tension control function.

9、Through ACS800 inverter and feedback, pulse encoder board of closed loop control system, the transmission point to realize high precision control to the system. The application of PLC and inverter paper machine frequency conversion transmission control system can better to complete the paper machine

10、 in the process of production of a variety of control functions. KEYWORDS: Paper machine, Multi drive, PLC, System design1 緒論1.1 造紙機的發(fā)展現(xiàn)代造紙技術最早出現(xiàn)在17世紀，發(fā)源地是西方國家，在1799年法國就研發(fā)出了連續(xù)抄紙的機器，由羅貝爾特研發(fā)，其組成構建是兩個輥子以及在其之間的無端網(wǎng)，和所需的其他配件。1803年，法國人達都（Leger Didot）和英國機師唐金（B.Donkin）在上述機器的基礎上進行改良，發(fā)明出來第一臺可以在實際生產(chǎn)中大規(guī)模使用的機器，被人

11、們稱作唐金紙機。而在1908年，英國紙商福爾德黎爾（Fourdrinier）兄弟將上述提到的機器都收入囊中，變成了至今為止這類發(fā)明的唯一法。所以可以說，造紙機是由羅爾貝特發(fā)明，達都和唐金改進設計的，而由福爾德黎爾兄弟所投資，因而國外均將長網(wǎng)造紙機稱為Fourdrinier造紙機。而根據(jù)紙業(yè)的結構上的差異可以劃分為長網(wǎng)、圓網(wǎng)和夾網(wǎng)三種。前兩種在紙頁成型時借助的形式都是單面脫水，所以在最終紙張上兩面會有所差異，而最后一種利用的是噴漿達到兩面一起脫水的目的，有效減少上述情況發(fā)生的可能性。圖1-1 新一代造紙機在相關造紙步驟中極為重要，對于紙張最終形成起了決定性的作用，備受人們青睞。而我國相關行業(yè)領域

12、在經(jīng)過50多年的不斷創(chuàng)新和乳品之后，在技術方面也有了很大的提升，從剛開始的單機工作，到如今大規(guī)模的生產(chǎn)，在機器上的發(fā)展歷經(jīng)了下述四個時期:（1）起步階段從二十世紀五十年代后期，我國就針對造紙技術開始研發(fā)和創(chuàng)新，在這個時期，在政府的協(xié)助以及相關業(yè)界的幫助下，在上海，誕生了第一臺3150 mm紙機。而在計劃經(jīng)濟時期，相關行業(yè)利用的原材料主要是非木纖維，并且生產(chǎn)的主力軍企業(yè)規(guī)模都并不大，所用的也基本上都是單機，發(fā)展路徑主要為數(shù)量型為主。在這個時期，技術較為落后，機器配置不夠高，造出的紙張質量較大，大部分車速都低于160 m/min。（2）第一次提升而在二十世紀八十年代，在引進國外技術的基礎上，我國也

13、開展了相關的研究，在技術上有了新的突破。在后期，和美國貝洛依特（Beloit）公司共同創(chuàng)建了西貝造紙膠輥公司，其工作的范圍主要與高壓線壓膠輥有關；與芬蘭維美德（Valmet）公司共同創(chuàng)建了西安維美德造紙機械有限公司，工作內容以擋造紙機為主；并且還將奧地利福依特（Voith）位于當時世界前沿的有關部件和刮刀涂布機方面的先進技術也進行引進。在這個時期，創(chuàng)新發(fā)展，研究出了每天可以制造5075t的長網(wǎng)文化紙機以及100t的疊網(wǎng)紙板機及多圓網(wǎng)紙機，而在速度方面也有了新的突破，達到了最高450 m/min。（3）第二次提升在二十世紀九十年代，相關研發(fā)進一步深入，開發(fā)出來規(guī)模較大的造紙機，在這個時間段主要突

14、破的為蒸煮、制漿設備，利用不同類型的新型流漿箱、高沖量壓榨、袋通風、全數(shù)字電控系統(tǒng)；車速最高提到700 m/min，幅寬達到45 m,整機配置水平有較大提高。（4）第三次提升而在本世紀開始，相關行業(yè)發(fā)展的速度日益提升，在需求上也不斷突破，推動了行業(yè)不斷進步。盡管如此，和走在世界前沿的技術之間差異仍然很大，在設備上遠遠匹配不了相應的需求，進口設備的數(shù)量也在不斷提升。而隨著行業(yè)的興旺，國家也將更多的目光放在這方面，因此設備的研發(fā)更加順暢。而我國幾家規(guī)模較大的企業(yè)和歐洲的幾家進行了技術上的合作，從而使得我國相關技術能夠突破到新的層次，在這個時期，在機器和有關設備上都有了新的突破。而造紙行業(yè)的不斷進步

15、，并且加上我國的政府的協(xié)助，有了市場需求的刺激，相關設備制造行業(yè)也必然會迎來新的發(fā)展熱潮。而造紙機對于紙張的形成有著決定性的作用，結合有關的先進技術，并且在我國現(xiàn)今科學技術不斷突破的時代背景下，必定在將來的五年計劃中有著本質上的突破。1.2 造紙機的工藝流程（1）打漿與配漿打漿從其概念上進行分析，就是將紙漿中的纖維進行處理，使其更加緊密，并且纖維在進行這步操作時吸水可以潤脹，從而達到提升彈性的目的。而為了符合相應的標準，并且完善紙張中的不足，提升抄造性能，提升原料利用率，在實際操作當中往往將數(shù)量大于等于二的品種的紙漿以及步驟進行時不小心產(chǎn)生的損紙進行調配，將這個流程稱作配漿。（2）紙料的篩選與

16、凈化而為了進一步提升得到的紙張的品質，提高抄造速度，并且減少原料的浪費率，需要對紙料當中的雜質進行剔除。（3）輔料的添加輔料的作用是是的紙張的功能可以多樣化，其組成為填料、膠料、色料和所需的其他化學助劑。（4）施膠這步操作作用在于紙和紙板之間的液體可以達到更好的擴散和滲透的效果，為書寫提供便利，同時還避免了受潮的可能性。（5）染色和調色染色是指在紙張加工時將所需的色料，使其達到吸收不需要的光譜，發(fā)射所需的光盤的目的。而調色是在紙漿當中添加符合標準的藍色、紫藍色或紫紅色，使其與紙漿中可能表現(xiàn)出的淡橙、淺黃或橙黃色經(jīng)過調配最終呈現(xiàn)出白色。（6）加填在纖維懸浮液中添加和水的溶解度極小的顏料，提升和擴

17、展其性質。（7）助留和助濾劑助留的目的是將體積較小的纖維或者填料變成絮聚物，使其可以與纖維進行粘附，從而使其可以不被剔除。助濾是為了提升脫水的效率以及使得濾水達到新的質量層次，而使用頻率較高的是陽離子高分子聚合物。（8）增強劑分為增濕以及增干強度劑兩類。（9）紙料上網(wǎng)其目的在于不影響機器的車速和最終獲得的產(chǎn)品品質的前提下，將紙料流經(jīng)過上網(wǎng)前期步驟處理后，使其得以一種穩(wěn)定的狀態(tài)上網(wǎng)。（10）紙頁成形紙料在網(wǎng)上經(jīng)過濾水操作得到濕紙幅。（11）壓榨脫水濕紙幅借助毛毯到達壓榨元件之間的空隙當中，利用壓力進行脫水。（12）紙頁干燥工作的開展位置是干燥部，這個部件的作用在于對從上一步當中獲取的濕紙幅進行干

18、燥操作，使獲得的紙的強度以及平滑度得以進一步提升。（13）紙頁壓光操作時要借助壓光機，其目的在于不影響其他方面的基礎上，提升獲取的紙張的平滑度光澤度、厚度和紙幅的均勻性。（14）紙頁卷取卷紙機其作用是將抄造出來的紙卷成卷筒。（15）紙頁的完成和整飾包括復卷、切紙、選紙、數(shù)紙、打包和貯存等過程。1.3 與傳動相關的造紙機主要分部簡介1.3.1 紙漿流送設備與流漿箱流送系統(tǒng)的工作范圍從紙機貯漿槽到流漿箱的堰板。沖漿泵循環(huán)回路中主要完成的步驟是紙漿的稱量、濃度降低，并且將所需的助劑加入，同時開展所需的篩選凈化流程。而在特殊情況下，將漿槽和精磨機也納入上述系統(tǒng)。而一般情況下即便紙漿在貯漿槽中已經(jīng)清理完

19、全，但仍需利用篩選機和除砂器進行更深層次的清理，雖然在這一步篩除的殘渣量也極少。而這類系統(tǒng)根據(jù)機器的各種性質以及參數(shù)和紙張的品質的變化流程會有所差異，但基本上是沒有區(qū)別的。其基本流程如圖1-2所：圖1-2 流送系統(tǒng)基本流程圖流漿箱在造紙機當中是至關重要的一部分，其作用于圓管內的流漿，使其均一化，并且在液體中沒有絮聚和漿道（條痕）。這種設備雖然并不是制成最終紙張的，但仍然制約著紙張是否均已，若是獲得的漿流并沒有達到標準狀態(tài)，那到后期進行調整所需要的時間會更多。若是在這一步就完善到位，到網(wǎng)案時就只需要進行流程當中的操作就行，而這個設備的性能能否達到標準的關鍵部件在于流通系統(tǒng)和流漿箱。其基本組成如圖

20、1-3所示。圖1-3 流漿箱基本組成A布漿器 B堰池 C堰板 1方錐形總管 2孔板（均布元件）3勻漿輥（布漿器的整流消能裝置） 4堰池 5勻漿輥（整流元件） 6胸輥 7溢流槽 8箱體 9旋轉噴水管這個系統(tǒng)的相關設備和步驟對最終獲取的紙張以及運行時的順暢有著極大的作用。流送系統(tǒng)應該滿足下述要求：（1）在一定的造紙機車速下，送上造紙機的纖維量（按質量計）應保持穩(wěn)定，其偏差不應超過造紙機產(chǎn)品定量的允許偏差值；（2）保證紙漿中各種組成的配比穩(wěn)定；（3）保證送上造紙機的紙漿濃度、溫度、酸堿度等工藝條件穩(wěn)定；（4）供漿纖維量可按造紙機車速的變動或產(chǎn)品紙種定量要求進行調節(jié)；（5）保證紙漿的精選質量。1.3.

21、2 成形裝置這個裝置的目的就在于將紙料經(jīng)過一系列處理之后變成濕紙幅。需要利用紙料在網(wǎng)上的時間間隔達到目的，經(jīng)過濾水和其他所需步驟之后，使其均一化程度達到標準，并且所需性能符合要求。而紙張最終形成是利用成形網(wǎng)，因此又將其稱為成型部。部件當中成形器是關鍵的部件，按照構架的差異分為圓網(wǎng)、長網(wǎng)和多網(wǎng)。而較受人們青睞的是長網(wǎng)和夾網(wǎng)成形。其主要由下列部件組成（如圖1-4所示）。圖1-4 一種長網(wǎng)造紙機網(wǎng)案結構示意圖1胸輥 2成型板 3溝紋案板 4案板 5濕吸箱 6真空吸水箱 7真空伏輥 8驅網(wǎng)輥 9導網(wǎng)輥 10銅網(wǎng)張緊器 11銅網(wǎng)校正器布漿器的作用就在將獲取的流漿在網(wǎng)上噴灑均勻，并且流漿流動的速度和網(wǎng)的速

22、度達到一致。而兩者的速度決定著流漿箱的型號。全封閉水力式的工作是利用對沖漿泵壓力的調整達到控制速度的目的，其主要應用于速度較高的紙機；而氣墊式著手調整的方向是借助氣墊壓力，開敞式利用箱內漿位高度達到目標，前者較多應用于速度中等的，后者用于速度較低的。成形網(wǎng)的類型基本上采用無端環(huán)狀網(wǎng)，并且在結構上兩個輥部件之間因為構件之間的空間以及高低形成一個平直網(wǎng)面，用于脫水，一般將其成為網(wǎng)案，類型上一般是長網(wǎng)。而若是將這個裝置設置在圓形網(wǎng)籠上，使其形狀變成弧形，那么稱作圓網(wǎng)。而若是將有孔眼的設為網(wǎng)面，利用將其空間內形成真空的方式，加快脫水的速度，那么一般將其稱作真空圓網(wǎng)或者真空成形網(wǎng)。而若是紙漿的脫水利用兩

23、張長網(wǎng)之間的壓力進行，那么部件就稱作夾網(wǎng)成形器。這些不同類型的設備，利用的元件也有所差異，其目的都在于加快脫水。而元件根據(jù)其運作方式分為靜態(tài)、動態(tài)以及兩者兼?zhèn)?。第一種如脫水板、弧面真空箱等，第二種如案輥、真空成形輥等。而除了這些基本的紙機之后，還有借助多種類型的網(wǎng)綜合形成的成形部。夾網(wǎng)成形器其結構是利用兩張網(wǎng)之間的空間達到目的的部件（如圖1-5所示）。和上述提到的兩種器械之間的差異就在于濕紙幅的最終完成形式上的差異。夾網(wǎng)成形器的出現(xiàn)解決了長網(wǎng)造紙機和圓網(wǎng)造紙機存在的紙頁兩面性差嚴重、微觀勻度差和紙頁的Z向結構分布不均一等問題，雙網(wǎng)的夾持成形克服了“自由網(wǎng)面”的不穩(wěn)定性，使紙機的車速得到了很大的

24、提高，已成為造紙工業(yè)界的主流成形裝備。其結構上有很多分類方式，按照安裝的位置差異分為立式、水平式和傾斜式；按照利用的脫水元件不同分為刮板、輥筒和輥筒刮板成型器。圖1-5 夾網(wǎng)成型器的幾種結構類型簡圖（a）夾網(wǎng)成型器 （b）夾網(wǎng)輥筒成型器（Dominion工程公司） （c）夾網(wǎng)刮板成型器（Black Clawson公司）（d）夾網(wǎng)輥筒刮板成型器（Valmet公司）1.3.3 壓榨裝置壓榨裝置的作用在于使得濕紙頁在完成前面的流程之后在更高的壓力下脫去更多的水分。如圖1-6、1-7所示。雙輥壓榨的構成是兩根壓榨輥，上下形成空間。雙輥壓榨是最基本的壓榨形式，不僅廣泛應用于低速紙機得到壓榨部同時也應用于

25、現(xiàn)代化高速造紙機的壓榨部，由多輥組成的復式壓榨也是在它的基礎上發(fā)展而來的。按照其結構上的差異可以將其劃分為普通、真空、溝紋、盲孔、平滑壓榨等等。并且依照壓榨部的構件上的數(shù)量上的差異分為雙輥和復式壓榨，材料的性質上有硬和軟兩種，并且還有兩者混合使用的，如石輥和膠輥相配。圖1-6中速造紙機壓榨部的一種布置方式1驅網(wǎng)輥 2傳遞壓榨 3真空壓榨 4吸風式真空壓榨 5烘缸 6壓榨上輥的加壓提升裝置 7毛毯張緊器 8毛毯洗滌裝置（真空毯壓榨） 9真空吸移輥圖1-7 應用復式壓榨的一種壓榨部布置方式1真空伏輥 2真空吸移輥 3網(wǎng)毯壓榨的襯網(wǎng) 4毛毯 5毯壓榨 6石輥 7平滑壓榨輥 8烘缸 9真空壓輥 10溝

26、紋壓輥壓榨毛毯對于壓榨部而言極為重要，和最終脫水的結果以及紙張最后的性能息息相關，其作用在于將濕紙幅進行傳遞，將多余的水吸收，并且使得濕紙幅各個位置受到的壓力相等，避免不均勻的現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得紙張的性能進一步提升，利用真空、溝紋和盲孔壓榨都可以將壓力進行平均化，避免出現(xiàn)“影痕”的現(xiàn)象，并且使得壓榨部可以順利運行。在工作時，借助毛布將紙張拖起來，并且壓力均勻分布，將不需要的水分進行吸收，同時進一步提升脫水的效率和性能。而速度較低的機器利用2060的線壓力，較高的采用高達210線壓力，若是借助高沖量使得速度進一步提升，可將線壓力進一步提升到350，如濕抄機壓榨，將包膠輥制成真空壓輥、溝紋壓輥、襯網(wǎng)

27、壓輥、盲孔壓輥等，以更有效地將壓榨水帶離壓區(qū)，這些都是50年代以來采用提高壓榨脫水效率的新技術。之后又采用復式壓榨結構形成封閉引紙，它由二組或三組壓榨合并組成，由真空吸移輥將濕紙從成形網(wǎng)上剝離，而利用毛布使其順利到達壓榨部件，并且紙張傳遞空間就在壓輥間。彌補了傳統(tǒng)的紙張還要受到自重的限制，從最大程度上避免了斷頭出現(xiàn)的可能性。現(xiàn)在壓榨的紙頁干度可以從過去的3037提高到4345，有的甚至達到50。紙頁接觸光滑的硬輥面的次數(shù)或是粗糙膠面的次數(shù)以及各面的脫水量的多少，都會影響紙頁的表面質量。處理合理則可以明顯減少紙頁兩面平滑度的差異，反之也可以造成兩面平滑度差異增大。1.3.4 干燥裝置干燥裝置絕大

28、多數(shù)是由齒輪傳動或由毛布帶動若干個烘缸為一組，然后由若干組的烘缸構成干燥部。而這個部件根據(jù)最終獲取的紙張品種上的差異，借助干燥元件、蒸汽系統(tǒng)、冷凝水排除和處理系統(tǒng)、表面施膠系統(tǒng)（根據(jù)實際情況）等達到目的。其中烘缸為干燥部干燥元件的主體。如圖1-8所示。干燥部按照烘缸的個數(shù)不同可分為單烘缸干燥部和多烘缸干燥部。后者可以按照內部烘缸的排列的差異分為多排和單排兩種。并且內部烘缸的工作效率可以按照實際需求上的差異，進行調整，利用速度上的微小變化和紙張在干燥過程中可能產(chǎn)生的收縮現(xiàn)象進行互補。出干燥部的紙頁干度一般在9294左右。在干燥部末端，一般配有冷缸，使水氣能在冷缸面上凝聚。冷凝水可以濕潤紙頁表面以

29、利于在整飾中得到較佳的表面平滑度。其通過實際操作后可以發(fā)現(xiàn)直徑1.5m最符合標準。而單面光紙可以借助直徑較大的獲取光澤度較高的紙張，而其直徑波動范圍在37.5m之間。圖1-8 傳統(tǒng)多缸紙機雙排烘缸的干燥裝置1機架 2下排烘缸 3上排烘缸 4烘毯缸 5導毯輥 6自動張緊器 7自動校正器 8刮刀 9引紙輥 10下帆毯 11上帆毯 12引紙繩 13引紙繩自動張緊器 14裸露（不包毯）烘缸1.3.5 壓光機和卷紙機壓光機對于紙張而言作用便在于后期的修飾和調整，使其更加均勻和光亮，同時紙張更加平滑。紙張的毛刺更少，為后期的操作提供便利。壓光機分機（造紙機）內和機外兩種，機內壓光機位于紙機干燥部與卷紙機之

30、間，通常是由冷激鑄鐵或淬硬鋼或紙粕輥等材質制造的若干個輥子組成，垂直或者以一定的角度重疊安裝在機架上。經(jīng)過上述流程后，紙張的水分基本上脫去，下一步就是輥壓，在這一步操作之后便是到達卷紙部。壓光輥的數(shù)量根據(jù)紙機的速度變化進行調整，速度較低一般使用三至六根，速度較高的則使用八至十根，特殊情況可以使用十根以上。而壓光機根據(jù)材料和組成的不同可以分為硬的和軟的兩種，其主要組成如下圖所示。圖1-9 壓光機（a）雙側機架 （b）單側機架1底輥 2中間輥 3頂輥 4機架 5加壓及提升機構 6壓縮空氣引紙裝置 7、8弧形舒展桿 9走臺 10中間輥軸承臂卷紙機是配置在造紙機最末端的一個聯(lián)動設備。其作用在于使得到達

31、這個部件的紙張卷起來，為下面的流通提供便利。而輥式卷紙機的主要構成為卷紙缸和一對搖臂支架，后者還包括卷紙軸。其位置在于前者的上分，前者的運行方式趨于自動化，將紙卷起來是借助兩者之間因為運動和壓力產(chǎn)生的摩擦力進行的，所以紙張之間的緊密和兩者之間的壓力息息相關，而傳統(tǒng)的機器中，就沒有這方面的調整不見。而若想紙張之間緊密沒有差異，在之后的設計當中加入了氣動加壓缸裝置。而此外，為了降低換輥對紙張緊密程度的影響，有些機器設置了待卷紙軸的加速裝置。如圖1-10所示。圖1-10 軸式卷紙機結構示意圖1機架 2傳動側機座 3卷芯軸 4紙卷芯 5紙卷 6減速箱 7電動機 8離合器 9引紙輥 10軸承座卷紙機在進

32、行工作時并不是自主進行的，要依靠其他部件進行控制，而母卷的直徑和所需的相同時，就會轉移到換卷的位置上，而卷軌道又回到新的紙張來的地方，而空紙軸達到相應的目的之后，到達卷取滑架上。而到這里紙張就可以被切斷，而一頭重新再進行卷紙，這樣往復循環(huán)。從中可以看出，在進行換卷的操作時，需要借助所需的設備進行控制，而其中母卷脫離和空軸啟卷兩步操作的銜接處于被控制的狀態(tài)，可以達到順暢的狀態(tài)，使得兩者上的紙張受損的可能性降到最低，進而保障紙張浪費達到最少。1.3.6 傳動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)是將紙機各部位聯(lián)接同步運轉，使機械電氣構成一體。由機械減速裝置、調速穩(wěn)速裝置、分部傳動裝置等構成，均采用電力為動力源。分為三級控制

33、：（1）執(zhí)行對交流電動機的速度、電流、張力等參數(shù)的控制。（2）操作臺配置智能化操作面板與PLC實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信。后者是對紙機的相關參數(shù)進行調整，使得不同部件之間可以銜接順暢，并且對于獲取的指令可以嚴格執(zhí)行，此外，對于部件的下一步可以進行嚴格控制。（3）監(jiān)控系統(tǒng)的作用就在于嚴格控制所有的傳動點，并且保障系統(tǒng)運行順暢。監(jiān)控系統(tǒng)要留有通用管理接口，供工程維護用。2 造紙機傳動控制系統(tǒng)簡介2.1 造紙機傳動控制概述一般的造紙機如圖2-1所示，由流漿箱、成形裝置、壓榨裝置、干燥裝置、冷缸、壓光部、卷取部等部分組成。機器工作時，其工作的流程主要是第一，將制漿車間傳遞過來的紙漿進行成形，后脫水，再烘干，最后

34、卷成卷紙。而流漿在傳動過程中形成紙張，過程中由于伸縮度上的差異，使得不同的構件速度有所不同，將其稱作速查。此外，為了使得兩者也就是伸縮度和速度之間相匹配，就需要增加一個速度控制系統(tǒng)，進而保障機器運行的穩(wěn)定和紙張的平均。不同的紙機，控制的速差也不一樣，一般低速紙機約為0.1%左右，高速紙機約為0.050.01%左右。圖2-1 長網(wǎng)造紙機的系統(tǒng)結構總圖1流漿箱 2成型部分 3壓榨部分 4烘干部分 5水平施膠壓榨 6壓光機 7卷紙機 傳動方面根據(jù)不同的部件劃分為總軸和分部兩種。前者因為各方面的限制，尤其是速度方面已經(jīng)基本上不再使用，目前大多數(shù)機器選擇都是后種。而過去利用電氣系統(tǒng)進行傳動，也進行了創(chuàng)新

35、，擺脫了模擬可控硅調速方式，利用科技上的突破，研發(fā)出利用計算機來進行控制速度的系統(tǒng)，也就是公共直流母線系統(tǒng)，控制級上也有所突破，轉變?yōu)槿壙刂品?。而在這方面的控制上系統(tǒng)的運行速度以及負載一般不會發(fā)生變化，而根據(jù)特性上的差異將其劃分為速度、轉矩、負荷分配三種。而對其要求便是速度保持一致不變，一旦發(fā)生變化可以迅速進行調整，減小其影響。而其主要控制系統(tǒng)為下列幾種：至下一分部第一分部第二分部第三分部總車速加速減速第一臺變頻器b1加速減速緊紙松紙第二臺變頻器b2加速減速緊紙松紙第三臺變頻器圖2-2 造紙機速度鏈結構簡圖（1）全數(shù)字速度鏈控制：利用的是自動化的方式，從第一個點開始，逐個進行控制，形成數(shù)字化

36、的銜接。如圖2-2所示。（2）速度閉環(huán)控制：借助電機進行控制，而頻率上有所變化，電流方式可分為交流和直流，并且依照實際要求，利用光電編碼器進行控制和調整，速度控制精度在0.0010.1%。如圖2-3所示。調節(jié)器晶閘管主給定附加給定圖2-3 造紙機速度閉環(huán)控制簡圖（3）傳動組間負荷分配控制：其控制主要是針對不同的電機之間負荷是否不會對機器有所影響而進行的，對于設備對電機的要求相匹配，控制精度一般在25%。如圖2-4所示。變頻器1去下分部變頻器3變頻器2負荷分配控制器速度鏈速度鏈速度鏈圖2-4 造紙機負荷分配簡圖（4）張力控制：間接或直接張力控制方式。利用逐個擊破的方式，也就是不同部件分別控制速度

37、的形式來控制張力，控制精度一般在25%。如圖2-5所示。調節(jié)器晶閘管張力傳感器張力調節(jié)圖2-5 造紙機張力控制閉環(huán)簡圖2.2 公共直流母線技術這類系統(tǒng)在速度較大的紙機中廣受人們青睞，其具有強大的性能，如在控制方面可以達到高度同步，對所需的制動裝置數(shù)量限制到最低等，如圖2-6所示。相關新型技術的不斷突破，在造紙行業(yè)帶來的便是對紙機的控制更為智能化，基本上都采用了全數(shù)字交流變頻傳動控制技術，并且降低了電能的浪費率，運行時穩(wěn)定系數(shù)高，減少了維修的次數(shù)，盡管這方面費用有所提升。此外，變頻調速這種操控方式，使得電動機在即將開始工作時，電壓在整流橋兩端增加，并且反向進行，而對系統(tǒng)輸入電壓之后，變化為不可逆

38、二極管整流，所以最終的結果便是電壓過高，系統(tǒng)跳閘。并且再生制動能量產(chǎn)生的速度比消耗速度高，變頻跳閘、停機是必然會發(fā)生的，導致機器不能正常工作。而上述提到的技術便是用于這類情況中，借助整流/回饋裝置使得系統(tǒng)獲得功率不變的直流電壓，利用逆變器和母線進行銜接，系統(tǒng)運行時，電動狀態(tài)逆變器根據(jù)這種結構獲取電能；發(fā)電狀態(tài)，能量利用這種結構回到電網(wǎng)，進而不僅僅減少了能量的損耗，同時使得系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，由此維修次數(shù)可以進一步減少，系統(tǒng)的體積也會降低。而若沒有特殊情況，整流或者整流回饋單元的容量小于所供電的電機或逆變器的全線交流電機容量之和。圖2-6 公共直流母線系統(tǒng)基本圖具體的說，公共直流母線有以下優(yōu)點：（

39、1）高效節(jié)能。由上述可以得知這個系統(tǒng)利用了新型的傳動技術，所以減少了電能的浪費率，并且再加上集中整流技術,因此在過去的基礎上再減少了815%左右的能量。（2）抗干擾能力強，穩(wěn)定性好。借助集中整流技術使得不同的逆變器在內部電壓達到一致，并且母線優(yōu)勢突出，在穩(wěn)定方面性能更強，這類系統(tǒng)對于外界環(huán)境的變化適應性更強，例如對于三相輸入電壓擾動可以很快適應，而這種控制方式在精細度方面也有喊打的優(yōu)勢，在諧波方面可以有效抑制。（3）結構緊湊，節(jié)省空間。這類系統(tǒng)在逆變器上利用的是變頻的類型，因此將整流結構轉化為公共單元，減小了空間浪費，并且工作性能好，若是出現(xiàn)突發(fā)狀況，如發(fā)電功率過高，這時候可以借助一個總制動系

40、統(tǒng)，進而減少了這類外圍設備的數(shù)量，不再需要額外的制動單元、電阻等，和單臺的類型相對比，尺寸較小，對于熔斷器、開關及網(wǎng)側進線電抗器等可以集中利用，減少了空間，不需要經(jīng)常維護，是的設備更加穩(wěn)定，性能更高。（4）安全性高，可靠性好。這類新型系統(tǒng)在泵升壓時可以控制其不過度，在實際應用當中，可以使得因為其他因素影響導致在發(fā)電的電機多余的能量回到母線上，帶動其他電機工作，除了這些能量大于其他電機工作所需的能量，剩余的才需要回到電網(wǎng)或者利用制動將能量使用，這樣一來，減少了跳閘等系統(tǒng)不穩(wěn)定造成的現(xiàn)象產(chǎn)生的可能性。并且其供電單元變成了可逆整流時，能量達到了循環(huán)的狀態(tài)，因此構成了一種四象限系統(tǒng)，附加有回饋制動，例

41、如在速度較大的機器當中就能很好的適用。理想狀態(tài)中供應的電壓呈現(xiàn)的應當是正弦波形，但在實際操作中，波形會因為相關因素的影響而達不到標準狀態(tài)，也就是導致了諧波的額外產(chǎn)生。究其原因，根源在于需要供電的設備還包括一些沒有線性的電氣設備。這種現(xiàn)象導致的后果就是：加大了能量的損耗和浪費；相應設備利用的效率有所降低；需要供電的設備不能順利運行；導致電壓過高或者電流過大，使得變壓器熱度過高；導致設備當中電容器、電纜熱度過大，減少了使用周期；導致公用電網(wǎng)局部諧波，有可能還會造成兩種聯(lián)接方式的諧振；使得裝置在工作時出錯的概率進一步增加。此外，諧波可能會導致電氣設備無法順利運行，如使其產(chǎn)生額外的振動、噪聲，其使用周

42、期會進一步縮短；相關用于測量的儀器精密度達不到應有的標準；對和其相鄰對設備系統(tǒng)造成負面影響，程度較輕的是使其無法順利工作，產(chǎn)生過高的噪音，程度較重導致數(shù)據(jù)的丟失。由此看來，諧波導致的負面影響涉及各方面，因此借助一些設備對其進行控制是必不可少的。整流器在實際運用中在各個領域都較多，而在設備當中，交流電源電流類型基本上都是矩形波，其來源于電流和諧波電流兩部分，借助傅氏級數(shù)獲得高次諧波分量（第n次諧波電流有效值）與基波分量（基波電流有效值）之比最大為，觸發(fā)控制角的減小和換相重疊角的增大帶來的是諧波分量的增大，各主要國家高次諧波管理標準比較，如表2-1所示。表2-1各主要國家高次諧波管理標準比較電壓畸

43、變率%諧 波系統(tǒng)電壓/KV奇次%偶次%英國431.956.611美國一般電力5，專用82.469德國5.83、7次1030澳大利亞5233日本30.75配電系統(tǒng)中國1052配電系統(tǒng)根據(jù)相關的研究數(shù)據(jù)和結果進行探討可以發(fā)現(xiàn)：整流器如何進行工作和諧波電流之間息息相關，因此在針對這方面進行調整時，可以借助重疊角、換相壓降以及諧波測算，進一步提升運行的穩(wěn)定性，控制角接近40，重疊角在8左右時通常這時候諧波最大，因此利用計算的方式，選擇較為正確的變壓器，從而減小諧波。2.3 PLC在紙機傳動中的應用我國經(jīng)濟的不斷進步，帶動人們對于紙張的品種要求更多，而借助自動化的生產(chǎn)設備可以解放勞動力，并且還可以提升其

44、品種和產(chǎn)量。在涉及到的有關行業(yè)領域當中，如塑料、印染等，涉及到的同步傳動單機數(shù)量都較大，并且各自運行。還要求不同的單元生產(chǎn)的產(chǎn)品在線速度上沒有差異，也就是同步運動。而造紙機器從其類型上而言較多，傳動結構差異較大，但基本組成是相同的，即壓榨、烘干、壓光、卷取等構成，并且不同的構件各自帶有電機。而至今為止對于速度的調控性能最高的是變頻的方式。而其控制一般是借助兩種類型進行的，其一是PLC控制，另一類是IPC機或工控機控制。而其關鍵的器件包括計算機PLC、DCS等。而規(guī)模較大的器械構成的系統(tǒng)需要電機的一般都大于二十個，電機之間也緊密聯(lián)系，在單個環(huán)節(jié)導致的誤差都往往高于造紙。因此在對電機進行控制時要根

45、據(jù)相關參數(shù)的設定為標準進行，而PLC在開關量控制方面就較為有利。下面以西門子S7-400系列為例簡要說明造紙機機械的控制系統(tǒng)結。觸摸屏CPU通訊板I/O模板現(xiàn)場變頻器操作臺MPI接口圖2-7 系統(tǒng)結構圖如圖2-7所示，PLC的通訊板進行數(shù)據(jù)的傳輸是利用485通訊與各變頻器進行的，工作方式一般都是主動地，而變頻器自己就帶有通訊地址。需要進行傳輸?shù)男盘柊刂坪娃D臺兩方面，前者包括啟動、停止、速度設定值，后者包括：報警、當前速度。而此外，和其相連的還有觸摸屏，借助MPI接口連接CPU，這個部件的作用就在于隨時更改和調整速度，并且可以進行實時監(jiān)控，對有關的數(shù)據(jù)及時記錄，并將其進行存儲以備以后使用。P

46、LC與操作臺相連方式是借助開關量。紙機的規(guī)模和操作臺數(shù)量息息相關，一般在五至七個之間，分別是網(wǎng)部1個、烘干部2個、干部2個、卷紙1個。一般的操作臺上自備緊急停車、單臺電機的啟動、停止，單臺電機速度微升、微降的按鈕。并且借助開關量使指示燈開始工作。3 造紙機傳動系統(tǒng)主要設備的介紹3.1 多傳動模塊3.1.1 逆變器的選型逆變器選型時要確定以下幾點： （1）采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。（2）逆變器的負載類型：如葉片泵或容積泵等，特別注意負載的性能曲線，性能曲線決定了應用時的方式方法。（3）逆變器與負載的匹配問題： （a）電壓匹配：逆變器的額定電壓與負載的額定電壓相符。 （b）電流匹配：普

47、通的離心泵，逆變器的額定電流與電機的額定電流相符。而特殊的裝備就要依照有關的參數(shù)，根據(jù)其能夠承受的最高的電流對其性能進行確定。（c）轉矩匹配：這種情況在恒轉矩負載或有減速裝置時有可能發(fā)生。（4）在利用逆變器帶動電機工作時，因為電機速度較高的狀態(tài)下電抗較小，因此會導致高次諧波的提升，對外的電流增加，所以在進行選擇逆變器類型時，容量方面要適當增加標準。（5）而其在使用時要利用長電纜，就需要考慮其對地耦合電容的控制影響，減少變頻器的壓力，因此，對容量上的要求會更高，或者采取額外安置一個輸出電抗器的途徑。（6）對情況特殊的場合，如溫度過高、海拔較高等，逆變器的容量會有所降低，所以對其要求要有所提升。3

48、.1.2 ABB-ACS800逆變器這個類型的逆變器在屬于率先借助新型技術的類型，其利用直接轉矩控制技術（DTC）使得不需要光碼盤或測速電動機就能達到精準控制電動機的速度和轉的目的。（1）將DTC技術和模糊控制理論合二為一，構成高性能、低成本的逆變器調速產(chǎn)品，并且性能大大優(yōu)于矢量控制逆變器。（2）定子磁通和轉矩是最重要的需要控制的變量，將新型智能化的處理器結合相關的電機模型使得其更新速度高達40000次/秒，在狀態(tài)上明顯更有優(yōu)勢，并且各種相關的值不斷變化，逆變器開始運行以及停止運行都可以被控制，也就是傳動可以收到更精準的控制，并且對于外界環(huán)境的變化可以進行對應的調整。此外，其不需要額外增加的P

49、WM調制器，所以在斬波頻率上無法進行限制，再具體操作時，也不會產(chǎn)生額外的造成，那么在電能上的損耗可以進一步降低。（3）ACS800的標準配置內置電抗器，在輸入方面有效減少諧波含量，大大降低了逆變器的電磁輻射，同時濾波電容器免受電壓、電流的沖擊。（4）豐富、靈活的輸入輸出口定義功能，可在大多數(shù)應用場合，實現(xiàn)用戶要求而不需要附加任何附加電路。（5）ACS800的控制盤有4種不同額鍵盤模式：實際信號和故障記錄顯示模式、參數(shù)模式、功能模式和傳動選擇模式。在實際信號顯示模式中可以同時監(jiān)視3個實際信號，諸如頻率、轉速、電流、流量等信號。（6）ACS800的優(yōu)越性能（a）電流斷電時的運行。ACS800將利用

50、正在旋轉著的電動機的功能繼續(xù)運行，只要電動機旋轉并產(chǎn)生能量，ACS將繼續(xù)運行。（b）零速滿轉矩。由ACS帶動的電動機能夠獲得在零速時電動機的額定轉矩，并且不需要光碼盤或測速電動機的反饋。（c）起動轉矩。DTC提供精確的轉矩控制使得ACS800能夠提供可控且平穩(wěn)的最大起動轉矩。最大起動轉矩能達到200%。（d）自動起動。超過一般變頻器的分升起動和積分起動的性能。因為ACS800能在幾ms內測出電動機的狀態(tài)，不管什么情況都可以在0.48s內迅速起動。而矢量控制逆變器則需大于2.2s（e）磁通優(yōu)化。在優(yōu)化模式下，電動機磁通被自動地適應于負載以提高效率，同時大幅度降低電動機的噪聲。因為磁通性能上的提高

51、，基于不同的負載，逆變器和電動機的總效率可提高1%10%。（f）磁通制動?？梢越柚鷮Υ艌龅奶嵘沟盟俣饶軌蜓杆俳档汀＝柚鶤CS對電動機可以實時監(jiān)視，并且在磁通制動步驟時監(jiān)視可以同步進行，這個步驟對于電動機的停止工作以及轉速之間的變動有極大的作用，但其他品牌的這類設備就沒有這種作用。（g）精確速度控制。ACS800的動態(tài)轉速誤差在開環(huán)應用時為0.4%s，在閉環(huán)應用時為0.1%s。而矢量控制逆變器在開環(huán)時大于0.8%s,閉環(huán)時為0.3%s。ACS800逆變器的靜態(tài)精度為0.01%。（h）精確轉矩控制。動態(tài)轉矩階躍響應時間，在開環(huán)應用時能達到15ms，而矢量控制逆變器在閉環(huán)時需1020ms，開環(huán)時為

52、100200ms。（7）ACS800的技術數(shù)據(jù)（a）供電電網(wǎng)連接 三相供電電壓： V V V 頻率： 4863Hz 短路能力： IEC 439 功率因數(shù)： （基波） （總值） 額定功率時效率： 98%（b）電動機連接 三相輸出電壓： 頻率控制： 0300Hz 弱磁點： 8300Hz 電動機控制軟件： ABB的直接轉矩控制（DTC） 轉矩控制： 轉矩階躍上升時間： 開環(huán) 5ms（在額定轉矩下） 閉環(huán) 5ms（在額定轉矩下） 非線性： 開環(huán) 4%（在額定轉矩下） 閉環(huán) 1%（在額定轉矩下）（c）速度控制 靜態(tài)精度： 開環(huán) 10%（電動機轉差） 閉環(huán) 0.01%（額定速度） 動態(tài)精度： 開環(huán) 0.3

53、%0.4%s（100%轉矩階躍） 閉環(huán) 0.1%0.2%s（100%轉矩階躍）（d）標準控制線的連接 3個差動模擬輸入口： 1個電壓源信號，2個電流源信號 6個數(shù)字輸入口： DC24 2個模擬輸入口： 020mA 3個繼電器輸入口： 5A/AC220V 無緣觸電（e）柜體 防護等級： IP21（標準） 噴漆顏色： 淺米色RAL70353.1.3 ABB-ACS800 多傳動模塊簡介ABB工業(yè)傳動在靈活性上極高，對于客戶的各種層次上的需求都能夠滿足。而大部分商品的去處都是系統(tǒng)集成商、OEM廠商和最終用戶。這些傳動產(chǎn)品涵蓋了很寬的功率和電壓范圍，其中包括最高為690V的工業(yè)電壓。多傳動屬于產(chǎn)品中的

54、一種品種，主要組成是公共直流母線，并且還包括其他有關的模塊。這種母線的作用是輸出電壓。而這種電壓的來源只有整流單元。整流單元的類型有很多，包括二極管整流單元和有源IGBT整流單元。圖3-1 ABB多傳動模塊如圖3-1所示，ABB多傳動可以應用于任何多個傳動點組成的單一控制過程。多傳動的公共整流單元實現(xiàn)了裝置的整體安全性和控制功能。工業(yè)傳動電機的軸承的耦合程度可大可小。在強耦合的應用中，如造紙機，在多個傳動模塊間，每一個單獨的ABB傳動模塊提供轉矩和控制信號的高速通訊，可以控制紙張的張力。而在工業(yè)傳動電機的軸承沒有強耦合的應用中，如離心榨糖機，每一個驅動模塊可以編程設定速度，以達到整體節(jié)電的目。

55、(1) 基本設計理念（a）公共直流母排；（b）單一輸入功率連接；（c）不帶制動斬波器或不帶再生式供電單元時，驅動電動機的逆變器之間內部分配能量，有發(fā)電，有電動；（d）降低輸入線電流；（e）節(jié)能；（f）節(jié)約電纜、安裝、維護成本；（g）不需要使用獨立的MCC（電動機控制中心）；（h）集成化和緊湊設計；（i）結構簡單、模塊化和冗余性；（j）全球產(chǎn)品，全球支持；（k）公共ABB傳動技術，與單傳動相似。（2）冗余設計（a）并聯(lián)模塊具有冗余功能；（b）每一塊模塊都是一臺完整的三相逆變器；（c）如果一臺模塊故障，其他仍能繼續(xù)輕載運行；（d）減少故障停機時間，恢復快；（e）傳動設計獨特ABB以前的傳動沒有，其他競爭對手也沒有這設計。（3）ACS800的減輕負載運行若是其中一臺儀器不能正常運行，將其進行隔離，并且將相關信息傳送到控制臺中，用戶需要認可，并對電流進行控制后不影響其運行。一個ABB多傳動組成如下圖所示。將其稱為多傳動單元（如圖3-2所示），其中最重要的單元有：輔助控制（ACU）、進線（ICU）