1 概述

造紙企業(yè)是高能耗企業(yè)，電能消耗十分嚴(yán)重。

目前，我國(guó)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(lái)配合工藝要求，耗電量大，在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常由于機(jī)械磨損、傳動(dòng)帶的打滑等因素造成速度匹配失調(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)備在傳動(dòng)部分采用安裝交流電動(dòng)機(jī)，并配制特制的變頻器，使系統(tǒng)各部分不僅能夠?qū)崿F(xiàn)同步控制，而且能夠在一定的范圍內(nèi)調(diào)速。

壓光機(jī)的工作原理是將價(jià)格低廉的磨木漿、化學(xué)機(jī)械漿或廢紙脫墨漿以及麥草漿作為主要原料，配以少量的長(zhǎng)纖維化學(xué)漿，并添加30豫以上的填料制成紙制品，其平滑度達(dá)500S 以上，不透明度達(dá)85豫以上，裂斷長(zhǎng)度縱橫平均達(dá)3 000 m以上，產(chǎn)品質(zhì)量可和低定量涂布紙比美，可用作廣告、目錄、插頁(yè)等彩色印刷。由于該工藝使用大量填料和高效率的磨木漿或化學(xué)機(jī)械漿，可節(jié)省纖維和木材資源，因此可大大降低成本。紙頁(yè)經(jīng)壓光機(jī)壓光后，可以提高紙頁(yè)的平滑度、光澤度和緊度，使紙頁(yè)全幅厚度一致，從而改善紙張的外觀質(zhì)量，并減少透氣度。圖1 所示的超級(jí)壓光機(jī)主要分為放卷裝置(又稱退紙器)、壓光輥裝置(含主電機(jī))和收卷裝置等，原紙從放卷裝置處經(jīng)引紙輥依次通過(guò)各紙輥和冷鑄輥后進(jìn)入中心收卷。本文介紹了采用丹佛斯變頻器和同步控制器對(duì)西安精美紙業(yè)壓光機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造的實(shí)例。

2 超級(jí)壓光機(jī)的變頻控制

2.1 恒張力控制方案

超級(jí)壓光機(jī)在快速啟停及中間連續(xù)調(diào)速過(guò)程中必須保證紙頁(yè)的張力恒定，否則收取的紙頁(yè)就會(huì)卷曲、折頁(yè)甚至斷裂，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。本系統(tǒng)中利用變頻器和同步控制器的組合來(lái)達(dá)到精確的張力控制，一般情況下，可以通過(guò)兩種方式來(lái)滿足系統(tǒng)的要求：一是通過(guò)控制電機(jī)的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，二是通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于本例采用的是中心卷繞的方式，隨著卷徑的連續(xù)(35耀1 000 mm)變化，需要連續(xù)增加電機(jī)的給定轉(zhuǎn)矩，才能保證紙張的表面張力保持恒定?？紤]到安裝卷徑傳感器的成本和條件，以及丹佛斯的同步卡中心卷繞程序包含有自動(dòng)卷徑計(jì)算功能，故決定采用丹佛斯同步控制器和丹佛斯同步卡來(lái)實(shí)現(xiàn)恒定的張力控制，在這種控制方式下，系統(tǒng)的成本和復(fù)雜度會(huì)大大降低。

2.2 同步卡中心卷繞程序

丹佛斯同步卡中心卷繞控制由以下三大部分組成。

1)張力給定處理包括張力錐度控制及張力給定斜坡功能，由于卷繞材質(zhì)不同，張力給定可以根據(jù)需要隨著卷徑的變化而變化;系統(tǒng)控制具有張力極限報(bào)警功能，張力達(dá)到極限時(shí)，變頻器輸出信號(hào)報(bào)警等功能;各種材料所需的張力的PID 參數(shù)不一樣，系統(tǒng)可以保存多組PID參數(shù)，根據(jù)輸入信號(hào)選擇，但本例卷繞材料是紙張，只要保持恒張力就可以，所以不需要這一功能。

2)直徑計(jì)算功能包括：直徑計(jì)算功能，該功能基于當(dāng)前直徑=驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速伊驅(qū)動(dòng)軸直徑/卷繞轉(zhuǎn)速;卷徑到達(dá)指示功能;多個(gè)初始卷徑選擇功能，可以儲(chǔ)存多個(gè)不同的卷筒直徑，根據(jù)控制信號(hào)選擇;卷徑測(cè)量功能(需要輔助傳感器);卷徑計(jì)算限制功能，根據(jù)材料厚度可以計(jì)算出限制的卷徑變化速率。

3)張力PID控制根據(jù)張力檢測(cè)裝置檢測(cè)的張力與設(shè)定張力作PID調(diào)節(jié)，目的是對(duì)卷徑進(jìn)行限幅。

在控制過(guò)程中，將當(dāng)前卷徑及線速度所計(jì)算出的卷繞轉(zhuǎn)速作為前饋，所以變頻器的總給定等于前饋速度加上張力的PID 調(diào)節(jié)量。同步卡中心卷繞控制如圖2 所示。

2.3 超級(jí)壓光機(jī)的變頻組構(gòu)

西安精美紙業(yè)造紙廠采用的壓光機(jī)為十二輥超級(jí)壓光機(jī)，主牽引電機(jī)功率為P=160 kW，因此選用變頻器VLT5252 來(lái)控制主電機(jī)，收卷電機(jī)功率為P=22 kW，因此采用收卷變頻器為VLT5032，主電機(jī)和收卷電機(jī)各加裝旋轉(zhuǎn)編碼器，張力反饋機(jī)構(gòu)安裝有簡(jiǎn)便的跳舞輪，另外，在收卷變頻器上安裝有丹佛斯的同步控制卡。

丹佛斯同步卡的基本工作原理是通過(guò)光電編碼器反饋的電機(jī)的實(shí)際速度與位置，與給定的速度或位置信號(hào)比較，通過(guò)內(nèi)部計(jì)算后，直接對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行控制。[!--empirenews.page--]

3 方案設(shè)計(jì)

壓光機(jī)變頻改造示意圖如圖3 所示，張力控制示意如圖4所示。

該系統(tǒng)主速度部分是通過(guò)主電機(jī)的變頻器VLT5252的開(kāi)環(huán)控制來(lái)驅(qū)動(dòng)主傳動(dòng)電機(jī)，采用主-從式結(jié)構(gòu)給定，主牽引的速度給定由變頻器的電位器輸入，當(dāng)主電機(jī)啟動(dòng)，裝于主電機(jī)上的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信號(hào)，該信號(hào)連接在拖動(dòng)收卷電機(jī)的變頻器VLT5032 的同步卡上，當(dāng)同步卡接收到編碼器信號(hào)，同時(shí)以跟隨主電機(jī)的速度來(lái)拖動(dòng)收卷電機(jī)，此刻，收卷電機(jī)上的編碼器也同時(shí)輸出信號(hào)至丹佛斯變頻器同步卡，以保證達(dá)到同步。

在張力控制部分，由配重浮動(dòng)輥給定張力，經(jīng)位移傳感器反饋張力至丹佛斯變頻器，通過(guò)丹佛斯同步控制器內(nèi)部計(jì)算作調(diào)整以保持恒定張力。

4 改造優(yōu)勢(shì)

造紙廠屬于輕化工企業(yè)，對(duì)防火要求很嚴(yán)。在造紙企業(yè)中采用的晶閘管裝置—直流電機(jī)的調(diào)速方式，因電機(jī)周圍的紙屑粉塵多，所以必須經(jīng)常打掃，否則積聚在整流子附近會(huì)因電刷打火燃燒嚴(yán)重威脅安全生產(chǎn)。而且，由于設(shè)備操作頻繁，不少場(chǎng)合須再生制動(dòng)，因此原直流電刷磨損嚴(yán)重。另外，因必須定期打掃，換刷，不僅維修費(fèi)用高，而且影響生產(chǎn)進(jìn)度。

在造紙廠應(yīng)用變頻造紙技術(shù)，有如下優(yōu)點(diǎn)。

1)采用變頻調(diào)速替代直流調(diào)速后使企業(yè)能耗降低。調(diào)速系統(tǒng)采用先進(jìn)的張力控制方法，使同步精度得到了大幅提高，這為設(shè)備生產(chǎn)的紙張質(zhì)量提供了有力的技術(shù)保障。采用變頻調(diào)速使整機(jī)速度調(diào)整方便、平穩(wěn)，調(diào)速范圍廣，因加、減速同步，故能滿足多種生產(chǎn)要求。由于變頻器具有較強(qiáng)的過(guò)載能力和低頻額定轉(zhuǎn)矩，所以保證了速度不隨負(fù)載的變化而變化，而且還克服低速時(shí)速度不穩(wěn)定的缺陷。

2)采用變頻調(diào)速的調(diào)速精度滿足造紙生產(chǎn)需求，當(dāng)負(fù)荷變化或電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)變化，適應(yīng)性強(qiáng)。

3)變頻器體積小，重量輕，不必另設(shè)控制盤，相對(duì)于晶閘管裝置，占地面積大大縮小，而且安裝容易，調(diào)試簡(jiǎn)單，操作方便，噪音小，無(wú)振動(dòng)。

4)采用變頻調(diào)速后，運(yùn)行、操作、維護(hù)簡(jiǎn)便，提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量

5)變頻器有軟啟功能，非常適合于軟啟動(dòng)的調(diào)速設(shè)備。本系統(tǒng)采用先進(jìn)的變頻控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的軟啟動(dòng)，減輕了機(jī)械沖擊，降低了部分噪音，延長(zhǎng)了機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減少了機(jī)械維修費(fèi)用。

6)變頻器有自我診斷功能，檢修方便，檢修時(shí)間短。

5 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)采用丹佛斯變頻器和丹佛斯同步控制卡收卷方案后，現(xiàn)場(chǎng)配置簡(jiǎn)潔，工作穩(wěn)定，調(diào)試方便。實(shí)際的收卷效果非常理想，端面整齊，張力穩(wěn)定。基于丹佛斯變頻器同步控制卡的控制特點(diǎn)，加上其完善的功能、高可靠性和優(yōu)秀的性能價(jià)格比，滿足了用戶對(duì)于紡織、造紙、冶金等各個(gè)領(lǐng)域的不同要求。