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深圳市英威騰電氣股份有限公司

1　項(xiàng)目介紹

佛山某造紙機(jī)械制造公司，主要產(chǎn)品有涂布機(jī)、分切復(fù)卷機(jī)、涂料制備系統(tǒng)、離型原紙、無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙加工等，此項(xiàng)目為分切復(fù)卷機(jī)新設(shè)計(jì)機(jī)型。在性能達(dá)到國(guó)外同類(lèi)設(shè)備的性能前提下，盡可能降低成本。客戶(hù)希望方案可靠，調(diào)試簡(jiǎn)單，同時(shí)能夠節(jié)約機(jī)械成本、人工成本和維護(hù)成本。

2　解決方案

（1）分切復(fù)卷機(jī)是將造紙廠(chǎng)生產(chǎn)的原紙進(jìn)行第二次復(fù)卷，分切成日常生活紙張的半成品, 為保證紙張?jiān)趶?fù)卷過(guò)程中在不被拉斷的同時(shí)保持一定的張力，傳統(tǒng)中高端的分切復(fù)卷機(jī)一般采用速度精度較高的變頻器加上擺棍等傳感器保持紙張的張力，但是機(jī)械結(jié)構(gòu)還是很復(fù)雜。

（2）高速分切復(fù)卷機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)需要電機(jī)運(yùn)行速度精度高，轉(zhuǎn)速平穩(wěn);為保證設(shè)備的生產(chǎn)效率，需要加減速時(shí)間不超過(guò)40S；為保證安全，緊急停車(chē)時(shí)間不超過(guò)10S；而且在緊急停車(chē)過(guò)程中不斷紙張，因此對(duì)變頻器的轉(zhuǎn)速精度與硬件都是極高的考驗(yàn)。

（3）前期的機(jī)型設(shè)備牽引輥是通過(guò)兩根棍子壓住紙張，新的機(jī)型設(shè)備是通過(guò)皮帶連接帶動(dòng)三個(gè)橡膠輥進(jìn)行牽引,且增加了一個(gè)放卷電機(jī)，通過(guò)變頻器進(jìn)行張力控制。

2.1　工作原理介紹（如圖1所示）

放卷側(cè)裝上寬度較大的紙卷，經(jīng)過(guò)牽引軸，然后由多片閘刀將寬紙張切成幾段寬度的紙張，并將分切后的紙張通過(guò)滾筒引導(dǎo)分別卷在兩端的轉(zhuǎn)筒上，即有兩臺(tái)收卷控制電機(jī)，一臺(tái)牽引控制電機(jī)，一臺(tái)放卷電機(jī)，跟隨牽引軸保反向持一定張力放卷，四臺(tái)變頻器供直流母線(xiàn)，防止母線(xiàn)過(guò)壓。變頻器有三項(xiàng)輸入電源，共直流母線(xiàn)，共同使用一個(gè)制動(dòng)電阻。

圖1 工作原理介紹

2.2　方案說(shuō)明

在本方案中， 材料放卷采用的是速度控制（VC，有 PG 矢量控制技術(shù)）， 通過(guò)張力輥（通過(guò)汽缸傳授張力）反饋材料張力的瞬態(tài)變化，來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)放卷電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)放卷的恒線(xiàn)速度及恒張力的控制，該分切機(jī)材料的放卷直徑變化范圍為98mm~600mm，在材料滿(mǎn)卷實(shí)現(xiàn)分切加工時(shí)，放卷速度很低（運(yùn)行頻率在4Hz左右），此時(shí)，負(fù)載最重，需要電機(jī)有非常優(yōu)秀的低速轉(zhuǎn)矩輸出能力。另外，該系統(tǒng)要求變頻器能夠控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)0速度張力保持功能，靜態(tài)自收緊功能等。

牽引及切刀的控制，在方案中采用速度控制（SVC，無(wú)PG矢量控制技術(shù)），牽引及切刀的控制，決定了整個(gè)分切機(jī)的加工車(chē)速，在加工線(xiàn)速度達(dá)到250米/分鐘時(shí)，變頻器的運(yùn)行為60Hz左右，加工速度的設(shè)定方式采用電位器給定。

收卷部分，由兩個(gè)收卷輥組成，同時(shí)對(duì)分切后的材料進(jìn)行卷繞，本系統(tǒng)允許的卷繞直徑變化范圍為98mm~600mm（與放卷相同），無(wú)張力反饋回路，系統(tǒng)要求采用恒張力完成收卷控制。如圖2所示。

一種紙的收卷效果

一種紙的放卷效果

雙膠紙的收卷效果（A4紙）

雙膠紙的放卷效果

圖2 收放卷效果示意圖

3　效益分析

（1）佛山某大型分切復(fù)卷機(jī)制造公司的高速機(jī)種使用英威騰自主研發(fā)的中高端產(chǎn)品GD35，取消掉了擺棍機(jī)械裝置，不僅節(jié)約了機(jī)械成本，而且節(jié)約了人工成本與維護(hù)成本。

（2）由于分切復(fù)卷設(shè)備對(duì)變頻器的要求高，中高端設(shè)備絕大部分電氣傳動(dòng)均由外資品牌所壟斷，英威騰在高速分切復(fù)卷機(jī)上的應(yīng)用，不僅打破了國(guó)外供應(yīng)商在該行業(yè)的壟斷地位，而且為分切復(fù)卷設(shè)備提供了更可靠、更方便的方案選擇。

精彩對(duì)話(huà)

深圳市英威騰電氣股份有限公司冶金行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理 胡正飛

自動(dòng)化博覽：近年來(lái)，英威騰為造紙行業(yè)提供的產(chǎn)品/解決方案的創(chuàng)新主要體現(xiàn)在哪些方面？

胡正飛：基于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的閉環(huán)矢量控制技術(shù), 針對(duì)造紙行業(yè)工藝需求，英威騰很好地實(shí)現(xiàn)了張力收放卷及等功率平衡功能，目前速度響應(yīng)約為2ms，電流響應(yīng)能達(dá)到 0.1～0.5ms。在閉環(huán)時(shí)，對(duì)應(yīng)于全范圍，調(diào)速比為1:100或更高時(shí)，速度控制精度高達(dá)0.05%。在變頻器的信息化功能上全面加強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了PROFIBUS-DP/Controlnet / Devicenet /EtherCAT /CAN等多種總線(xiàn)功能。方案上英威騰能夠提供AC380V高達(dá)1700A的單機(jī)大功率整流，通過(guò)逆變單元實(shí)現(xiàn)公共直流母線(xiàn)多機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，也能夠提供基于張力控制的變頻專(zhuān)機(jī)。

自動(dòng)化博覽：請(qǐng)您談?wù)勛詣?dòng)化技術(shù)在造紙行業(yè)的應(yīng)用前景。

胡正飛：目前工業(yè)以太網(wǎng)的突破性發(fā)展，使工業(yè)控制的三層網(wǎng)絡(luò)盡可能地?zé)o縫連接，并能與IT世界相通，造紙生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)也已由單變量系統(tǒng)發(fā)展為多變量系統(tǒng)，控制技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)已有機(jī)地結(jié)合在一起，各工段的工藝過(guò)程參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制，精度高、構(gòu)造復(fù)雜的自動(dòng)檢測(cè)儀表和各種類(lèi)型的自動(dòng)控制系統(tǒng)已成為造紙工業(yè)的重要組成部分。

信息技術(shù)不斷推動(dòng)自動(dòng)化向更深層擴(kuò)展，PLC/DCS/IPC等自動(dòng)化技術(shù)互補(bǔ)滲透，更注重功能和信息安全，同時(shí)控制系統(tǒng)由集中向分散化發(fā)展，無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)及射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）也進(jìn)一步滲透控制領(lǐng)域，人機(jī)界面更趨人性化。

變頻器性能更加擴(kuò)展, 要求全數(shù)字化、功能齊全、能夠補(bǔ)償負(fù)荷變化的自適應(yīng)、調(diào)諧技術(shù)，特別是分布式具有通信、聯(lián)網(wǎng)功能和集成PLC的高端變頻器, 變頻器性能在低速時(shí)的過(guò)載能力，穩(wěn)定的、四象限運(yùn)行能力以及一機(jī)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)的負(fù)荷平衡等方面也有所增強(qiáng)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年5月刊