造紙機變頻改造設(shè)計方案解決方案

1、造紙機變頻改造設(shè)計方案關(guān)鍵詞：造紙機 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設(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其進行技術(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，電能消耗十分嚴重。傳統(tǒng)的造紙機械的采用SCR 直流調(diào)速（大功率）和滑差電機（小功率）傳動， 在生產(chǎn)過程中經(jīng)常由于機械磨損、傳動帶的打滑等因數(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，提高勞動生產(chǎn)率、現(xiàn)代化的造紙設(shè)備多采用多電機分部傳動，即在每一個傳動分部安裝交流電動機并配制相應(yīng)的

2、特制變頻器、要求各分部能夠不僅實現(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)備的自動化程度提高了一個檔次， 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1、造紙工藝造紙機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、卷紙機等。其工藝為流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型，在壓榨部進行壓縮使紙層均勻，經(jīng)過前干燥進行干燥，接著進入后壓榨進行施膠，再進入后干燥器烘干處理，然后利用壓光機使紙張平滑，最后通過卷紙機形成母紙卷。2、控制方案造紙機傳動控制系統(tǒng)是一種轉(zhuǎn)速恒定、負載基本恒定的穩(wěn)速系統(tǒng)。從控制特性上可分為：速度控制、

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

4、多個分部，因此是一個多單元的速度協(xié)調(diào)系統(tǒng)。各個分部間的速度要求嚴格配合，根據(jù)工藝流程，一般有下表所示關(guān)系，只要其中一個分部速度不穩(wěn)，就會無法維持生產(chǎn)，紙幅不是斷裂，就是松垮下來。如果整臺紙機車速不穩(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； 此時應(yīng)采用多分部同步速鏈控制系統(tǒng)。一般造紙機各分部的速比關(guān)系造紙機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 100.05-100.15 100.05-100.15卷取機 100.10-100.30 100.10-100.301多分部同步速度鏈控制原理假設(shè)造紙機傳動系統(tǒng)有n 個分部，各分部速度分別為：N1、N2、.、Nn，相鄰兩個分部速度比分別為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為第一傳動點的速度，也稱為全線速度。改變?nèi)€速度N1，其余各傳動點速度N2、.、Nn 都會隨之成比例改變，但改變速比K i（i=1、2、.、 n-1），只有第

6、i 個傳動點后面的傳動速度會改變，i 之前的各傳動點速度不會改變。例如：調(diào)整速比K3，傳動速度N4、N5、.Nn 都會改變，但N1、N2、N3 不會改變2多分部同步速度鏈控制系統(tǒng)的實現(xiàn)這種系統(tǒng)的特點是各傳動點之間只存在速比關(guān)系，無負荷分配控制。這種系統(tǒng)較為簡單，可以滿足多種紙機和變頻器相結(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時代就已經(jīng)被采用了，其原理如下圖所示。其中N1是全線速度，只有第一傳動點能改變?nèi)€速度，其余各點只能微調(diào)，范圍大約在5-10之間。模擬速度鏈的優(yōu)點是簡單、靈活、成本低，缺點是抗干

7、擾能力較差，當(dāng)信號線較長時使用受到限制，存在可靠性差、功能不足等缺點。2）PLC 程序式速度鏈對于大型多傳動點的紙機能很好的解決模擬式速度鏈的可靠性差、功能不足等問題。該控制器采用進口的可編程序控制器（PLC）作為現(xiàn)場的控制中心，設(shè)備所有的輸入控制開關(guān)、保護接點及輸出點通過光電隔離進出PLC，有效屏蔽掉了現(xiàn)場的干擾信號，中央處理器運行的可靠運行得到保障。原來的電氣驅(qū)動部分采用直流調(diào)速。改造后將采用以PLC工控機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)計控制方案如下：（1）PLC 對八臺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)的啟動能力，實現(xiàn)在

8、線無級調(diào)速（見圖2）。各電機之間相互關(guān)聯(lián)同步，驅(qū)動器具有同步加減速功能。（2）整機速度的調(diào)整可由生產(chǎn)現(xiàn)場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上輸入完成。設(shè)備生產(chǎn)速度由以下公式計算:式中:f為電機運行頻率 滑差系數(shù) 機械傳動比 n電機極對數(shù)由上式可即可計算出設(shè)備的生產(chǎn)速度。（3）同樣的方法亦可以實現(xiàn)各分部電機的獨立調(diào)速和手動偏差修正。（4）各電機之間運行時利用PLC 以及矢量控制保證電機間的絕對同步，如遇機械或其他原因造成某分部電機速度漂移或負荷突變時系統(tǒng)會指令其他的電機自動跟隨，由此降低斷紙的機率，提高紙張質(zhì)量。（5）系統(tǒng)設(shè)有張力檢測功能，依據(jù)張力自動調(diào)節(jié)各電機的轉(zhuǎn)速。（6）

9、為方便設(shè)備維修系統(tǒng)設(shè)有點動爬行功能，可獨立運行各分部，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)有報警提示、各電機轉(zhuǎn)速等工藝相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示功能。（圖3）（9）工控機還設(shè)有報警記錄、產(chǎn)量統(tǒng)計、開機時間等生產(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)收到運行信號后，首先檢測電機等設(shè)備運行必備的條件是否滿足， 若不滿足系統(tǒng)會自動輸出適當(dāng)?shù)男盘栻?qū)動這些信號的動力源，在設(shè)定的時間內(nèi)還不能滿足系統(tǒng)運行要求時系統(tǒng)會自動給出一報警提示，要求用戶去排除故障。 系統(tǒng)啟動條件全部滿足后系統(tǒng)將依據(jù)用戶所設(shè)置的整機速度和8 臺電機的運行頻率進行基本運行頻率運算，計

10、算得出的運行頻率由PLC 傳輸給變頻器來控制電機按工藝要求的順序啟動相應(yīng)的電機，所有電機全部啟動完畢后設(shè)備進入正常工作狀態(tài)，同時系統(tǒng)會依據(jù)反饋給系統(tǒng)的最終輸出轉(zhuǎn)速來進行微量補償，從而使設(shè)備運行在同步狀態(tài)，系統(tǒng)中設(shè)置有張力回饋裝置，實時采集紙張的張力，按照實際工況再自動調(diào)節(jié)各電機運行的頻率，從而達到減少斷紙的機率。在系統(tǒng)運行過程中如遇嚴重故障報警時系統(tǒng)會自動停掉前端的電機，后端電機在運 行一段時間后故障沒有復(fù)位或系統(tǒng)沒有收到停機信號時會自動停機。系統(tǒng)停機的過程與啟動的過程相反。四 、改造優(yōu)勢1、系統(tǒng)提供的連鎖包括：安全連鎖、工藝連鎖、起動連鎖、停機連鎖、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立調(diào)節(jié)，系統(tǒng)的負荷比智能分析軟件會依據(jù)負荷的分布狀況自動調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)矩，從而保證設(shè)備在任一分部的負荷發(fā)生變化時各分部間的速比不會超出要求范圍；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動爬行功能。5、操作簡單科學(xué)、直觀?，F(xiàn)場設(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。6、提供長時間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄，為管理層安排生產(chǎn)和了解生產(chǎn)進度提供依據(jù)。系統(tǒng)提供