造纸机电气传动的现状和发展趋势的探讨

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　　【摘 要】随着科学技术水平的提高，造纸机电气传动也有了新的进步，作为人类文明的一项重要内容，造纸机电气传动水平的提高，有助于生产效率与生产质量目标的实现。下面我们就对造纸机电气传动现状及发展趋势展开分析和探讨。
　　【关键词】造纸机；电气传动；传动现状；发展趋势
　　引言
　　随着互联网时代的到来和计算机技术的不断成熟，在造纸机发展过程中通过借助智能控制、计算机技术不断提升自身的自动化发展水平，促进造纸机呈现出高速化、大型化、高效化的发展趋势。同时造纸机的同步控制整体运行环境非常复杂，受外界干扰作用相对较大，具备强耦合、非线性等特点，对速度链控制有非常高的要求。可以通过纸张成型原理将造纸机传动点分为网部、压榨、前干燥、施胶、后干燥、压光和卷纸等几个不同方面，都借助异步电动机驱动，保证线速度同步，就是车速变化传动点速度也需要与其保持同步变化。
　　1 造纸机电气传动的现状
　　从六十年代开始，我国的纸机传动开始采用模拟系统的直流可控硅调速，对老的发电机组或总轴传动进行改造。当时的直流可控硅调速是单闭环，系统精度和稳定性都比较差，技术力量强的企业可以掌握，收到了改造的预期效果；技术力量薄弱的企业就出了问题，维护跟不上，出了故障不能及时排除，使抄造率有所下降，不同程度受到损失。《中国造纸》杂志为此发了专刊，技术性能比单闭环优越得多，一下子改变了纸机传动可控硅应用的被动局面，受到了广大用户的普遍欢迎。双闭环系统不仅在造纸机械上使用，还广泛用在轧钢、纺织等各行各业，为可控硅的应用开辟了广阔前景，风靡了二十世紀七十、八十两个年代。八十年代后期，由于国产元器件质量不断下降，制造厂无论在元件筛选上，还是制造工艺、出厂调试等环节上都不能严格把关，使产品质量有所下降，使用单位开始反映双闭环系统不可靠、不稳定的新问题。就使用单位本身而言，由于纸机车速不断提高，非木材纤维的比例不断增加，新工人逐渐增多，维护水平有所下降，以致好多机台不能正常生产。模拟系统面临着新的挑战，纸机对电气传动提出了新的要求，希望有精度、可靠性、稳定性都更高的系统问世。随着电子技术的飞速发展，计算机运算速度的提高，国外研制成一种全新概念的全数字调速技术，精度比模拟系统高1一2个数量级，达0.01%，调试简单，维修方便，可靠性和稳定性都是模拟系统无法比拟的。银鸽公司率先从西门子公司全套引进了全数字直流调速系统，淘汰了原来从ABB公司引进的模拟直流调速系统，车速提高到1140m/min，由于稳定性和可靠性的提高，没有因为电气不稳定而断纸的现象，使抄造率大大提高，获得了很好的经济效益。
　　2 造纸机电气传动发展趋势
　　2.1 变频调速同步控制
　　造纸生产过程中，传动系统的工作速度要有较宽、均匀的调节范围，适应生产不同纸张定量的需要。对于脱水能力和干燥能力一定的纸机，在生产不同定量的纸页时，工作车速需要进行相应的调整：纸张定量高时，车速要低；而定量低时，车速要高。
　　2.2 复卷机变频传动控制
　　第一张力控制：对纸张力进行控制的方法有非常多，比较常见的为电气控制，而电气控制又分为直接和间接两种张力控制方式。其中间接张力控制的方式主要是通过对退纸辊电动机的制动功率进行控制，使得其保持恒定。而在间接张力控制方面常见的张力控制方法分为电机的反电动势恒定和电枢的电流恒定，可以在保持电动机的反电动势和电流两者乘积恒定的基础之上实现数值的可变性。第二点压力控制：通过对压纸辊液压缸的压力进行控制实现对纸卷和底辊压力的控制，在纸卷直径逐渐增大的同时减少压纸辊液压缸的压力，获取均衡压力。第三点转矩控制：在对纸卷直径进行加大过程中，需要逐渐减小前底辊转矩，逐渐增大底辊转矩，保证成品纸卷的质量能够达到生产要求。第四复卷机停车控制，可以通过直径、长度、手动停车等几种不同的停车方式停车，目前这几种停车方式中应用比较广泛的是定长停车。
　　2.3 纸机控制系统结构
　　我们的选型原则是：优化设计，程序通用化，界面美观化，使整个控制系统稳定性好、可靠性高等特点。纸机控制系统采用交流变频传动控制，三级控制方式。第一级为驱动级，变频器采用台达公司vFD-B系列高功能，向量型交流变频器，由闭环控制编码器反馈板，组成闭环控制系统。第二级为PLC控制系统，采用西门子S7-300PLC，S7-300与变频器组成RS485总线控制网络，通讯速率最高可达19.2kbit/s，并完成自动卷取及辅助部分的机电一体化功能；第三级为上位控制系统，采用DELL公司工控机，用于纸机传动系统状态监控，实现整个纸机自动控制。并可通过工业以太网与QCS系统、DCS系统、厂级管理级等联网，可实现纸机控制系统优化控制。
　　2.4 变频器控制方式的介绍
　　现阶段，以变频器作为交流电机的调速装置在造纸、冶金等行业得到了广泛的应用，是未来传动控制发展的方向。目前变频器的控制方式主要有：为恒U/f控制；转差频率控制；矢量控制；直接转矩控制；转矩控制五种。（1）恒U/f控制方式。这种控制方式是在改变电动机电源频率的同时改变电动机电源的电压，使电动机磁通保持恒定。这种方式由于结构简单、成本低的原因，在大多数范围内得到了广泛的应用。但是，它也存在缺陷，在低频时，稳定性差，机械特性也没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能也一般。（2）转差频率控制方式。这种控制方式是通过控制转差频率来控制转矩或电流。当频率不变时，异步电机的电磁转矩与转差频率成正比，机械特性曲线为直线。该控制方式需要有速度反馈，即反馈电机的实时转速，构成速度闭环，速度调节器的输出为转差频率，然后以电动机速度与转差频率之和作为变频器的输出频率。由于转差频率可以反映出负荷的变化，所以该方式适应于系统负荷变化大的情况。（3）矢量控制（VC）方式。该控制方式的做法是将异步电动机在三相坐标系下的定子电流Ia，Ib，Ic通过三相一二相变换，等效成两相静止坐标系下的交流电流再通过按转子磁场定向旋转变换，等效成同步旋转坐标系下的直流电流相当于直流电动机的励磁电流，Itl相当于与转矩成正比的电枢电流，然后模仿直流电动机的控制方法，求得直流电动机的控制量，经过相应的坐标反变换实现对异步电动机的控制。其实质是将交流电动机等效为直流电动机，分别对速度、磁场两个分量进行控制。矢量控制方法的提出具有划时代的意义，能够使电动机的机械特性达到比较理想的状态。
　　2.5 全数字调速系统逐步取代模拟系统
　　从分析模拟系统的缺点和全数字系统的优点可以看出，全数字调速系统具有模拟系统无可比拟的优点，因而全数字调速系统逐步取代模拟系统是造纸机电气传动的发展趋势。全数字调速技术发展于八十年代初期，在我国为何不能立即推广，主要原因是新技术刚刚问世，价格昂贵，不要说中小企业不敢问津，就是效益好的大型企业也难以承受。到了八十年代末九十年代初，价格稍有下降，几家大型企业才相继全套引进了全数字调速系统，其价格仍是国产模拟系统价格的10倍，要想大面积推广仍是困难的。近年来，由于国际市场不景气，外商纷纷瞄准我国市场，分析研究我国市场的潜在能力，推销系统有困难，就推销核心部件，让我国自己成套系统，价格大幅度下降，只比国产模拟系统贵50%左右。从去年开始，几家有影响的外商，在我国掀起了推销商战，不断降价，不断推出功能更全、价格更优的新产品。
　　结语
　　总的来说随着科学技术的不断发展进步，现阶段变频技术也在逐渐的趋于成熟，以变频技术为依托的变频器自身的调速性能、自动调节等诸多优势也更多的显现出来，已经逐渐取代传统纸机上的直流调速系统，促进纸机电气传动的推广和长远发展。
　　参考文献：
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　　（作者单位：河南银鸽实业投资股份有限公司）
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