一、方案設(shè)計
1、造紙工藝
造紙機械的基本組成部分按照紙張形成的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機、卷紙機等。其工藝為流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型,在壓榨部進(jìn)行壓縮使紙層均勻,經(jīng)過前干燥進(jìn)行干燥,接著進(jìn)入后壓榨進(jìn)行施膠,再進(jìn)入后干燥器烘干處理,然后利用壓光機使紙張平滑,最后通過卷紙機形成母紙卷。
2、控制方案
造紙機傳動控制系統(tǒng)是一種轉(zhuǎn)速恒定、負(fù)載基本恒定的穩(wěn)速系統(tǒng)。從控制特性上可分為:速度控制、轉(zhuǎn)矩控制、負(fù)荷分配控制三種基本控制方式,其控制要求為速度長期穩(wěn)定,動態(tài)恢復(fù)時間盡可能短。根據(jù)紙機對象特性.控制方案可歸納為多分部同步速度控制鏈控制、負(fù)荷分配控制分部控制系統(tǒng)這兩種典型的結(jié)構(gòu)形式。負(fù)荷分配控制分部方案通常應(yīng)用于大型的造紙設(shè)備上,具有功率大線速高等優(yōu)點,但其控制系統(tǒng)成本高,不適合應(yīng)用于中小型造紙機上。多分部同步速度控制是利用恒轉(zhuǎn)矩電機和矢量變頻來實現(xiàn)速度同步功能實現(xiàn)整機同步,同時利用變頻的矢量控制功能來修正設(shè)備分部因負(fù)荷變化而導(dǎo)致的速度變化。具有調(diào)速廣、成本低、性價比高等優(yōu)點,多用于中小型造紙機。下面我們具體介紹一下造紙機上使用的多分部同步速度傳動系統(tǒng):
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(diào)系統(tǒng)。各個分部間的速度要求嚴(yán)格配合,根據(jù)工藝流程,一般有下表所示關(guān)系,只要其中一個分部速度不穩(wěn),就會無法維持生產(chǎn),紙幅不是斷裂,就是松垮下來。如果整臺紙機車速不穩(wěn),就不能保證紙張的定量(每平方米紙頁的質(zhì)量) 不變。因此要求紙機的各分部都能穩(wěn)速。且各分部之間滿足一定的速比關(guān)系; 此時應(yīng)采用多分部同步速鏈控制系統(tǒng)。
一般造紙機各分部的速比關(guān)系
造紙機各分部的速比
各部名稱
以粘狀漿制成紙張(如電容紙、仿牛皮紙) 一般紙張(如書寫紙、印刷紙)
伏輥 89-91 94-95.5
第一壓榨 94-96 96-97
第二壓榨 97-98 97.5-98
第三壓榨 98.5-99 98.5-99
干燥部 100 100
壓光機 100.05-100.15 100.05-100.15
卷取機 100.10-100.30 100.10-100.30
1.多分部同步速度鏈控制原理
假設(shè)造紙機傳動系統(tǒng)有n 個分部,各分部速度分別為:N1、N2、...、Nn,相鄰
兩個分部速度比分別為K1、K2、...、Kn-1,那么可有如下關(guān)系式:
N2=K1 N1
N3=K2 N2=K2K1 N1
N4=K3 N3=K3K2K1 N1
Nn=Kn-1 Nn-1=Kn-1...K1 N1
上式中N1為第一傳動點的速度,也稱為全線速度。改變?nèi)€速度N1,其余各傳動點速度N2、...、Nn 都會隨之成比例改變,但改變速比K i(i=1、2、...、 n-1),只有第i 個傳動點后面的傳動速度會改變,i 之前的各傳動點速度不會改變。
例如:調(diào)整速比K3,傳動速度N4、N5、...Nn 都會改變,但N1、N2、N3 不會改變
2.多分部同步速度鏈控制系統(tǒng)的實現(xiàn)
這種系統(tǒng)的特點是各傳動點之間只存在速比關(guān)系,無負(fù)荷分配控制。這種系統(tǒng)較為簡單,可以滿足多種紙機和變頻器相結(jié)合的需要,同步速度鏈可以是模擬式速度鏈、數(shù)字式速度鏈以及PLC程序式速度鏈,以下分別說明其原理。
1)模擬式速度鏈
這種速度鏈在直流傳動時代就已經(jīng)被采用了,其原理如下圖所示。
其中N1是全線速度,只有第一傳動點能改變?nèi)€速度,其余各點只能微調(diào),范圍大約在5%-10%之間。模擬速度鏈的優(yōu)點是簡單、靈活、成本低,缺點是抗干擾能力較差,當(dāng)信號線較長時使用受到限制,存在可靠性差、功能不足等缺點。
2)PLC 程序式速度鏈
對于大型多傳動點的紙機能很好的解決模擬式速度鏈的可靠性差、功能不足等問題。該控制器采用進(jìn)口的可編程序控制器(PLC)作為現(xiàn)場的控制中心,設(shè)備所有的輸入控制開關(guān)、保護接點及輸出點通過光電隔離進(jìn)出PLC,有效屏蔽掉了現(xiàn)場的干擾信號,中央處理器運行的可靠運行得到保障。原來的電氣驅(qū)動部分采用直流調(diào)速。改造后將采用以PLC+工控機作中央控制器控制多變頻全數(shù)字化的控制系統(tǒng)(見圖1)。依據(jù)具體控制要求設(shè)計控制方案如下:
(1)PLC 對八臺特制變頻器均采用閉環(huán)矢量控制,從而增加變頻調(diào)速的控制精度及系統(tǒng)的啟動能力,實現(xiàn)在線無級調(diào)速(見圖2)。各電機之間相互關(guān)聯(lián)同步,驅(qū)動器具有同步加減速功能。
式中:f為電機運行頻率 δ滑差系數(shù) κ機械傳動比 n電機極對數(shù)
由上式可即可計算出設(shè)備的生產(chǎn)速度。
(3)同樣的方法亦可以實現(xiàn)各分部電機的獨立調(diào)速和手動偏差修正。
(4)各電機之間運行時利用PLC 以及矢量控制保證電機間的絕對同步,如遇機械或其他原因造成某分部電機速度漂移或負(fù)荷突變時系統(tǒng)會指令其他的電機自動跟隨,由此降低斷紙的機率,提高紙張質(zhì)量。
(5)系統(tǒng)設(shè)有張力檢測功能,依據(jù)張力自動調(diào)節(jié)各電機的轉(zhuǎn)速。
(6)為方便設(shè)備維修系統(tǒng)設(shè)有點動爬行功能,可獨立運行各分部,速度一樣可以自由設(shè)置。
(7)保留系統(tǒng)原有的控制功能和操作方法。
(8)系統(tǒng)還設(shè)有報警提示、各電機轉(zhuǎn)速等工藝相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示功能。(圖3)
(9)工控機還設(shè)有報警記錄、產(chǎn)量統(tǒng)計、開機時間等生產(chǎn)相關(guān)的數(shù)據(jù)記錄功能
三、 工作原理
當(dāng)系統(tǒng)收到運行信號后,首先檢測電機等設(shè)備運行必備的條件是否滿足, 若不滿足系統(tǒng)會自動輸出適當(dāng)?shù)男盘栻?qū)動這些信號的動力源,在設(shè)定的時間內(nèi)還不能滿足系統(tǒng)運行要求時系統(tǒng)會自動給出一報警提示,要求用戶去排除故障。
系統(tǒng)啟動條件全部滿足后系統(tǒng)將依據(jù)用戶所設(shè)置的整機速度和8 臺電機的運行頻率進(jìn)行基本運行頻率運算,計算得出的運行頻率由PLC 傳輸給變頻器來控制電機按工藝要求的順序啟動相應(yīng)的電機,所有電機全部啟動完畢后設(shè)備進(jìn)入正常工作狀態(tài),同時系統(tǒng)會依據(jù)反饋給系統(tǒng)的最終輸出轉(zhuǎn)速來進(jìn)行微量補償,從而使設(shè)備運行在同步狀態(tài),系統(tǒng)中設(shè)置有張力回饋裝置,實時采集紙張的張力,按照實際工況再自動調(diào)節(jié)各電機運行的頻率,從而達(dá)到減少斷紙的機率。在系統(tǒng)運行過程中如遇嚴(yán)重故障報警時系統(tǒng)會自動停掉前端的電機,后端電機在運 行一段時間后故障沒有復(fù)位或系統(tǒng)沒有收到停機信號時會自動停機。系統(tǒng)停機的過程與啟動的過程相反。
四 、改造優(yōu)勢
1、系統(tǒng)提供的連鎖包括:安全連鎖、工藝連鎖、起動連鎖、停機連鎖、斷紙連鎖、故障連鎖。
2、采用變頻替代直流調(diào)速后能降低企業(yè)能耗。系統(tǒng)有先進(jìn)的張力控制方法以及同步精度得到了大幅提高,為設(shè)備生產(chǎn)的紙張質(zhì)量提供了有力的技術(shù)保障。整機速度調(diào)整方便、平穩(wěn),調(diào)速范圍廣,線速度調(diào)節(jié)范圍可達(dá)0-800m/min。加、減速同步,能滿足多種生產(chǎn)要求。
3、各分部速度以及速比可以獨立調(diào)節(jié),系統(tǒng)的負(fù)荷比智能分析軟件會依據(jù)負(fù)荷的分布狀況自動調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)矩,從而保證設(shè)備在任一分部的負(fù)荷發(fā)生變化時各分部間的速比不會超出要求范圍;各分部的速度可以上下微調(diào),并互不影響。
4、系統(tǒng)的檢修模式具有分部點動爬行功能。
5、操作簡單科學(xué)、直觀?,F(xiàn)場設(shè)備工作狀況在線模擬仿真,讓用戶好像置身于車間現(xiàn)場。
6、提供長時間的生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄,為管理層安排生產(chǎn)和了解生產(chǎn)進(jìn)度提供依據(jù)。