造紙機(jī)變頻改造設(shè)計(jì)方案解決方案

1、造紙機(jī)變頻改造設(shè)計(jì)方案關(guān)鍵詞：造紙機(jī) 節(jié)能降耗 上位監(jiān)控變頻器摘要：目前我國多分部同步速度控制的中小型造紙?jiān)O(shè)備依然采用以直流調(diào)速技術(shù)作為電氣系統(tǒng)的核心來配合工藝要求，耗電量大，在全國節(jié)能降耗的大背景下很有必要對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。一 、慨述 造紙企業(yè)是高能耗企業(yè)每噸紙所耗電能在500 度以上，電能消耗十分嚴(yán)重。傳統(tǒng)的造紙機(jī)械的采用SCR 直流調(diào)速（大功率）和滑差電機(jī)（小功率）傳動(dòng)， 在生產(chǎn)過程中經(jīng)常由于機(jī)械磨損、傳動(dòng)帶的打滑等因數(shù)造成速度匹配失調(diào)，形成斷紙、厚度不均等現(xiàn)象。為了降低能耗、優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、現(xiàn)代化的造紙?jiān)O(shè)備多采用多電機(jī)分部傳動(dòng)，即在每一個(gè)傳動(dòng)分部安裝交流電動(dòng)機(jī)并配制相應(yīng)的

2、特制變頻器、要求各分部能夠不僅實(shí)現(xiàn)同步控制，而且能夠在一定的范圍內(nèi)調(diào)速。全數(shù)字化的控制系統(tǒng)使設(shè)備的自動(dòng)化程度提高了一個(gè)檔次， 它特有的全程在線監(jiān)控系統(tǒng)讓用戶非常清晰的了解到設(shè)備的生產(chǎn)現(xiàn)狀。二、 方案設(shè)計(jì)1、造紙工藝造紙機(jī)械的基本組成部分按照紙張形成的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機(jī)、卷紙機(jī)等。其工藝為流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型，在壓榨部進(jìn)行壓縮使紙層均勻，經(jīng)過前干燥進(jìn)行干燥，接著進(jìn)入后壓榨進(jìn)行施膠，再進(jìn)入后干燥器烘干處理，然后利用壓光機(jī)使紙張平滑，最后通過卷紙機(jī)形成母紙卷。2、控制方案造紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)是一種轉(zhuǎn)速恒定、負(fù)載基本恒定的穩(wěn)速系統(tǒng)。從控制特性上可分為：速度控制、

3、轉(zhuǎn)矩控制、負(fù)荷分配控制三種基本控制方式，其控制要求為速度長(zhǎng)期穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)恢復(fù)時(shí)間盡可能短。根據(jù)紙機(jī)對(duì)象特性控制方案可歸納為多分部同步速度控制鏈控制、負(fù)荷分配控制分部控制系統(tǒng)這兩種典型的結(jié)構(gòu)形式。負(fù)荷分配控制分部方案通常應(yīng)用于大型的造紙?jiān)O(shè)備上，具有功率大線速高等優(yōu)點(diǎn)，但其控制系統(tǒng)成本高，不適合應(yīng)用于中小型造紙機(jī)上。多分部同步速度控制是利用恒轉(zhuǎn)矩電機(jī)和矢量變頻來實(shí)現(xiàn)速度同步功能實(shí)現(xiàn)整機(jī)同步，同時(shí)利用變頻的矢量控制功能來修正設(shè)備分部因負(fù)荷變化而導(dǎo)致的速度變化。具有調(diào)速廣、成本低、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，多用于中小型造紙機(jī)。下面我們具體介紹一下造紙機(jī)上使用的多分部同步速度傳動(dòng)系統(tǒng)：造紙機(jī)由紙漿到形成紙張，需經(jīng)過

4、多個(gè)分部，因此是一個(gè)多單元的速度協(xié)調(diào)系統(tǒng)。各個(gè)分部間的速度要求嚴(yán)格配合，根據(jù)工藝流程，一般有下表所示關(guān)系，只要其中一個(gè)分部速度不穩(wěn)，就會(huì)無法維持生產(chǎn)，紙幅不是斷裂，就是松垮下來。如果整臺(tái)紙機(jī)車速不穩(wěn)，就不能保證紙張的定量(每平方米紙頁的質(zhì)量) 不變。因此要求紙機(jī)的各分部都能穩(wěn)速。且各分部之間滿足一定的速比關(guān)系； 此時(shí)應(yīng)采用多分部同步速鏈控制系統(tǒng)。一般造紙機(jī)各分部的速比關(guān)系造紙機(jī)各分部的速比各部名稱以粘狀漿制成紙張（如電容紙、仿牛皮紙） 一般紙張（如書寫紙、印刷紙）伏輥 89-9194-95.5第一壓榨 94-96 96-97第二壓榨 97-98 97.5-98第三壓榨 98.5-9998.5-

5、99干燥部100100壓光機(jī) 100.05-100.15 100.05-100.15卷取機(jī) 100.10-100.30 100.10-100.301多分部同步速度鏈控制原理假設(shè)造紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)有n 個(gè)分部，各分部速度分別為：N1、N2、.、Nn，相鄰兩個(gè)分部速度比分別為K1、K2、.、Kn-1，那么可有如下關(guān)系式：N2K1 N1N3K2 N2K2K1 N1N4K3 N3K3K2K1 N1.NnKn-1 Nn-1Kn-1.K1 N1上式中N1為第一傳動(dòng)點(diǎn)的速度，也稱為全線速度。改變?nèi)€速度N1，其余各傳動(dòng)點(diǎn)速度N2、.、Nn 都會(huì)隨之成比例改變，但改變速比K i（i=1、2、.、 n-1），只有第

6、i 個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)后面的傳動(dòng)速度會(huì)改變，i 之前的各傳動(dòng)點(diǎn)速度不會(huì)改變。例如：調(diào)整速比K3，傳動(dòng)速度N4、N5、.Nn 都會(huì)改變，但N1、N2、N3 不會(huì)改變2多分部同步速度鏈控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)這種系統(tǒng)的特點(diǎn)是各傳動(dòng)點(diǎn)之間只存在速比關(guān)系，無負(fù)荷分配控制。這種系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單，可以滿足多種紙機(jī)和變頻器相結(jié)合的需要，同步速度鏈可以是模擬式速度鏈、數(shù)字式速度鏈以及PLC程序式速度鏈，以下分別說明其原理。1）模擬式速度鏈這種速度鏈在直流傳動(dòng)時(shí)代就已經(jīng)被采用了，其原理如下圖所示。其中N1是全線速度，只有第一傳動(dòng)點(diǎn)能改變?nèi)€速度，其余各點(diǎn)只能微調(diào)，范圍大約在5-10之間。模擬速度鏈的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、靈活、成本低，缺點(diǎn)是抗干

7、擾能力較差，當(dāng)信號(hào)線較長(zhǎng)時(shí)使用受到限制，存在可靠性差、功能不足等缺點(diǎn)。2）PLC 程序式速度鏈對(duì)于大型多傳動(dòng)點(diǎn)的紙機(jī)能很好的解決模擬式速度鏈的可靠性差、功能不足等問題。該控制器采用進(jìn)口的可編程序控制器（PLC）作為現(xiàn)場(chǎng)的控制中心，設(shè)備所有的輸入控制開關(guān)、保護(hù)接點(diǎn)及輸出點(diǎn)通過光電隔離進(jìn)出PLC，有效屏蔽掉了現(xiàn)場(chǎng)的干擾信號(hào)，中央處理器運(yùn)行的可靠運(yùn)行得到保障。原來的電氣驅(qū)動(dòng)部分采用直流調(diào)速。改造后將采用以PLC工控機(jī)作中央控制器控制多變頻全數(shù)字化的控制系統(tǒng)（見圖1）。依據(jù)具體控制要求設(shè)計(jì)控制方案如下：（1）PLC 對(duì)八臺(tái)特制變頻器均采用閉環(huán)矢量控制，從而增加變頻調(diào)速的控制精度及系統(tǒng)的啟動(dòng)能力，實(shí)現(xiàn)在

8、線無級(jí)調(diào)速（見圖2）。各電機(jī)之間相互關(guān)聯(lián)同步，驅(qū)動(dòng)器具有同步加減速功能。（2）整機(jī)速度的調(diào)整可由生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作工在觸摸屏上輸入數(shù)字完成亦可由值班室人員在工控機(jī)上輸入完成。設(shè)備生產(chǎn)速度由以下公式計(jì)算:式中:f為電機(jī)運(yùn)行頻率 滑差系數(shù) 機(jī)械傳動(dòng)比 n電機(jī)極對(duì)數(shù)由上式可即可計(jì)算出設(shè)備的生產(chǎn)速度。（3）同樣的方法亦可以實(shí)現(xiàn)各分部電機(jī)的獨(dú)立調(diào)速和手動(dòng)偏差修正。（4）各電機(jī)之間運(yùn)行時(shí)利用PLC 以及矢量控制保證電機(jī)間的絕對(duì)同步，如遇機(jī)械或其他原因造成某分部電機(jī)速度漂移或負(fù)荷突變時(shí)系統(tǒng)會(huì)指令其他的電機(jī)自動(dòng)跟隨，由此降低斷紙的機(jī)率，提高紙張質(zhì)量。（5）系統(tǒng)設(shè)有張力檢測(cè)功能，依據(jù)張力自動(dòng)調(diào)節(jié)各電機(jī)的轉(zhuǎn)速。（6）

9、為方便設(shè)備維修系統(tǒng)設(shè)有點(diǎn)動(dòng)爬行功能，可獨(dú)立運(yùn)行各分部，速度一樣可以自由設(shè)置。（7）保留系統(tǒng)原有的控制功能和操作方法。（8）系統(tǒng)還設(shè)有報(bào)警提示、各電機(jī)轉(zhuǎn)速等工藝相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示功能。（圖3）（9）工控機(jī)還設(shè)有報(bào)警記錄、產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)、開機(jī)時(shí)間等生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄功能（圖4）圖一圖二圖三圖四三、 工作原理 當(dāng)系統(tǒng)收到運(yùn)行信號(hào)后，首先檢測(cè)電機(jī)等設(shè)備運(yùn)行必備的條件是否滿足， 若不滿足系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)輸出適當(dāng)?shù)男盘?hào)驅(qū)動(dòng)這些信號(hào)的動(dòng)力源，在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)還不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)給出一報(bào)警提示，要求用戶去排除故障。 系統(tǒng)啟動(dòng)條件全部滿足后系統(tǒng)將依據(jù)用戶所設(shè)置的整機(jī)速度和8 臺(tái)電機(jī)的運(yùn)行頻率進(jìn)行基本運(yùn)行頻率運(yùn)算，計(jì)

10、算得出的運(yùn)行頻率由PLC 傳輸給變頻器來控制電機(jī)按工藝要求的順序啟動(dòng)相應(yīng)的電機(jī)，所有電機(jī)全部啟動(dòng)完畢后設(shè)備進(jìn)入正常工作狀態(tài)，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)依據(jù)反饋給系統(tǒng)的最終輸出轉(zhuǎn)速來進(jìn)行微量補(bǔ)償，從而使設(shè)備運(yùn)行在同步狀態(tài)，系統(tǒng)中設(shè)置有張力回饋裝置，實(shí)時(shí)采集紙張的張力，按照實(shí)際工況再自動(dòng)調(diào)節(jié)各電機(jī)運(yùn)行的頻率，從而達(dá)到減少斷紙的機(jī)率。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中如遇嚴(yán)重故障報(bào)警時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停掉前端的電機(jī)，后端電機(jī)在運(yùn) 行一段時(shí)間后故障沒有復(fù)位或系統(tǒng)沒有收到停機(jī)信號(hào)時(shí)會(huì)自動(dòng)停機(jī)。系統(tǒng)停機(jī)的過程與啟動(dòng)的過程相反。四 、改造優(yōu)勢(shì)1、系統(tǒng)提供的連鎖包括：安全連鎖、工藝連鎖、起動(dòng)連鎖、停機(jī)連鎖、斷紙連鎖、故障連鎖。2、采用變頻替代直流調(diào)

11、速后能降低企業(yè)能耗。系統(tǒng)有先進(jìn)的張力控制方法以及同步精度得到了大幅提高，為設(shè)備生產(chǎn)的紙張質(zhì)量提供了有力的技術(shù)保障。整機(jī)速度調(diào)整方便、平穩(wěn)，調(diào)速范圍廣，線速度調(diào)節(jié)范圍可達(dá)0-800m/min。加、減速同步，能滿足多種生產(chǎn)要求。3、各分部速度以及速比可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的負(fù)荷比智能分析軟件會(huì)依據(jù)負(fù)荷的分布狀況自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而保證設(shè)備在任一分部的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)各分部間的速比不會(huì)超出要求范圍；各分部的速度可以上下微調(diào)，并互不影響。4、系統(tǒng)的檢修模式具有分部點(diǎn)動(dòng)爬行功能。5、操作簡(jiǎn)單科學(xué)、直觀?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作狀況在線模擬仿真，讓用戶好像置身于車間現(xiàn)場(chǎng)。6、提供長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄，為管理層安排生產(chǎn)和了解生產(chǎn)進(jìn)度提供依據(jù)。系統(tǒng)提供