纸机传动自动化技术论文

在造纸行业内使用的自动化控制系统，大多集中在电气传动方面，而随着科技的不断进步，已经扩大到打浆、配浆以及上浆等环节，通过自动化控制系统的运用，能够有效的提升造纸企业的生产效率。与此同时，基于DCS过程控制系统和QCS质量决策系统也想着集中控制的方向发展。今天小编给大家找来了《纸机传动自动化技术论文(精选3篇)》的文章，希望能够很好的帮助到大家，谢谢大家对小编的支持和鼓励。

纸机传动自动化技术论文 篇1：

变频调速控制系统在造纸机中的应用

摘 要:随着经济的发展,对工业生产的要求也越来越高。交流变频控制技术的产生,必然会引起工业生产中一场新的变革。交流变频调速控制系统以其可靠性高、调节特性好、稳定节能等优点,在众多速领域得到广泛应用和大力推广。本文着重介绍了交流变频调速控制系统在造纸行业中的运用。

关键词:变频调速控制 恒转矩 恒功率 电流环

在80年代初期为了顺应工业生产自动化的发展要求,一种新的技术发展起来,开辟了一个全新的电机时代,这种技术被称之为变频调速技术。一改传统电动机的低效能调速方式,变频调速技术运用下的电动机及其拖动负载在无须任何改动即可按照生产工艺要求调整转速输出,大幅度降低了电动机功耗,从而达到系统高效运行的目的。20世纪80年代末,该技术正式引入我国并得到了大力推广。现已在造纸、化工、食品等多个行业的电机传动设备中得到实际应用。

1 变频调速控制系统的优异特性

1.1 高效节能

变频调速控制系统能够根据生产负载的变化情况有效地调节输出功率,有效降低系统的损耗,其节能效能是显著的。

1.2 提高系统控制精度,增强系统稳定性

相对传统的调速方式,交流变频调速控制采用计算机控制技术和交流电动机矢量变换控制技术,采取正弦波脉宽调制方式,具备宽的调速范围、高稳态精度、动态响应快、工作效率高以及可以四象限运行等优异性能,其静、动态特性均可以与直流调速系统相媲美。

1.3 具备完善的保护功能及对电网的冲击小

变频调速控制运行中,对过压、欠压、电机过热、过流等现象均能自动保护,增长设备安全运行时间,避免小故障引起的设备损坏。电气传动中电机启动电流低,能够减少对电网的冲击,有效保护电网还能达到节点的效果。

2 传动系统电气自动化控制要求

造纸业的传动系统电气控制主要是速度和转矩的控制,调速范围广,启动稳定平滑,控制精度高以及调速反应及时是现代传动控制发展的方向。

2.1 起动要求

纸机的驱动中,对电气传动控制要求极高,启动时转矩的提升要以合适的斜率曲线上升。它常常在控制环路中引入张力控制以控制纸的松紧度,因此整个纸机各传动点的速度协调非常重要。在一条造纸线中,大约有几十个变频控制的传动点,其中相当一部分存在较大的转动惯量,如烘干部。这些大惯量负载在启动时必需进行惯量补偿(在控制软件程序中可根据经验调整),才能使其平滑、稳定地启动运行,避免引起机械连轴器的损坏。同时,在停车时,由于其大惯量的作用,电机将处于发电状态,必须把它回馈给电网,或用设备就地消耗掉。否则,系统母排将会产生过压危及设备。

2.2 速度要求

由造纸工艺流程可知纸机是一个多单元的速度协调控制系统,各个分部间的速度有着较严谨的速度比例关系,否则会造成断纸或者过度松驰影响成纸质量,因此纸机的各部分要有精度较高的稳速性能。纸机正常工作时,工艺上的变化速度的调节范围不大,一般只在10%～15%。在纸机调整时如检查网部毛布、烘干部预热时要低速爬行,车速约为15～20m/min,此时对稳速没有要求。

2.3 分部调速的要求

纸机上的纸受到牵引力的作用在网部和压榨部产生纵向伸长,在干部纵向继续伸长,当纸含水量降低后,纸张减少纵向伸长,进入压光机和卷取机时,纸张再度牵引而伸长,因此在整个造纸生产线中,各个传动部分的速度是不同,这样可以保持纸幅张力,同时纸机各部分的速度必须是可以调节的,每一部分都有几个传动点,每个传动点都是以上游为基准调节速差,这样可以避免纸幅松驰或过度绷紧而断纸。由于造纸机无需频繁起动且工艺要求的频繁变速范围不大,所以保持速度稳定是纸机传动控制的最主要目标。

3 纸机传动系统的结构组成

3.1 公共母线结构

冠龙纸业公司的传动系统采用AB公司(原RELIANCE公司)的AUTOMATION系统和SA3100交流变频器,本系统所有变频器的供电电源采用直流母线式供电,由于系统传动点较多,因而采用分部直流母线供电。分别是网部,压榨部及干部三个整流电源柜,其中网部和压榨部采用直接整流通过公共母线传送到各逆变器的供电方式,而干部由于考虑烘缸断纸机会较多,且烘缸的转动惯量较大,干部变频装置采用直流母线带回馈单元供电方式且这种方式最大的优点是节能。公共直流母线主要应用于多电机大容量传动系统中,其目的主要使系统在制动过程中产生的再生能源加以合理利用和回收。因为各逆变器是挂接在公共直流母线上的,且各电机的容量各不相同,负载的惯量也各不相同,它们的运行及工作状态也不完全一致。采用公共直流母线可使工作在电动状态的电机从母线上获取电能,而某些传动点,可能由于转动惯量大,在减速、停车或被拖动运行时,会处于再生发电状态而向公共直流母线馈电,为其它电机提供电能,从而达到节能的目的,同时也大大均衡了各逆变器的无功能量,功率因素大为提高,电网谐波较低。

3.2 控制系统配置结构

整个系统的组成如图1。它主要由四个系统机架、上位机、sigma、FlexI/O、及远程操作面板、变频器组成。其中A00为总机架,另外三个支架为从支架,系统机架A00在整个系统中起着协调和分派任务的作用。它利用网络卡和网络适配器通过系统BUS与另三个站点机架及SIGMA进行实时通讯。A00总机架还装有两个REMOTEI/O卡,通过现场总线方式分别与现场FLEXI/O及操作面板PANELVIEW进行通讯。并且它还采用MODBUS协议与(外系统)纸机DCS组成以太网通讯。三个从机架除了CPU、内存卡、网络通讯卡外,还装有许多UDC卡,各UDC卡通过光纤与对应的变频器通讯。

3.3 纸机传动的结构原理

纸机的传动由前往后分以下几段:网部,压榨部,前烘干部,施胶部,红外干燥部,后烘干部,压光部。而每一段都有几个传动点,每个传动点都是以上游为基准调节速差。线速度链的给出是由网部给定,纸机提速就是增加速度链的给定值(即网部驱网辊电机),其他传动点即根据设定的速差,自动跟进。当然也可以单点提速。QCS可通过Ethernet链路获得车速改变参数,及时地控制网前流浆箱的各个稀释水阀的喷浆量,从而精确的控制纸张定量。(见图2)

3.4 负荷分配控制

负荷分配结构如图3所示,在造纸机传动控制中多个点带动一块网或多个传动对象,相互施压合成一定力矩且同步运转的情况,需要进行负荷分配控制,例如在纸机网部中(如图3所示),有真空伏辊和驱网辊2个传动点,利用2台不同功率的电动机驱动同一张网,各传动点之间不是刚性的硬连接而是通过网之间的一种软性接触,这是必然会出现两电机之间的负荷分配问题。

负荷分配的原则理论上要求各个传动点表面辊筒的线速度一致。但由于各传动点的电机功率所驱辊筒的直径及包角都不同,因而具体分配原则也不同,在本系统中驱网辊(主传动)与真空伏辊(从传动)的负荷分配一般设为40%～60%之间。

在控制过程中(如图4所示),运用AUT OMAX机架内部的PID调节器,主传动的电流实际值作为给定值,从传动的电流实际值作为反馈值,经PID调节后生成的输出作为附加给定叠加到速度给定通道,从而实现负荷分配的控制过程。

参考文献

[1] 王占奎,等.变频调速应用百例[M].北京:科学出版社,1999.

[2] 黄煊,撒继铭.造纸机交流变频调速控制系统[J].技术文库,2009,12.

作者：吴建远

纸机传动自动化技术论文 篇2：

浅论造纸生产中自动化技术的运用

在造纸行业内使用的自动化控制系统，大多集中在电气传动方面，而随着科技的不断进步，已经扩大到打浆、配浆以及上浆等环节，通过自动化控制系统的运用，能够有效的提升造纸企业的生产效率。与此同时，基于DCS过程控制系统和QCS质量决策系统也想着集中控制的方向发展。

一、电气自动化控制技术概述

造纸过程中的自动化控制技术，以对纸机的传动控制为最明显的表现方式。造纸机电气控制系统是造纸设备中十分重要的一个组成部分，也是纸机运行过程中的一个关键环节，其运行的效率对于造纸过程有着直接的影响。一般情况下，纸种发生变化会引起纸机的速比发生较大的变化，当浆料配比、纸张特性等因素发生变化时，需要纸机车速也进行大范围的调整，才能够符合生产需要。同时，电网、电压、频率和负荷等因素的变化也会引起纸机车速的变化，当纸在纸机的不同部位受到不同的压力和牵引力时，在其干燥的过程中就会产生不同的加热温度，这时就会使纸张产生不同方向的伸缩变化，因此，这就需要造纸机的传送控制系统必须要具体有一个稳定的运转机构，保证纸张的质量。另外，在造纸机的构造中，如上浆系统、蒸汽冷凝水系统等也都是十分重要的组成部分。

作者：李雄贵

纸机传动自动化技术论文 篇3：

浅析纸机传动控制系统的负荷控制

摘 要： 本文分析了多电机传动控制系统负荷控制的原理，说明了多电机驱动主、从辊的选择原则及负荷控制的几种具体控制方式，并结合纸机分部的工艺特性、耦合特性选用相应的控制方式，满足纸机控制精度和稳定性的要求。

关键词： 电机；转矩；速度；耦合

1.引言

在纸机传动控制系统中经常会遇到由两台及以上电机共同驱动纸机同一分部的情况，这些电机之间存在或强或弱的耦合关系，即一个电机运行速度、运行负荷会影响到同一分部其他电机的运行状况。如纸机网部真空伏辊、驱网辊等；压榨部的真空吸移辊、真空压榨辊；施胶机的上辊、下辊等。这就要求分部传动组内各电机之间在实现速度同步的同时进行负荷的均衡控制，如果负荷不能均匀分配甚至出现负荷对拉现象，就会造成一个或多个电机工作在过流、过压状态，不仅影响正常的抄纸作业，降低电机使用寿命，严重时甚至可能损坏电机及机械设备。这就要求我们对各分部进行相应的负荷控制，使分部总负荷能均衡的分配到传动组内各电机上。

2.负荷控制机理

负荷控制的机理为在多电机传动控制过程中使各分部电机的负载率相同，即 L=P/Pa相同（P为电机所承担的负载功率，Pa为电机额定功率），并且在负荷控制调节过程中不影响本传动组以外其他各分部的速度。实际控制中，电机功率是一个间接量，通常用电机转矩替代电机功率。负荷控制时先读取各分部电机的转矩，计算出系统总负荷转矩；然后根据系统总负荷转矩，计算出负载平衡时的目标转矩。平均转矩M的计算方法如下所示：

式中： mi为第i 台电机的实际输出转矩； Pi为第i 台电机的额定功率； M 为负荷平衡目标转矩。负荷控制程序通过比较目标转矩M 和实际转矩mi进行调节，使实际转矩与目标转矩趋于一致[1]。纸机负载波动时，计算得到的目标转矩M也跟随实际负载的变化而变化，所以这是一种动态的调节过程。

考虑到现场实际的工艺特性、机械特性及实际控制要求，我们通常也可以将上述控制过程演绎为以下控制过程

式中：mi为第i 台从辊电机的目标转矩，m0为系统设定主辊电机的实际输出转矩，Si Oi分别为第i个从辊相对于主辊转矩的比率值及偏置值，即从辊的转矩都动态的跟随主辊，这样负荷控制的稳定性和灵活性都得到了提高。

3.负荷控制主、从辊的确定

我们知道，多电机传动系统中根据电动机耦合方式的不同，可分为刚性耦合和柔性耦合。所谓刚性耦合，是指若干电机轴之间通过齿轮、万向节、传动辊等硬连接方式进行耦合。在这种情况下，只要其中一个电机运转，其余传动点也将立即被动运行，如施胶部、压光部等。这些传动点正常运行时都是通过加压，使上下传动辊接触并保持一定压力后才同步运转；所谓柔性耦合，是指若干电机轴之间通过皮带、网、毛毯等软连接的方式进行耦合。在这种情况下，其中一个电机运转也能拖动其余传动点运行，但有可能出现延迟或者打滑的现象。如长网纸机的网部等[2]。对于刚性耦合主辊的选择一般从3个方面考虑：1）功率较大的辊；2）以固定辊作为主辊，摆动辊做从辊，如压区合上之前纸张附着的辊子应作为主辊。3）以硬輥，不易变形的辊作为主辊。对于柔性耦合主辊的选择可以从2个方面考虑：1）功率较大的辊；2）驱网能力胶大的辊：网包角比较大的辊或真空吸附的辊等。

4.负荷控制实施方式

负荷分配可分为多种控制方式，主要分为基于转矩控制的负荷控制：直接转矩控制+速度限制、速度控制+转矩限制模式、转矩控制取小模式；基于速度控制的负荷控制：Droop功能、速度控制+PI调节器模式。

4.1 速度控制+转矩限制模式

该控制模式下主从辊变频器都工作在速度控制模式，其中主辊的速度给定值来自控制系统速度链上一分部，从辊的速度给定值来自主辊速度，为了防止主从辊实际速度不一致导致负荷不均衡的情况，我们在把主辊速度给到从辊之前先叠加一个速度补偿量，即从辊的给定速度比主辊的给定速度要高，然后根据通讯读取的主从辊转矩值计算出从辊的目标转矩值，写入从辊变频器转矩限制值。这样由于从辊的速度给定值高于主辊，当主从辊工作在耦合状态时，从辊的转矩环工作在饱和模式，此时从辊的实际输出转矩即为从辊转矩限制值。

4.2 转矩控制+速度限制模式

该控制模式下主辊变频器工作在速度控制模式，从辊变频器工作在转矩模式；主辊的速度来自控制系统速度链上一分部，主辊的转矩值经过相应的计算处理后通讯写入从辊转矩设定值参数，为了防止机械故障或打滑等原因造成主从辊耦合关系消失而导致从辊飞车的问题，我们还需要对从辊的速度进行相应的限制。

4.3 转矩控制取小模式

转矩控制取小模式在控制思路与上述两种负荷分配方式相类似，都是对从辊变频的转矩环输入进行相应的处理，以到达控制从辊出力的目的，与上述负荷控制限制输出转矩及直接给定转矩不同的是，该种负荷控制方式利用了变频内部模式选择的功能，如下图所示

通过改变变频内相应参数，变频器内部会对速度环的输出值和通讯写入的转矩给定值进行取大，取小等逻辑操作，从而自动实现速度/转矩控制模式切换。在实际负荷分配过程中，我们选择取小操作，即当速度环的输出小于转矩给定值时采用速度环输出值。这种方式要比前述两种方式更加简单实用，并且无论是带纸升降速、急停还是快停都能达到较好的控制效果。

4.4 Droop功能

Droop即速降，Droop的设定值表示当变频器达到额定负荷时的速降值。该种负荷分配方式中，所涉及的分部变频器都定义为主模式，速度控制，接收相同的控制给定信号和速度源信号，变频器同时工作带动负载运行，变频器控制模式可以选择带编码器矢量控制，也可以选择其它控制方式。启用变频器Droop功能，由于该功能能根据所带负载情况，自动调整实际给定速度，使其机械特性得以软化，避免系统受到过硬的冲击。这种负载分配主要应用精度要求不高的柔性负载中，该负载分配控制简单，不需要附加的控制线，建议尽量用在两个变频系统中[3]。

4.5 速度控制+PI调节器模式

该模式下，主从辊变频器都采用速度控制模式，主辊的给定值源于系统速度链上一分部，在实际控制过程中PLC控制器通讯读取主、从辊的实际转矩值，计算出两者的偏差，并以此值为PID调节器的过程值进行自动调节，以主辊速度值叠加PID输出作为从辊的速度给定值，通过动态的调整從辊的给定速度到达调整主、从辊负荷的目的。设置PID参数时，应注意不要把响应调的太快，使得发生类似打滑等异常状况时，速度偏差不会有剧烈的变化。

采用基于转矩控制的负荷控制方式精度高、动态响应快、控制品质好适用纸机施胶机、压光机、压榨辊、烘缸与托辊等场合的应用，Droop功能适用于速度可能发生变化的分部的控制，如施胶后镀铬缸分部的控制，对于施胶前后出现的纸张绷紧、松垂现象有较好的控制效果，速度PI调节模式适用于毛毯分部等转矩调节输出反应到实际从辊设备上需要一定时间延时和有可能出现打滑的场合，能避免转矩调节太快引起的毛毯张力振荡等现象。

5.结束语

本文介绍了多电机传动负荷控制的原理和几种具体控制方式，将文中所述控制方式正确的应用于实际设备的负荷控制，能在保证实现设备工艺特性的前提下，减少设备故障，提高生产效率同时降低电机的消耗。■

参考文献

[1]孟宪坤 李明辉 李虎. 纸机负荷分配控制系统的设计与实现 自动化仪表 2012.

[2]孟彦京 张洪涛.多电机负荷分配的耦合特性与控制策略分析 自动化仪表 2013.

[3]马俊 西门子变频器负载分配控制技术在济钢KR的应用 变频器世界 2008.

作者：丁鹏飞