一 概述
1. 造紙機(jī)對電氣傳動自動化控制的要求
1.1 穩(wěn)速的要求：
造紙機(jī)由紙漿到形成紙張，需經(jīng)過多個(gè)分部，因此是一個(gè)多單元的速度協(xié)調(diào)系統(tǒng)，各個(gè)分部間的速度要求嚴(yán)格配合，根據(jù)工藝流程，一般有以下關(guān)系：只要其中一個(gè)分部速度不穩(wěn)，就會無法維持生產(chǎn)，紙幅不是斷裂，就是松垮下來。如果整臺紙機(jī)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(jī)的各分部都能穩(wěn)速。但是,在實(shí)際運(yùn)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(fù)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(jī)，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(jī)對此要求較高些。
1.2變速的要求：
紙機(jī)正常工作時(shí)，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(jī)調(diào)整時(shí)，如檢查銅網(wǎng)、壓榨部換毛毯，烘干部換大布或預(yù)熱等需低速爬行，車速將降至20米/分左右，此時(shí)對穩(wěn)速沒有要求。
1.3平穩(wěn)起動的要求：
紙機(jī)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(gè)分部傳動慣量比較大，起動太猛會把機(jī)械連軸扭斷，因此要求整個(gè)系統(tǒng)能平穩(wěn)起動，而且各分部要能單獨(dú)起動和停止。
1.4各分部調(diào)速的要求：
如圖一，造紙機(jī)工藝流程圖，紙機(jī)上的紙受到牽引力的作用，在濕部產(chǎn)生縱向伸長，在干部開始時(shí)紙張的縱向繼續(xù)伸長，當(dāng)紙張含水量降低后，紙張減少縱向伸長變形，在紙張進(jìn)入壓光機(jī)和卷紙機(jī)時(shí)，紙張?jiān)俣葼恳扉L，因此在整個(gè)紙機(jī)生產(chǎn)線中，各個(gè)分部的速度是不同的，這樣可以保持紙幅張力。同時(shí)，紙機(jī)各分部的速度必須是可以調(diào)節(jié)的。
由于造紙機(jī)無須頻繁起動，而工藝要求的變速范圍也不大，所以達(dá)到穩(wěn)速是電氣傳動自控最主要的目標(biāo)。


2. 2400/160紙機(jī)概況
2400/160紙機(jī)生產(chǎn)定量為17－30g/m2的薄頁紙，設(shè)計(jì)車速為160米/分，紙幅在長網(wǎng)中成形，通過復(fù)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(jī)卷成母紙卷。紙機(jī)分為部傳動，共15個(gè)傳動點(diǎn)，總裝機(jī)容量為202kW。如圖.


二 紙機(jī)傳動圖
三 系統(tǒng)配置
在控制系統(tǒng)" title="控制系統(tǒng)">控制系統(tǒng)中，采用S7－200系列PLC運(yùn)用USS協(xié)議通訊控制不同分部的MM440變頻器，MM440對電機(jī)變頻調(diào)速，從而達(dá)到紙機(jī)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(jìn)線電抗器" title="電抗器">電抗器


MM440變頻器特點(diǎn)
1. 豐富的控制功能：
可以滿足各行業(yè)的驅(qū)動控制要求，在本控制系統(tǒng)中，采用矢量控制方式" title="控制方式">控制方式來驅(qū)動各分部電機(jī)；
2. 強(qiáng)大的通訊功能：
具有標(biāo)準(zhǔn)的RS485接口，方便上位機(jī)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(shí)現(xiàn)高性能的通訊控制
3. 自由功能塊和BICO技術(shù)：
MM440具有區(qū)別一般通用變頻器的自由塊和BICO技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)靈活的組態(tài)設(shè)計(jì)，完成工藝復(fù)雜的控制要求；
4. 多種參數(shù)設(shè)置方式：
通過基本操作板、高級操作面板進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，也可利用SIMOVIS和DRIVEMONITER 調(diào)試軟件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可以運(yùn)用調(diào)試軟件監(jiān)視控制中的過程值。
四 2400/160紙機(jī)的電氣控制
1. 紙機(jī)速度鏈
由于各分部傳送著生產(chǎn)過程中的紙張，根據(jù)造紙工藝的要求，各分部間要求達(dá)到線速度比例協(xié)調(diào)（相鄰兩個(gè)分部間的線速度比值應(yīng)保持恒定），高精度地、可靠地保持這個(gè)比例系數(shù)是保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)正常運(yùn)行的重要條件，任何原因破壞這種比例協(xié)調(diào)，就會降低產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，紙機(jī)的這種速度比例協(xié)調(diào)關(guān)系應(yīng)在該變車速或停機(jī)后重新開機(jī)時(shí)繼續(xù)保持，而不需重新調(diào)節(jié)。其次，這種比例協(xié)調(diào)應(yīng)具有微調(diào)功能，以調(diào)節(jié)相鄰兩分部間的速差，避免紙張?jiān)趥魉瓦^程中的松弛和繃緊現(xiàn)象，并且速度微調(diào)應(yīng)該靈敏、可靠，不應(yīng)在調(diào)過程中有明顯的滯后現(xiàn)象。比例協(xié)調(diào)關(guān)系如下：



在2400/160紙機(jī)中，采用USS協(xié)議通訊結(jié)合PLC程序來完成速度鏈的控制，避免了運(yùn)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" title="速度控制">速度控制
不同紙機(jī)、同一紙機(jī)生產(chǎn)不同紙種，在速度控制要求上，有不同的要求。但紙機(jī)對電氣傳動控制統(tǒng)一要求為穩(wěn)速、變速，對低速紙機(jī)的速度控制，控制系統(tǒng)只需達(dá)到此要求即可滿足紙機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。本控制系統(tǒng)中，由于MM440給定由S7－226通訊傳輸實(shí)現(xiàn)，改變傳輸值就可達(dá)到變速要求。本臺紙機(jī)生產(chǎn)薄頁紙，對速度的穩(wěn)定性及動態(tài)響應(yīng)性有較高的要求。由于MM440的矢量控制" title="矢量控制">矢量控制，在對電機(jī)進(jìn)行優(yōu)化處理過程中，自動調(diào)整速度控制重要參數(shù)的設(shè)置值，大大提高靜態(tài)和動態(tài)的控制精度" title="控制精度">控制精度，避免了斷紙，提高了生產(chǎn)效率。
3. 負(fù)荷分配控制
在壓榨部中，多個(gè)傳動共處于同一毛布圈路內(nèi)。如圖：負(fù)荷分配控制圖。這幾處傳動要求負(fù)荷進(jìn)行比例分配，即負(fù)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(fù)荷分配控制。在控制中，運(yùn)用MM440內(nèi)部PID調(diào)節(jié)器，主傳動的電流實(shí)際值作為給定值（VSP），從傳動的電流實(shí)際值作為反饋值（VPV），經(jīng)PID調(diào)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(fù)荷分配控制。）實(shí)現(xiàn)負(fù)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(jì)
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(shí)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(jì)，不僅PLC程序簡單，而且硬件上無需添加通訊接口。
2. 進(jìn)線電抗器保護(hù)變頻器
由于實(shí)際工作現(xiàn)場的復(fù)雜環(huán)境，往往會導(dǎo)致電網(wǎng)的波動，產(chǎn)生高次諧波。進(jìn)線電抗器避免了這些因素對變頻器的影響，保護(hù)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(yīng)能力，克服紙機(jī)由于工藝參數(shù)的變化引起的速度波動，保證紙機(jī)速度的穩(wěn)定性。
六結(jié)論
本控制系統(tǒng)，是為隸屬華川紙業(yè)集團(tuán)浙江義烏雙峰紙業(yè)有限公司2400/160薄頁紙機(jī)配套的傳動控制系統(tǒng)。自5月初調(diào)試運(yùn)行至今，紙機(jī)正常生產(chǎn)，MM440變頻器運(yùn)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(jī)，其設(shè)計(jì)車速為160m/min，而MM440變頻器的設(shè)定值在串行通訊時(shí)為0.01Hz，在分部之間速度調(diào)節(jié)改變牽引力時(shí)，能夠滿足本臺紙機(jī)的控制要求。當(dāng)在高速、生產(chǎn)低定量紙種的紙機(jī)傳動系統(tǒng)中運(yùn)用MM440時(shí)，其軟件版本應(yīng)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(luò)的從站，提高紙機(jī)傳動控制精度，達(dá)到高速紙機(jī)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(qiáng)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(dá)到250KW之后，在國內(nèi)中小型造紙機(jī)中，MM440變頻器將廣闊的應(yīng)用