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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 穩速的要求：
    造紙機由紙漿到形成紙張，需經過多個分部，因此是一個多單元的速度協調系統，各個分部間的速度要求嚴格配合，根據工藝流程，一般有以下關系：只要其中一個分部速度不穩，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，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速。但是,在實際運行中，有許多干擾因素破壞速度的穩定，例如電網電壓的波動、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，保證車速的穩定。不同紙機，對穩速精度的要求是不同的，所以對電氣傳動的要求也有區別，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、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，此時對穩速沒有要求。
1.3 平穩起動的要求：
    紙機中有的分部要求平穩起動，例如網部起動太快就會損壞銅網；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，因此要求整個系統能平穩起動，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，紙幅在長網中成形，通過復合壓榨脫水，再經五組烘缸烘干，紙幅經過冷缸后分切，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   系統配置
    在控制系統中，采用S7－200系列PLC運用USS協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：
    可以滿足各行業的驅動控制要求，在本控制系統中，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網上，實現高性能的通訊控制
    3. 自由功能塊和BICO技術：
    MM440具有區別一般通用變頻器的自由塊和BICO技術，可以實現靈活的組態設計，完成工藝復雜的控制要求；
    4. 多種參數設置方式：
    通過基本操作板、高級操作面板進行參數設置，也可利用SIMOVIS和 DRIVEMONITER 調試軟件進行參數設置，同時可以運用調試軟件監視控制中的過程值。
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，根據造紙工藝的要求，各分部間要求達到線速度比例協調（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調，就會降低產品質量。同時，紙機的這種速度比例協調關系應在該變車速或停機后重新開機時繼續保持，而不需重新調節。其次，這種比例協調應具有微調功能，以調節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象。比例協調關系如下：
    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節的信號漂移，提高了穩定性。
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一要求為穩速、變速，對低速紙機的速度控制，控制系統只需達到此要求即可滿足紙機的連續運轉。本控制系統中，由于MM440給定由S7－226通訊傳輸實現，改變傳輸值就可達到變速要求。
    本臺紙機生產薄頁紙，對速度的穩定性及動態響應性有較高的要求。由于MM440的矢量控制，在對電機進行優化處理過程中，自動調整速度控制重要參數的設置值，大大提高靜態和動態的控制精度，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PID調節后生成的值，作為附加給定疊加到速度給定通道。（如圖：負荷分配控制。）實現負荷分配的過程控制。

五   控制系統特征
    1. 控制系統簡單且經濟
    在系統中采用S7－200PLC自由通訊口方式通訊，且在MM440上具有RS485接口，從而可以方便實現變頻器給定的數字化控制。在控制系統要求不高的場合，本系統簡單而經濟，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
    由于實際工作現場的復雜環境，往往會導致電網的波動，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，提高動態響應能力，克服紙機由于工藝參數的變化引起的速度波動，保證紙機速度的穩定性。
六   結論
    本控制系統，是為隸屬華川紙業集團浙江義烏雙峰紙業有限公司2400/160薄頁紙機配套的傳動控制系統。自5月初調試運行至今，紙機正常生產，MM440變頻器運行良好。
    在控制系統中，采用軟件版本V1.1.6的MM440，控制方式為開環控制。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矢量控制，增加PROFIBUS通訊模塊，將MM440作為DP網絡的從站，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。