造纸机变频改造设计方案

造纸企业是高能耗企业每吨纸所耗电能在500 度以上，电能消耗十分严重。传统的造纸机械的采用SCR 直流调速(大功率)和滑差电机(小功率)传动， 在生产过程中经常由于机械磨损、传动带的打滑等因数造成速度匹配失调，形成断纸、厚度不均等现象。为了降低能耗、优化产品质量，提高劳动生产率、现代化的造纸设备多采用多电机分部传动，即在每一个传动分部安装交流电动机并配制相应的特制变频器、要求各分部能够不仅实现同步控制，而且能够在一定的范围内调速。全数字化的控制系统使设备的自动化程度提高了一个档次， 它特有的全程在线监控系统让用户非常清晰的了解到设备的生产现状。

二、 方案设计

1、造纸工艺

造纸机械的基本组成部分按照纸张形成的顺序分为网部、压榨、前干燥、后压榨、后干燥、压光机、卷纸机等。其工艺为流浆箱输出的纸浆在网部脱水成型，在压榨部进行压缩使纸层均匀，经过前干燥进行干燥，接着进入后压榨进行施胶，再进入后干燥器烘干处理，然后利用压光机使纸张平滑，最后通过卷纸机形成母纸卷。

2、控制方案

造纸机传动控制系统是一种转速恒定、负载基本恒定的稳速系统。从控制特性上可分为：速度控制、转矩控制、负荷分配控制三种基本控制方式，其控制要求为速度长期稳定，动态恢复时间尽可能短。根据纸机对象特性.控制方案可归纳为多分部同步速度控制链控制、负荷分配控制分部控制系统这两种典型的结构形式。负荷分配控制分部方案通常应用于大型的造纸设备上，具有功率大线速高等优点，但其控制系统成本高，不适合应用于中小型造纸机上。多分部同步速度控制是利用恒转矩电机和矢量变频来实现速度同步功能实现整机同步，同时利用变频的矢量控制功能来修正设备分部因负荷变化而导致的速度变化。具有调速广、成本低、性价比高等优点，多用于中小型造纸机。下面我们具体介绍一下造纸机上使用的多分部同步速度传动系统：

造纸机由纸浆到形成纸张，需经过多个分部，因此是一个多单元的速度协调系统。各个分部间的速度要求严格配合，根据工艺流程，一般有下表所示关系，只要其中一个分部速度不稳，就会无法维持生产，纸幅不是断裂，就是松垮下来。如果整台纸机车速不稳，就不能保证纸张的定量(每平方米纸页的质量) 不变。因此要求纸机的各分部都能稳速。且各分部之间满足一定的速比关系; 此时应采用多分部同步速链控制系统。

一般造纸机各分部的速比关系

造纸机各分部的速比

各部名称

以粘状浆制成纸张(如电容纸、仿牛皮纸) 一般纸张(如书写纸、印刷纸)

伏辊 89-91 94-95.5

第一压榨 94-96 96-97

第二压榨 97-98 97.5-98

第三压榨 98.5-99 98.5-99

干燥部 100 100

压光机 100.05-100.15 100.05-100.15

卷取机 100.10-100.30 100.10-100.30

1.多分部同步速度链控制原理

假设造纸机传动系统有n 个分部，各分部速度分别为：N1、N2、...、Nn，相邻

两个分部速度比分别为K1、K2、...、Kn-1，那么可有如下关系式：

N2=K1 N1

N3=K2 N2=K2K1 N1

N4=K3 N3=K3K2K1 N1

...

Nn=Kn-1 Nn-1=Kn-1...K1 N1

上式中N1为第一传动点的速度，也称为全线速度。改变全线速度N1，其余各传动点速度N2、...、Nn 都会随之成比例改变，但改变速比K i(i=1、2、...、 n-1)，只有第i 个传动点后面的传动速度会改变，i 之前的各传动点速度不会改变。

例如：调整速比K3，传动速度N4、N5、...Nn 都会改变，但N1、N2、N3 不会改变

2.多分部同步速度链控制系统的实现

这种系统的特点是各传动点之间只存在速比关系，无负荷分配控制。这种系统较为简单，可以满足多种纸机和变频器相结合的需要，同步速度链可以是模拟式速度链、数字式速度链以及PLC程序式速度链，以下分别说明其原理。

1)模拟式速度链

这种速度链在直流传动时代就已经被采用了，其原理如下图所示。

其中N1是全线速度，只有第一传动点能改变全线速度，其余各点只能微调，范围大约在5%-10%之间。模拟速度链的优点是简单、灵活、成本低，缺点是抗干扰能力较差，当信号线较长时使用受到限制，存在可靠性差、功能不足等缺点。

2)PLC 程序式速度链

对于大型多传动点的纸机能很好的解决模拟式速度链的可靠性差、功能不足等问题。该控制器采用进口的可编程序控制器(PLC)作为现场的控制中心，设备所有的输入控制开关、保护接点及输出点通过光电隔离进出PLC，有效屏蔽掉了现场的干扰信号，中央处理器运行的可靠运行得到保障。原来的电气驱动部分采用直流调速。改造后将采用以PLC+工控机作中央控制器控制多变频全数字化的控制系统(见图1)。依据具体控制要求设计控