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一   概述
1. 造紙機對電氣傳動自動化控制的要求
1.1 穩(wěn)速的要求：
    造紙機由紙漿到形成紙張，需經(jīng)過多個分部，因此是一個多單元的速度協(xié)調系統(tǒng)，各個分部間的速度要求嚴格配合，根據(jù)工藝流程，一般有以下關系：只要其中一個分部速度不穩(wěn)，就會無法維持生產，紙幅不是斷裂，就是松垮下來。如果整臺紙機車速不穩(wěn)，就不能保證紙張的定量（每平方米紙頁的重量）不變。因此要求紙機的各分部都能穩(wěn)速。但是,在實際運行中，有許多干擾因素破壞速度的穩(wěn)定，例如電網(wǎng)電壓的波動、頻率的變化、負載的波動、溫度的變化等等，對電氣傳動自動化控制的要求是克服這些干擾的影響，保證車速的穩(wěn)定。不同紙機，對穩(wěn)速精度的要求是不同的，所以對電氣傳動的要求也有區(qū)別，一般來說，薄型紙或大型高速紙機對此要求較高些。
1.2 變速的要求：
    紙機正常工作時，由于工藝上的變化而改變速度的范圍不大，一般只在10－15％左右，在紙機調整時，如檢查銅網(wǎng)、壓榨部換毛毯，烘干部換大布或預熱等需低速爬行，車速將降至20米/分左右，此時對穩(wěn)速沒有要求。
1.3 平穩(wěn)起動的要求：
    紙機中有的分部要求平穩(wěn)起動，例如網(wǎng)部起動太快就會損壞銅網(wǎng)；烘缸和壓光兩個分部傳動慣量比較大，起動太猛會把機械連軸扭斷，因此要求整個系統(tǒng)能平穩(wěn)起動，而且各分部要能單獨起動和停止。
1.4 各分部調速的要求：
    如圖一，造紙機工藝流程圖，紙機上的紙受到牽引力的作用，在濕部產生縱向伸長，在干部開始時紙張的縱向繼續(xù)伸長，當紙張含水量降低后，紙張減少縱向伸長變形，在紙張進入壓光機和卷紙機時，紙張再度牽引而伸長，因此在整個紙機生產線中，各個分部的速度是不同的，這樣可以保持紙幅張力。同時，紙機各分部的速度必須是可以調節(jié)的，這樣可以避免紙幅松弛或繃緊而斷頭，各分部的速度調節(jié)范圍為±(10－15％)。
    由于造紙機無須頻繁起動，而工藝要求的變速范圍也不大，所以達到穩(wěn)速是電氣傳動自控最主要的目標。

2. 2400/160紙機概況
    2400/160紙機生產定量為17－30g/m²的薄頁紙，設計車速為160米/分，紙幅在長網(wǎng)中成形，通過復合壓榨脫水，再經(jīng)五組烘缸烘干，紙幅經(jīng)過冷缸后分切，由卷紙機卷成母紙卷。紙機分為部傳動，共15個傳動點，總裝機容量為202kW。如圖二，紙機傳動圖

二   系統(tǒng)配置
    在控制系統(tǒng)中，采用S7－200系列PLC運用USS協(xié)議通訊控制不同分部的MM440變頻器，MM440對電機變頻調速，從而達到紙機傳動的控制，采用操作臺控制按鈕操作。具體配置如下：
    CPU226
    DI模塊
    DO模塊
    總線連接器
    屏蔽雙絞線
    MM440變頻器（軟件版本：V1.16）
    進線電抗器

三   MM440變頻器特點
    1. 豐富的控制功能：
    可以滿足各行業(yè)的驅動控制要求，在本控制系統(tǒng)中，采用矢量控制方式來驅動各分部電機；
    2. 強大的通訊功能：
    具有標準的RS485接口，方便上位機通訊，PROFIBUS通訊可選件可以將MM440掛上開放的、快速的DP網(wǎng)上，實現(xiàn)高性能的通訊控制
    3. 自由功能塊和BICO技術：
    MM440具有區(qū)別一般通用變頻器的自由塊和BICO技術，可以實現(xiàn)靈活的組態(tài)設計，完成工藝復雜的控制要求；
    4. 多種參數(shù)設置方式：
    通過基本操作板、高級操作面板進行參數(shù)設置，也可利用SIMOVIS和 DRIVEMONITER 調試軟件進行參數(shù)設置，同時可以運用調試軟件監(jiān)視控制中的過程值。
四   2400/160紙機的電氣控制
    1. 紙機速度鏈
    由于各分部傳送著生產過程中的紙張，根據(jù)造紙工藝的要求，各分部間要求達到線速度比例協(xié)調（相鄰兩個分部間的線速度比值應保持恒定），高精度地、可靠地保持這個比例系數(shù)是保證產品質量、生產正常運行的重要條件，任何原因破壞這種比例協(xié)調，就會降低產品質量。同時，紙機的這種速度比例協(xié)調關系應在該變車速或停機后重新開機時繼續(xù)保持，而不需重新調節(jié)。其次，這種比例協(xié)調應具有微調功能，以調節(jié)相鄰兩分部間的速差，避免紙張在傳送過程中的松弛和繃緊現(xiàn)象，并且速度微調應該靈敏、可靠，不應在調過程中有明顯的滯后現(xiàn)象。比例協(xié)調關系如下：
    N1＝K1(N0＋DN0)N2＝K2(N1＋DN1)N3＝K3(N2＋DN2)N4＝K4(N3＋DN3)
   
    在2400/160紙機中，采用USS協(xié)議通訊結合PLC程序來完成速度鏈的控制，避免了運算放大器的速度鏈給定環(huán)節(jié)的信號漂移，提高了穩(wěn)定性。
2. 速度控制
    不同紙機、同一紙機生產不同紙種，在速度控制要求上，有不同的要求。但紙機對電氣傳動控制統(tǒng)一要求為穩(wěn)速、變速，對低速紙機的速度控制，控制系統(tǒng)只需達到此要求即可滿足紙機的連續(xù)運轉。本控制系統(tǒng)中，由于MM440給定由S7－226通訊傳輸實現(xiàn)，改變傳輸值就可達到變速要求。
    本臺紙機生產薄頁紙，對速度的穩(wěn)定性及動態(tài)響應性有較高的要求。由于MM440的矢量控制，在對電機進行優(yōu)化處理過程中，自動調整速度控制重要參數(shù)的設置值，大大提高靜態(tài)和動態(tài)的控制精度，避免了斷紙，提高了生產效率。
3. 負荷分配控制
    在壓榨部中，多個傳動共處于同一毛布圈路內。如圖：負荷分配控制圖。這幾處傳動要求負荷進行比例分配，即負荷分配控制。主傳動采用基本的速度控制方式，從傳動采用負荷分配控制。在控制中，運用MM440內部PID調節(jié)器，主傳動的電流實際值作為給定值（V_SP），從傳動的電流實際值作為反饋值（V_PV），經(jīng)PID調節(jié)后生成的值，作為附加給定疊加到速度給定通道。（如圖：負荷分配控制。）實現(xiàn)負荷分配的過程控制。

五   控制系統(tǒng)特征
    1. 控制系統(tǒng)簡單且經(jīng)濟
    在系統(tǒng)中采用S7－200PLC自由通訊口方式通訊，且在MM440上具有RS485接口，從而可以方便實現(xiàn)變頻器給定的數(shù)字化控制。在控制系統(tǒng)要求不高的場合，本系統(tǒng)簡單而經(jīng)濟，不僅PLC程序簡單，而且硬件上無需添加通訊接口。
    2. 進線電抗器保護變頻器
    由于實際工作現(xiàn)場的復雜環(huán)境，往往會導致電網(wǎng)的波動，產生高次諧波。進線電抗器避免了這些因素對變頻器的影響，保護了變頻器的整流單元。
    3. 矢量控制
    MM440變頻器的矢量控制，提高動態(tài)響應能力，克服紙機由于工藝參數(shù)的變化引起的速度波動，保證紙機速度的穩(wěn)定性。
六   結論
    本控制系統(tǒng)，是為隸屬華川紙業(yè)集團浙江義烏雙峰紙業(yè)有限公司2400/160薄頁紙機配套的傳動控制系統(tǒng)。自5月初調試運行至今，紙機正常生產，MM440變頻器運行良好。
    在控制系統(tǒng)中，采用軟件版本V1.1.6的MM440，控制方式為開環(huán)控制。2400/160薄頁紙機，其設計車速為160m/min，而MM440變頻器的設定值在串行通訊時為0.01Hz，在分部之間速度調節(jié)改變牽引力時，能夠滿足本臺紙機的控制要求。當在高速、生產低定量紙種的紙機傳動系統(tǒng)中運用MM440時，其軟件版本應高于V2.0以上，使速度控制方式為閉環(huán)矢量控制，增加PROFIBUS通訊模塊，將MM440作為DP網(wǎng)絡的從站，提高紙機傳動控制精度，達到高速紙機的要求。
    MM440是SIEMENS全新一代變頻器，其許多功能類似于6SE70變頻器，但其功能不如6SE70強大，分辨率、控制精度也低于6SE70。但是，在版本V2.0推出且功率達到250KW之后，在國內中小型造紙機中，MM440變頻器將廣闊的應用。