造紙機(jī)是由一系列配套設(shè)備組成的聯(lián)合機(jī)，分濕部和干部兩大部分。造紙是一個連續(xù)生產(chǎn)的過程，因此生產(chǎn)線的連續(xù)和有序控制成為了制約成品紙質(zhì)量和產(chǎn)量的瓶頸。直流調(diào)速系統(tǒng)在紙機(jī)的發(fā)展史上占有重要的地位，但由于直流電機(jī)存在維護(hù)難、抗環(huán)境能力差，主要表現(xiàn)如下:
1. 整流子磨損嚴(yán)重, 燒毀整流子的故障, 導(dǎo)致停機(jī)時間長；
2. 直流電機(jī)維修困難多, 要求高, 修理費用也高；
3. 測速發(fā)電機(jī)易磨損，造成傳動系統(tǒng)精度低；
4. 直流調(diào)速控制系統(tǒng)復(fù)雜, 調(diào)試?yán)щy, 一般技工很難調(diào)出好的機(jī)器。
交流變頻調(diào)速技術(shù)以其卓越的調(diào)速性能、顯著的節(jié)電以及在國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的廣泛適用性，而被公認(rèn)為是一種最有前途的交流調(diào)速方式。它不但具有直流電機(jī)優(yōu)良的調(diào)速性能，同時具有交流電機(jī)簡單、可靠，因而逐漸被廣泛應(yīng)用。它具有自診斷、自保護(hù)能力，使用維護(hù)簡單，運行可靠，擴(kuò)展性能強(qiáng)，若應(yīng)用微機(jī)程序控制不但可以獲得良好的調(diào)速性能，而且還可采用計算機(jī)現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)自動化過程控制，計算機(jī)群控等。為了更好地發(fā)揮變頻調(diào)速在紙機(jī)傳動上的傳動精度、穩(wěn)定性和可靠性，筆者根據(jù)實踐，認(rèn)為從以下幾個方面著手：
在選型之前，應(yīng)首先確定控制方案，必須詳細(xì)地了解設(shè)備的整體工藝要求，不清楚整體工藝要求，斷定是做不好傳動系統(tǒng)的整體控制，方案中盡量照顧到操作人員的操作習(xí)慣和現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境的特點。
一、主要器件的選型：
1.選擇適用于紙機(jī)傳動控制的變頻器——VaconCX4變頻器。
我們公司的改造的紙機(jī)是一臺長網(wǎng)紙機(jī)，有兩個分部：一個是烘缸（干部），一個是網(wǎng)部（濕部）。根據(jù)工藝要求抄紙速度為20－100m/min，紙頁定量為9－30g/m2。一般紙機(jī)的傳動精度要求達(dá)到1－3‰，由于速度變化范圍大，最低定量為9g/m2,要求紙機(jī)的傳動精度更高。因此，選擇紙機(jī)的傳動控制方案閉環(huán)系統(tǒng)。
我們選用Vacon CX4型變頻器，它不僅具有矢量控制高功能變頻器的優(yōu)點，而且自帶PID調(diào)節(jié)裝置和可編程接口控制器，使構(gòu)成控制系統(tǒng)簡捷方便，可靠性高，并具有130多個應(yīng)用宏，適用范圍大，用戶界面好，使得組成系統(tǒng)成本低。矢量控制高功能變頻器，具有傳動精度高，動態(tài)性能好，響應(yīng)速度快的，然而，其開環(huán)精度僅為5‰，不能滿足抄造薄頁紙的要求，因此采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，為此應(yīng)配套選用變頻擴(kuò)展卡。
2.選擇合適的變頻擴(kuò)展卡——VaconCX107OPT。
針對矢量變頻器光靠矢量控制傳動精度為5‰。對于造紙機(jī)來說速度誤差還太大，直接影響抄造質(zhì)量。為此，需考慮選擇擴(kuò)展卡，以適應(yīng)造紙傳動的精度要求。
我們選用Vacon CX107OPT。該擴(kuò)展卡具有以下特點：
�、倏梢杂脕硖岣呓咏闼贂r和靜止時的速度響應(yīng)精度。
�、陂]環(huán)控制模式是基于“電機(jī)轉(zhuǎn)子模糊電流矢量控制”。這種控制原理把相電流分為轉(zhuǎn)矩電流部分和磁通電流部分。這樣鼠籠式電機(jī)的控制就可以達(dá)到直流電機(jī)的控制效果。
�、坶]環(huán)應(yīng)用采用快速動態(tài)操作，響應(yīng)時間可以達(dá)到10ms，伺服閉環(huán)應(yīng)用利用了擴(kuò)展卡上的快速模擬輸入，這使其響應(yīng)精度達(dá)到1ms以內(nèi)。從而使閉環(huán)精度達(dá)到0.3‰以上。
3.選用速度傳感器——光電非接觸脈沖編碼器（1000線的旋轉(zhuǎn)編碼器）。
傳感器是我們的眼睛，要是沒有一個良好的傳感器，要保證傳動精度是不可能的。因此，我們選用光電非接觸脈沖編碼器，它具有取樣精度高，工作可靠，壽命長，確保傳動精度。
4.選擇合適的電動機(jī)——變頻調(diào)速專用電機(jī)YVP型電機(jī)。
由于變頻器的輸出均采用PWM對電動機(jī)供電，不可避免地含有高次諧波，電動機(jī)帶負(fù)載運行時鐵耗會有所增加，在額定負(fù)載下電動機(jī)電流增加8%，溫升增高20%左右，對長時間工作在滿載或接近滿載狀態(tài)下的電動機(jī)而言，是個不可忽視的問題，因此應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況，選準(zhǔn)電機(jī)容量并采用強(qiáng)迫風(fēng)冷（水冷卻等）或增加輸出濾波裝置。在變頻調(diào)速系統(tǒng)中若選用普通異步電動機(jī)，其運行工況隨著頻率的變化而變化，使運行時振動噪聲增大，尤其是低速時散熱能力變得更差，極易造成電機(jī)損壞，故普通異步電動機(jī)不是變頻調(diào)速系統(tǒng)中最理想的配套電機(jī)。
變頻電動機(jī)具有磁隙小損耗小，效率高，發(fā)熱量低，對調(diào)速裝置的頻率適應(yīng)性大，為6－60Hz，考慮到變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)生產(chǎn)工藝的變化而變化，尤其是低速啟動階段，因此，在電機(jī)中加裝散熱風(fēng)扇并不與變頻電機(jī)共用電源，即散熱風(fēng)扇獨立供電。確保變頻電機(jī)低速運行時的可靠性。
二、系統(tǒng)的主要特點：
1.速度給定采用數(shù)字脈沖給定。
在變頻調(diào)速系統(tǒng)中一般均采用模擬電壓給定，由于模擬信號較容易受到外界的電氣干擾，直接影響紙機(jī)的傳動精度和穩(wěn)定性，為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強(qiáng)抗干擾能力，為此，利用變頻器中的PLC進(jìn)行簡單的編程，將變頻系統(tǒng)中的給定裝置選定為脈沖計數(shù)給定，即數(shù)字給定。采用脈沖計數(shù)給定后，紙機(jī)的傳動控制幾乎不受外界干擾，從而使紙機(jī)傳動的穩(wěn)定性和抗干擾能力得以提高。
2.在變頻調(diào)速控制系統(tǒng)中設(shè)置了速度鎖定指令開關(guān)。
在紙機(jī)的抄造過程中，不可避免地會出現(xiàn)一些操作，這給直接影響到抄造紙頁的質(zhì)量，按工藝調(diào)整好的車速，如果誤操作，使車速改變，使得紙張的定量也隨之改變。因此，為了避免誤操作，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了速度鎖定指令開關(guān)，保證給定信號的可靠性，提高了紙機(jī)的傳動精度和穩(wěn)定性。
3.速度級聯(lián)控制。
多傳動控制通常采用分步傳動。即選取一個主速度控制點，其余傳動點采用相對速度增量控制。根據(jù)工藝要求，我們選取干部烘缸為主速度控制點，濕部（網(wǎng)部）伏輥為從動點，通過現(xiàn)場操作臺增量按鈕的操作，可以隨意設(shè)定各傳動點的相對增量值，保證所有傳動的同步性，并實時顯示該傳動的實際車速。
4.在安全方面的考慮。
為了使本系統(tǒng)具有快速響應(yīng)，又具有快速制動功能（以防萬一，如設(shè)備、人身發(fā)生異外須緊急停車等），為此必須在變頻器中加裝制動電阻，避免再生電流損壞變頻器。
5.設(shè)置現(xiàn)場操作臺。
設(shè)置機(jī)旁現(xiàn)場操作操作臺是為了盡量照顧到操作人員的已有的操作習(xí)慣和現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境的特點，使操作方便。為了便于操作人員控制工藝參數(shù)，將所有紙機(jī)傳動的控制按鈕和顯示儀表都安置在操作臺上，有利于工人觀察紙機(jī)的運行情況， 有利于控制生產(chǎn)工藝。
三、安裝調(diào)試中應(yīng)注意的事項：
為了保證設(shè)計的有效性，達(dá)到設(shè)計應(yīng)有的要求，安裝調(diào)試工作是必不可少的。這是因為：
1.變頻器是精密的電力電子設(shè)備，為了確保其穩(wěn)定運行，安裝過程需做好下述事項：
�、僮冾l器應(yīng)安裝在干燥、清潔、無振動及通風(fēng)良好的場所。
②接線時應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行，切忌將三相電源連接到電動機(jī)接線端U、V、W上�？刂贫俗咏^不可與強(qiáng)電相連，電源側(cè)和電動機(jī)側(cè)電纜尺寸應(yīng)保證最大電流時線壓降不超過額定電壓的2%，弱電控制與電力電源線分開布線，控制回路應(yīng)采用屏蔽線布線，以防止干擾。與變頻器裝在同一控制柜內(nèi)的接觸器等線圈必要時要并接RC浪涌吸收器，其引線不可超過20cm，對于電源引入的干擾問題可通過連接進(jìn)線電源予以抑制，盡量減少干擾。
�、酃╇娫O(shè)備的功率因數(shù)校正應(yīng)選用功率因數(shù)校正DC電抗器，決不可在電動機(jī)側(cè)連接補(bǔ)償電容器，否則極易損壞變頻器的功率模塊。
因此，為了防止變頻器輸出的電磁輻射，我們在強(qiáng)電上采用鎧裝式4芯銅芯電纜，在弱電上傳感器和顯示儀表等信號線采用雙層屏蔽電纜線進(jìn)行放置，避免干擾信號影響控制精度。變頻控制柜內(nèi)的布線采用動力線和控制線分開布置。
2.變頻傳動系統(tǒng)的調(diào)試：
變頻傳動系統(tǒng)的調(diào)試一般分為兩部分，一是根據(jù)電動機(jī)參數(shù)、負(fù)載性質(zhì)預(yù)調(diào)變頻器參數(shù)；二是系統(tǒng)聯(lián)動調(diào)試。
�、僮冾l器正式投入運行前應(yīng)先驅(qū)動電動機(jī)空轉(zhuǎn)運行幾分鐘，可多選幾點頻率進(jìn)行，同時注意檢查電動機(jī)轉(zhuǎn)向，溫升情況及加減速是否平滑等。
�、诩訙p速時間的設(shè)定應(yīng)同時滿足兩方面的要求：一是設(shè)備控制的快速性要求，二是不應(yīng)在正常加減速狀態(tài)下出現(xiàn)變頻器過流過壓等跳閘現(xiàn)象。如果不能同時滿足上述兩個方面要求時，應(yīng)考慮加大變頻器容量或增加選用制動單元。
�、蹖τ诘退僦刎�(fù)荷的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，起動時變頻器經(jīng)常出現(xiàn)電流封鎖，位能負(fù)載出現(xiàn)溜車現(xiàn)象�？蓴喽槠饎恿夭粔�。起動電流大并不說明起動力矩大，解決的方法是提高低頻時的起動力矩。不可盲目調(diào)大轉(zhuǎn)矩的提升值（實際為低頻電壓補(bǔ)償），否則低速鐵芯過飽和容易引起電動機(jī)異常發(fā)熱。
�、茏冾l器到電動機(jī)的電纜線長度不能超過變頻器允許的最大布線距離（一般為100m），否則電纜分布寄生電容過大，易導(dǎo)致變頻器功率開關(guān)器件開通瞬間產(chǎn)生過大的尖峰電流。該尖峰電流將使變頻器工況惡化，甚至損壞逆變功率模塊。對于這一問題的應(yīng)急措施，可以降低變頻器的載波頻率，以增加分布電容的容抗，減小尖峰電流，這時會使電動機(jī)的工作噪聲有所增加，解決的根本升旗是加裝輸出電抗器以補(bǔ)償分布電容引起的尖峰放電電流。
四、變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的維護(hù)和保養(yǎng)：
變頻調(diào)速控制系統(tǒng)是集計算機(jī)技術(shù)和電力電子逆變技術(shù)于一身的新型傳動控制系統(tǒng)。為了使系統(tǒng)充分發(fā)揮其控制功能，延長設(shè)備的壽命，維護(hù)保養(yǎng)工作必不可少。
1.變頻器的維護(hù)保養(yǎng)。不定期地檢查變頻控制柜內(nèi)的散熱風(fēng)扇以及變頻器內(nèi)的散熱情況，散熱風(fēng)機(jī)是否良好，散熱器有無積塵，變頻器的輸出電流有無異常，有無異樣的聲音。若變頻器停用半年以上，啟用時，還應(yīng)檢查變頻器內(nèi)的濾波電容是否良好，容量有無減少。
2.變頻電機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)。與一般常規(guī)的異步電動機(jī)相同，但須增加檢查變頻電機(jī)的散熱風(fēng)扇運行是否良好，速度編碼器是否正�？煽浚袩o松動。
3.控制線路的維護(hù)保養(yǎng)。與常規(guī)的控制柜檢查相同。還應(yīng)經(jīng)常檢查控制線路的接線端有無松動，接觸是否可靠，這直接影響系統(tǒng)的可靠性和傳動精度。還應(yīng)加強(qiáng)檢查大功率輸出的接線端有無松動，如空氣開關(guān)、接觸器和變頻器等輸入輸出端，如松動或接觸不好極易造成控制器件或開關(guān)器件的損壞，甚至造成變頻器的損壞。
五、效益分析：
1．直接節(jié)能效果
根據(jù)我廠改造前和改造后紙機(jī)能耗對比，如下：
改造前的電功率：90米的車速P90=74A×180V＋3×220=13980W=13.98kW
按一年生產(chǎn)300天計：整機(jī)用電=300×24×13.98=100656(kWh)
改造后的電功率：90米的車速P90=1.732×16A×380V=10530W=10.53(kW)
整機(jī)用電=300×24×10.53=75816(kWh)
全年可節(jié)電=100656－75816=24840(kWh)
全年可節(jié)電費=24840×0.53=13165(元)
實際節(jié)能為：25%
2．間接效益分析
改造前后的產(chǎn)質(zhì)量情況（見表）：
日期 2002年6月-10月份 2003年1月-2月份
產(chǎn)品名稱 毛紙 凈紙 成品率 合格率 毛紙 凈紙 成品率 合格率
醫(yī)用紙 28953 26363 91.05% 96.8% 22993 21692 94.34% 100%
吸塵袋紙 23412 21457 91.6% 93.5% 31481 29946 95.12% 93.8%
棉襯紙 29794 26101 87.36% 100% 8975 7951 88.5% 99.8%
電池棉紙 24372 24053 98.69% 99.45% 6236 6057 97.12% 98.8%
薄包紙 24970 24222 97% 98.9% 7952 7724 97.13% 100%
合計 131501 122196 92.9% 97.73% 77637 73370 94.50% 98.48%
月平均產(chǎn)量 26300 38818
由上表可以看出：
�、偌垯C(jī)的運轉(zhuǎn)率提高：27%以上（由月平均產(chǎn)量得到，已排除其他因素）可增產(chǎn)值：120噸×13000元＝156萬元 增利：3.6萬元
②成品率提高：1.6% 增利：14.4萬元，全年可間接節(jié)能：1000(kWh)。
綜合效益：
變頻調(diào)速改造費用為3.5萬元�？僧a(chǎn)生效益約為20萬元。
六、結(jié)論
綜上所述，要使變頻器應(yīng)用于造紙傳動控制上，提高系統(tǒng)的傳動精度、穩(wěn)定性和可靠性，必須詳細(xì)地了解設(shè)備的整體工藝要求，并應(yīng)盡量照顧到操作人員的操作習(xí)慣和現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境的特點。須熟知電氣傳動方面的新技術(shù)、新器件以及控制理論，了解造紙機(jī)械方面的工藝要求和生產(chǎn)工藝要求。根據(jù)工藝要求，綜合各種因素確定系統(tǒng)控制方案，對控制設(shè)備進(jìn)行合理、經(jīng)濟(jì)、簡捷地選型，盡量多考慮一些影響傳動精度、穩(wěn)定性、可靠性等方面的因素。如布線要求，強(qiáng)、弱電干擾問題，線路布局方面等問題。本系統(tǒng)經(jīng)實際使用，傳動精度達(dá)0.3‰，調(diào)速范圍大，穩(wěn)定性和可靠性都較好，操作比較方便。隨著變頻技術(shù)的發(fā)展和成熟，變頻器以其優(yōu)良的調(diào)速性能、操作簡單、功能完善、易于實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)等諸多優(yōu)點，必將取代紙機(jī)上傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)，而成為紙機(jī)電氣傳動的佼佼者。提高機(jī)器運轉(zhuǎn)性能, 提高了經(jīng)濟(jì)效率。(勵覺平)
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