變頻器在小型造紙機(jī)同步調(diào)速系統(tǒng)上的應(yīng)用技巧：

摘要：介紹了在小型造紙機(jī)生產(chǎn)線上如何巧用變頻器進(jìn)行同步調(diào)速。重點(diǎn)是變頻器在幾個(gè)調(diào)速環(huán)節(jié)上的應(yīng)用方法，闡述了如何滿足生產(chǎn)工藝對各調(diào)速環(huán)節(jié)的要求，同時(shí)，總結(jié)了一些應(yīng)用實(shí)例。

一、問題的提出

在當(dāng)前的造紙生產(chǎn)過程中，傳統(tǒng)的控制方法制約了產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的提高。結(jié)合多年來參與改造小型造紙機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，筆者就如何將變頻器應(yīng)用于同步調(diào)速系統(tǒng)，解決好產(chǎn)品的質(zhì)量、車速與同步調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)系，做幾點(diǎn)闡述。

造紙機(jī)生產(chǎn)線拖動裝置的特點(diǎn)及要求：

1、分部傳動點(diǎn)多，要求調(diào)速系統(tǒng)保持同步可調(diào)。

2、大容量電機(jī)多，要求電機(jī)采用降壓啟動或軟啟動。

3、風(fēng)機(jī)多，啟動時(shí)峰值電流過大且延續(xù)時(shí)間長，要求采取軟啟動。

4、泵類電機(jī)多，部分工藝對供水要求恒壓。為了節(jié)能和保護(hù)管網(wǎng)，控制要求變頻調(diào)速。

從以上幾點(diǎn)分析得知，拖動系統(tǒng)需要解決好啟動以及同步調(diào)速問題。

傳統(tǒng)的控制方法較多地采用直流調(diào)速系統(tǒng)，也有不少設(shè)備采用最原始的滑差電機(jī)調(diào)速。但是，無論直流調(diào)速系統(tǒng)還是滑差電機(jī)調(diào)速，這些調(diào)速方法存在的共同問題是控制系統(tǒng)體積大，器件穩(wěn)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，變頻調(diào)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(jī)傳動調(diào)速系統(tǒng)、泵類控制及大容量電機(jī)的軟啟動上等等方面都得到廣泛的應(yīng)用。用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)取代滑差調(diào)速，乃至取代直流調(diào)速控制系統(tǒng)巳成為發(fā)展趨勢。

二、應(yīng)用方法論述

（一）多臺變頻器主從控制模式

在小型造紙機(jī)上經(jīng)常用到主從傳動方式，其主要特點(diǎn)是傳動點(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(yīng)該使用轉(zhuǎn)矩控制，電機(jī)之間不能有速度誤差；柔性連接時(shí)應(yīng)該使用速度控制，電機(jī)之間允許存在細(xì)微的速度誤差。在應(yīng)用中我們應(yīng)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題時(shí)效果最佳。其最大特點(diǎn)是外部給定信號與主機(jī)變頻器連接，主機(jī)通過光纖通信控制從機(jī)，實(shí)現(xiàn)主從控制。

1、轉(zhuǎn)矩控制方式

（1）工藝要求

造紙機(jī)的烘缸傳動系統(tǒng)必須要求各缸體的線速度同步。單臺電機(jī)與減速器組成的動力裝置驅(qū)動缸體按設(shè)定速度旋轉(zhuǎn)，各缸體之間相互接觸，并通過引紙網(wǎng)形成傳動鏈。

（2）關(guān)鍵問題

多臺動力裝置同時(shí)驅(qū)動一條傳動鏈必然存在不同步問題，主要原因是個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)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(yùn)行線速度之間存在誤差。這直接影響著紙張的生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

（3）解決方法

在低車速且紙張有一定厚度的生產(chǎn)線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)傳動點(diǎn)用一臺變頻器，將其中一臺定義為主機(jī)（如斜網(wǎng)部），其他定義為從機(jī)。主機(jī)接受外部控制信號和速度給定信號，從機(jī)實(shí)用轉(zhuǎn)矩控制方式，從機(jī)的所有控制信號包括啟停、轉(zhuǎn)矩給定、復(fù)位等均由主機(jī)通過光纖傳送，從而實(shí)現(xiàn)從機(jī)跟隨主機(jī)轉(zhuǎn)矩變化，時(shí)刻調(diào)整自身的輸出轉(zhuǎn)矩。由于光纖通信的傳輸速度為2Mbit/s，從而保證了從機(jī)準(zhǔn)確迅速地跟蹤主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

2、速度控制方式

（1）工藝要求

在造紙生產(chǎn)過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程稱為涂布。為了保證涂層的均勻，一般采用多輪滾動涂布方法，常用的有六至八輪。這樣最少需要六臺電機(jī)同步運(yùn)行且能平滑調(diào)速來保證涂層的均勻，這是各傳動點(diǎn)與紙張之間形成柔性連接，在運(yùn)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(jī)之間存在細(xì)微的速度誤差。

（2）關(guān)鍵問題

涂布采用多臺電機(jī)的傳動，輥與輥之間通過紙張相互以柔性方式連接。由于各輥徑與傳動減速系統(tǒng)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(yùn)用其主從控制方式中的速度控制方式對上述問題加以解決。設(shè)定某輥輪為主傳動電機(jī)其他各輪為從傳動，主機(jī)受外部控制信號和速度給定信號的控制，各從機(jī)通過光纖鏈接到主機(jī)上，其所有控制信號包括啟停、轉(zhuǎn)矩給定、復(fù)位等均由主機(jī)控制，各輥輪速度的調(diào)整可很方便地通過主機(jī)變頻器的內(nèi)部參數(shù)調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)可按工藝要求設(shè)定各傳動機(jī)構(gòu)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(jī)變頻器，與主機(jī)速度給定信號進(jìn)行比較后對變頻器輸出鏈進(jìn)行調(diào)整，從而保證涂布運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（二）多臺變頻器的統(tǒng)調(diào)、單調(diào)控制模式

1、工藝要求

在造紙生產(chǎn)過程中，速度鏈?zhǔn)窃旒垯C(jī)生產(chǎn)線電器傳動中的一種重要控制功能。各傳動點(diǎn)的線速度是否協(xié)調(diào)直接關(guān)系到紙張是否優(yōu)質(zhì)，車速能否提高。一條完整的生產(chǎn)線包括斜網(wǎng)部→吸水網(wǎng)→烘缸→涂布→壓光→卷紙等幾個(gè)重要環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)之間既需要統(tǒng)調(diào)升降速，同時(shí)又需要在各傳動部位上加裝微調(diào)裝置，確保各點(diǎn)的線速度一致，實(shí)現(xiàn)全線的同步運(yùn)行。

在生產(chǎn)過程中，各部分傳動點(diǎn)可能會出現(xiàn)紙張松緊不均的現(xiàn)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(shè)計(jì)方案

在考慮設(shè)計(jì)方案時(shí)，設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)應(yīng)抓住不同紙機(jī)生產(chǎn)線的特性及工藝對同步調(diào)速系統(tǒng)的精度要求。從表面上看造紙機(jī)是多臺電機(jī)的控制系統(tǒng)，實(shí)際上每臺電機(jī)只是工藝要求上的協(xié)調(diào)控制，并沒有機(jī)械上的硬性連接。因此對低速造紙機(jī)每個(gè)傳動點(diǎn)與變頻器可采用一帶一的開環(huán)控制模式。關(guān)鍵傳動點(diǎn)可借助ACS600系列變頻器的軟件功能來實(shí)現(xiàn)張力的反饋控制，與手動調(diào)節(jié)功能配合。在完成統(tǒng)調(diào)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(xiàn)多點(diǎn)位的統(tǒng)調(diào)控制。

（1）調(diào)速系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)由單調(diào)與統(tǒng)調(diào)兩部分組成。單調(diào)充分利用了變頻器的自身功能，即內(nèi)置的電動電位器應(yīng)用宏可方便地實(shí)現(xiàn)開關(guān)量控制啟停、升降速。統(tǒng)調(diào)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(diào)節(jié)輸入端相連，實(shí)現(xiàn)同步啟動，同步增減素的調(diào)節(jié)。為了補(bǔ)償各傳動點(diǎn)線速度的誤差，可在各傳動點(diǎn)設(shè)置微調(diào)裝置與同步控制器連接，進(jìn)一步完善單調(diào)與統(tǒng)調(diào)的控制模式保證了全線運(yùn)行的穩(wěn)定性。

對于某些頻繁調(diào)整的傳動點(diǎn)，可在該處設(shè)置張力反饋裝置。

（2）同步控制器與變顏器配合實(shí)現(xiàn)統(tǒng)調(diào)的方法

在應(yīng)用同步控制器與變頻器組成的同步調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)重點(diǎn)把握兩點(diǎn)：一是如何擴(kuò)充同步控制器的控制點(diǎn)位來滿足多臺變頻器對各部點(diǎn)調(diào)速的要求；二是如何掌握同步控制器的給定信號與各調(diào)速點(diǎn)反饋信號的連接方式，實(shí)現(xiàn)同步調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

第一，擴(kuò)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(diào)速系統(tǒng)主機(jī)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(yīng)將該單元的比例系統(tǒng)設(shè)定為1并設(shè)定給單元無反饋。以下各級以此類推。其他單元的輸入設(shè)定在首臺同步控制器第一單元的輸出上，其比例系數(shù)可按實(shí)際需要設(shè)定（該系數(shù)等于各分部點(diǎn)之間同步線速度的比例值）。各單元的反饋送系數(shù)也要根據(jù)運(yùn)行中各分部點(diǎn)的實(shí)際情況設(shè)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(jié)合各種生產(chǎn)原材料的不同，車速、紙的標(biāo)準(zhǔn)及在調(diào)試中出的問題加以確定。

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(zhǔn)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，以下各級以此類推。

在應(yīng)用中，并聯(lián)反饋方法適用于低速造紙機(jī)，特別在紙張有一定拉力和厚度的情況下調(diào)試方便，運(yùn)行穩(wěn)定，但精度稍差。同時(shí)要求在停車后同步啟動時(shí)，反饋信號必須調(diào)零，啟動后根據(jù)運(yùn)行情況再加入反饋信號。串聯(lián)反饋方法適用于運(yùn)行精度高，車速快，各同步點(diǎn)線速度要求誤差小的系統(tǒng)，特別表現(xiàn)在停車后同步啟動的效果較明顯。但對開車技能不高，生產(chǎn)工藝掌握不全面的操作人員來說，應(yīng)用上有一定困難。

以上論述是筆者在生產(chǎn)實(shí)踐活動中摸索總結(jié)出來的，有些方法還要在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中加以驗(yàn)證，并且在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一步改進(jìn)。總之，在造紙生產(chǎn)控制系統(tǒng)中，變頻器控制調(diào)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。