纸浆机控制系统（造纸机的变频传动系统方案）

一.引言

造纸工业是与国民经济发展密切相关的重要产业，涉及林业、农业、机械制造、化工、电气自动化、交通运输、环境保护等多个行业。目前大多数造纸企业使用多个DC电机驱动每个传动轴，可以实现无级调速。但是由于碳刷的存在，维护起来相当麻烦。随着交流变频控制系统和通信技术的发展，交流变频驱动系统广泛应用于新型造纸机，调速范围广、调速性能好、省电、操作简单。现代造纸机系统采用上位机、PLC、变频器和交流电机来完成造纸机的监控、运行和生产管理。

二.造纸机械设备的组成和原理

造纸机械由原料设备、制浆设备和造纸机组成。核心部分为造纸机，分为网部、压榨、预干燥、后压榨、后干燥、压光、卷取等。根据纸张形成的顺序。该工艺是将流浆箱输出的纸浆在网部脱水成型，在压榨部压缩使纸层均匀，预干燥干燥，后压榨涂胶，后干燥干燥，压光机压光，最后收卷成母纸卷。造纸工艺流程图如下所示。

三、造纸机电气系统需求分析。

1.造纸机自动化控制的控制要求。

(1)起动要求。

在造纸机中，有传递惯性大的部件，如烘缸，需要平稳启动，避免机械连续泵送的损坏。

(2)速度要求。

从纸浆到纸张，造纸机需要经过压浆施胶、压榨、干燥、压光、卷绕等多个工段，是一个多单元速度协调控制系统。每一段的速度都有严格的速度比例关系，否则会造成断纸或过度松弛，影响纸张的物理指标，不会稳定纸张的定量控制，影响产品质量。因此，造纸机的每个分支都应该具有高精度和稳定的速度性能。

(3)分区调速要求。

在牵引力的作用下，造纸机上的纸张在网区和压榨区产生纵向伸长，并在干燥区继续伸长。当纸的含水量降低时，纸的纵向伸长变形减小。当纸张进入压延机并卷起时，纸张会再次被拉伸。因此，在整个造纸机生产线中，每个分支的速度是不同的，从而可以保持纸幅的张力。同时，造纸机各分支的速度必须可调。这样，可以防止纸幅由于松弛或过度张力而断裂。由于造纸机不需要频繁启动，工艺要求的速度范围也不大，稳速是造纸机电气传动自动控制的主要目标。

2.造纸机的电气控制难点。

(1)造纸机的速度控制。

由于生产过程中各工段输送纸张，根据造纸工艺的要求，保持最后一级张力略大于前一级张力，需要协调控制各工段之间的线速度比，保持这一比值系数的高精度和可靠性，才能保证产品的产量和质量。同时，造纸机的这种速度比例协调关系应在改变速度或停机后保持不变，无需重新调整。每个分区独立控制，具有微升、微降、上紧等灵敏调节功能，便于操作调节前后分区速度差，避免纸张再传输时过度松弛、过紧断纸。

(2)主从负载分配控制。

在造纸传动控制中，当多个传动点驱动一个网部或多个传动对象，相互施加压力形成一定力矩并同步运转时，为使各关联传动电机根据自身配置合理承担动力输出，需采用负荷分配控制的形式。如果负荷分配调整不好，整个负荷回路中各传输点的负荷就会失衡，线速就会不同步，无法正常运行。

四.三变频系统控制方案。

1.SKI系列产品的特点。

(1)全系列产品通过ISO9001质量管理体系，全面实现“6S”现场管理，产品稳定可靠；

(2)5.5kW及以上功率标配DC电抗器，降低电流脉动值，提高输入功率因数；

(3)保护功能完善，系统稳定，可靠性高，内置EMC滤波器；

(4)超低噪声，载波频率可从1k调整到15k

(5)IGBT结温模型设计和独特的结构设计能更好地适应外部高温高湿环境。

2.系统方案设计。

根据造纸机对电机驱动系统的要求，为该系统配置了专用的造纸机变频器进行调速。在该系统中，线材部分的再压缩是主驱动，真空压制是辅助驱动。主驱动采用基本速度控制方式，从驱动采用负荷分配控制。在从动控制中，频率主设定值由内部PID校正，主驱动的转矩输出作为从动PID设定值，从动驱动的转矩输出作为PID反馈值滤波。为了提高控制精度，可以调节PID给定量和反馈量的增益，如200%。这保证了控制精度，提高了系统的稳定性。

3.应用SKI系列产品后，造纸机的系统性能得到明显改善。

（1）SKI系列产品有过流、过压、过热、欠压等多种保护措施，能有效保护电机，从而使设备故障率低；

（2）电机可以软启动启动，减少对电网和设备的影响；

（3）电机调速精度提高，速度更平稳，系统稳定性大大提高；

（4）可以自动控制干燥系统的压力和纸浆的流量，提高系统的效率；

（5）低频转矩大，响应快，运行速度精度高，波动小；

（6）干燥系统的流量控制器信号和气压信号通过SKI系列产品的模拟信号输出到系统控制器，调节纸浆流量和干燥系统的干燥压力，操作安全方便。

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