變頻器在小型造紙機同步調速系統上的應用技巧：

摘要：介紹了在小型造紙機生產(chǎn)線(xiàn)上如何巧用變頻器進(jìn)行同步調速。重點(diǎn)是變頻器在幾個(gè)調速環(huán)節上的應用方法，闡述了如何滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝對各調速環(huán)節的要求，同時(shí)，總結了一些應用實(shí)例。

一、問(wèn)題的提出

在當前的造紙生產(chǎn)過(guò)程中，傳統的控制方法制約了產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的提高。結合多年來(lái)參與改造小型造紙機的經(jīng)驗，筆者就如何將變頻器應用于同步調速系統，解決好產(chǎn)品的質(zhì)量、車(chē)速與同步調速系統的關(guān)系，做幾點(diǎn)闡述。

造紙機生產(chǎn)線(xiàn)拖動(dòng)裝置的特點(diǎn)及要求：

1、分部傳動(dòng)點(diǎn)多，要求調速系統保持同步可調。

2、大容量電機多，要求電機采用降壓?jiǎn)��?dòng)或軟啟動(dòng)。

3、風(fēng)機多，啟動(dòng)時(shí)峰值電流過(guò)大且延續時(shí)間長(cháng)，要求采取軟啟動(dòng)。

4、泵類(lèi)電機多，部分工藝對供水要求恒壓。為了節能和保護管網(wǎng)，控制要求變頻調速。

從以上幾點(diǎn)分析得知，拖動(dòng)系統需要解決好啟動(dòng)以及同步調速問(wèn)題。

傳統的控制方法較多地采用直流調速系統，也有不少設備采用最原始的滑差電機調速。但是，無(wú)論直流調速系統還是滑差電機調速，這些調速方法存在的共同問(wèn)題是控制系統體積大，器件穩定性差，故障率高且維修困難，同時(shí)限制了產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量的提高。

近年來(lái)，變頻調速技術(shù)飛速發(fā)展，變頻器控制性能日益提高，變頻器在多電機傳動(dòng)調速系統、泵類(lèi)控制及大容量電機的軟啟動(dòng)上等等方面都得到廣泛的應用。用變頻調速控制系統取代滑差調速，乃至取代直流調速控制系統巳成為發(fā)展趨勢。

二、應用方法論述

（一）多臺變頻器主從控制模式

在小型造紙機上經(jīng)常用到主從傳動(dòng)方式，其主要特點(diǎn)是傳動(dòng)點(diǎn)多，各點(diǎn)之間的主從關(guān)系有些屬于相互固定連接，有些屬于柔性連接。

固定連接時(shí)應該使用轉矩控制，電機之間不能有速度誤差；柔性連接時(shí)應該使用速度控制，電機之間允許存在細微的速度誤差。在應用中我們應該借助變頻器的有關(guān)特性，例如ACS600系列變頻器在解決以上問(wèn)題時(shí)效果最佳。其最大特點(diǎn)是外部給定信號與主機變頻器連接，主機通過(guò)光纖通信控制從機，實(shí)現主從控制。

1、轉矩控制方式

（1）工藝要求

造紙機的烘缸傳動(dòng)系統必須要求各缸體的線(xiàn)速度同步。單臺電機與減速器組成的動(dòng)力裝置驅動(dòng)缸體按設定速度旋轉，各缸體之間相互接觸，并通過(guò)引紙網(wǎng)形成傳動(dòng)鏈。

（2）關(guān)鍵問(wèn)題

多臺動(dòng)力裝置同時(shí)驅動(dòng)一條傳動(dòng)鏈必然存在不同步問(wèn)題，主要原因是個(gè)電機轉速的誤差，缸體之間的誤差及紙的厚度、濕度形成的拉力不均等變化，造成在給定電壓相同的情況下，各缸體的運行線(xiàn)速度之間存在誤差。這直接影響著(zhù)紙張的生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

（3）解決方法

在低車(chē)速且紙張有一定厚度的生產(chǎn)線(xiàn)上可采用具有主從用宏的ACS600系列變頻器。實(shí)用中我們可以采用每個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)用一臺變頻器，將其中一臺定義為主機（如斜網(wǎng)部），其他定義為從機。主機接受外部控制信號和速度給定信號，從機實(shí)用轉矩控制方式，從機的所有控制信號包括啟停、轉矩給定、復位等均由主機通過(guò)光纖傳送，從而實(shí)現從機跟隨主機轉矩變化，時(shí)刻調整自身的輸出轉矩。由于光纖通信的傳輸速度為2Mbit/s，從而保證了從機準確迅速地跟蹤主機運行狀態(tài)。

2、速度控制方式

（1）工藝要求

在造紙生產(chǎn)過(guò)程中為了改善紙的性能，需要在紙表面涂上所需的涂料這一過(guò)程稱(chēng)為涂布。為了保證涂層的均勻，一般采用多輪滾動(dòng)涂布方法，常用的有六至八輪。這樣最少需要六臺電機同步運行且能平滑調速來(lái)保證涂層的均勻，這是各傳動(dòng)點(diǎn)與紙張之間形成柔性連接，在運行中由于摩擦力（輥輪與紙張）及介質(zhì)（涂料）發(fā)生變化時(shí)，允許電機之間存在細微的速度誤差。

（2）關(guān)鍵問(wèn)題

涂布采用多臺電機的傳動(dòng)，輥與輥之間通過(guò)紙張相互以柔性方式連接。由于各輥徑與傳動(dòng)減速系統的誤差，以及紙張的厚度、拉力濕度和涂料成分造成紙張的伸縮性變化直接影響涂布的效果。

（3）解決方法

我們采用ACS600系列變須器運用其主從控制方式中的速度控制方式對上述問(wèn)題加以解決。設定某輥輪為主傳動(dòng)電機其他各輪為從傳動(dòng)，主機受外部控制信號和速度給定信號的控制，各從機通過(guò)光纖鏈接到主機上，其所有控制信號包括啟停、轉矩給定、復位等均由主機控制，各輥輪速度的調整可很方便地通過(guò)主機變頻器的內部參數調整來(lái)實(shí)現。同時(shí)可按工藝要求設定各傳動(dòng)機構速度比例關(guān)系。

在精度要求高的情況下，可加裝張力檢測裝置，將張力控制信號反饋給主機變頻器，與主機速度給定信號進(jìn)行比較后對變頻器輸出鏈進(jìn)行調整，從而保證涂布運行的穩定性。

（二）多臺變頻器的統調、單調控制模式

1、工藝要求

在造紙生產(chǎn)過(guò)程中，速度鏈是造紙機生產(chǎn)線(xiàn)電器傳動(dòng)中的一種重要控制功能。各傳動(dòng)點(diǎn)的線(xiàn)速度是否協(xié)調直接關(guān)系到紙張是否優(yōu)質(zhì)，車(chē)速能否提高。一條完整的生產(chǎn)線(xiàn)包括斜網(wǎng)部→吸水網(wǎng)→烘缸→涂布→壓光→卷紙等幾個(gè)重要環(huán)節，各環(huán)節之間既需要統調升降速，同時(shí)又需要在各傳動(dòng)部位上加裝微調裝置，確保各點(diǎn)的線(xiàn)速度一致，實(shí)現全線(xiàn)的同步運行。

在生產(chǎn)過(guò)程中，各部分傳動(dòng)點(diǎn)可能會(huì )出現紙張松緊不均的現象，此時(shí)需在不影響速度鏈的情況下進(jìn)行局部的張力控制。

2、設計方案

在考慮設計方案時(shí)，設計的出發(fā)點(diǎn)應抓住不同紙機生產(chǎn)線(xiàn)的特性及工藝對同步調速系統的精度要求。從表面上看造紙機是多臺電機的控制系統，實(shí)際上每臺電機只是工藝要求上的協(xié)調控制，并沒(méi)有機械上的硬性連接。因此對低速造紙機每個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)與變頻器可采用一帶一的開(kāi)環(huán)控制模式。關(guān)鍵傳動(dòng)點(diǎn)可借助ACS600系列變頻器的軟件功能來(lái)實(shí)現張力的反饋控制，與手動(dòng)調節功能配合。在完成統調和升降速時(shí)，可借助同步控制器的功能與變頻器配合實(shí)現多點(diǎn)位的統調控制。

（1）調速系統的組成

該系統由單調與統調兩部分組成。單調充分利用了變頻器的自身功能，即內置的電動(dòng)電位器應用宏可方便地實(shí)現開(kāi)關(guān)量控制啟停、升降速。統調采用了變頻器配置同步控制器的方法將外部給定信號輸人到同步控制器輸人端，同步控制器各輸出端的電信號直接與每臺變頻器的外調節輸入端相連，實(shí)現同步啟動(dòng)，同步增減素的調節。為了補償各傳動(dòng)點(diǎn)線(xiàn)速度的誤差，可在各傳動(dòng)點(diǎn)設置微調裝置與同步控制器連接，進(jìn)一步完善單調與統調的控制模式保證了全線(xiàn)運行的穩定性。

對于某些頻繁調整的傳動(dòng)點(diǎn)，可在該處設置張力反饋裝置。

（2）同步控制器與變顏器配合實(shí)現統調的方法

在應用同步控制器與變頻器組成的同步調速系統中應重點(diǎn)把握兩點(diǎn)：一是如何擴充同步控制器的控制點(diǎn)位來(lái)滿(mǎn)足多臺變頻器對各部點(diǎn)調速的要求；二是如何掌握同步控制器的給定信號與各調速點(diǎn)反饋信號的連接方式，實(shí)現同步調速系統的穩定性。

第一，擴充同步控制器輸出點(diǎn)位的方法。

將首臺同步控制器第一單元的輸出與變頻調速系統主機的變頻器輸人端相連的同時(shí)，再與第二臺同步控制器輸入給定端相連時(shí)，應將該單元的比例系統設定為1并設定給單元無(wú)反饋。以下各級以此類(lèi)推。其他單元的輸入設定在首臺同步控制器第一單元的輸出上，其比例系數可按實(shí)際需要設定（該系數等于各分部點(diǎn)之間同步線(xiàn)速度的比例值）。各單元的反饋送系數也要根據運行中各分部點(diǎn)的實(shí)際情況設定。

第二，同步控制反饋信號的連接方式。

同步控制反饋信號給定的原則一定要遵守生產(chǎn)工藝的要求，結合各種生產(chǎn)原材料的不同，車(chē)速、紙的標準及在調試中出的問(wèn)題加以確定。

常采用的反饋形式有兩種：并聯(lián)反饋和申聯(lián)反饋。所謂并聯(lián)反饋形式是采用同步控制器的基準電壓與反饋電壓進(jìn)行比較；而串聯(lián)反饋形式是把采用了同步控制器的輸出控制電壓作為下一級輸入反饋信號的比較電壓，以下各級以此類(lèi)推。

在應用中，并聯(lián)反饋方法適用于低速造紙機，特別在紙張有一定拉力和厚度的情況下調試方便，運行穩定，但精度稍差。同時(shí)要求在停車(chē)后同步啟動(dòng)時(shí)，反饋信號必須調零，啟動(dòng)后根據運行情況再加入反饋信號。串聯(lián)反饋方法適用于運行精度高，車(chē)速快，各同步點(diǎn)線(xiàn)速度要求誤差小的系統，特別表現在停車(chē)后同步啟動(dòng)的效果較明顯。但對開(kāi)車(chē)技能不高，生產(chǎn)工藝掌握不全面的操作人員來(lái)說(shuō)，應用上有一定困難。

以上論述是筆者在生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中摸索總結出來(lái)的，有些方法還要在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中加以驗證，并且在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一步改進(jìn)�？傊�，在造紙生產(chǎn)控制系統中，變頻器控制調速的方式多種多樣，有待于工程技術(shù)人在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷地探索。