造纸机传动系统设计

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1、-摘要纸对于人们而言是必不可少的一种生活用品，在工作、学习当中都经常会用到。并且在人类历史的流传以及文化的交流也起着极其重要的作用，在材料中属于最根本的层次。在我国历史长河中，造纸出现的极早，我国在这个领域当中技术也属于走在世界前沿的，而这个行业对于我国经济的开展也有着极为重要的作用。目前，我国这个行业的特色是：行业内企业数量较多，但从规模而言都并不大，并且纸*的品种远远跟不上人们的需求，技术层次上并没有突破，大多数工作都要依靠人力进展，对环境造成了恶劣影响。而根据有关数据显示，在企业方面规模中等的数量在三千左右，在造纸时，选择的都是效率比较低的机器，也就是速度低于300m/min，并且在控制

2、系统方面选择的也一般是开环方式；而速度属于中等范围，也就是300m/min到550m/min之间的，在工作时性能极不稳定，会出现速度链无法到达一致，有时还会出现断纸的现象，由此看来在制造机器时并没有将可能发生的故障灯纳入考量范围，导致生产时出现事故的可能性较大，对企业也有很大的负面影响；而技术较为先进的机器，根本上都是从国外引进，因此在这方面的开销也较大，对于企业的压力也有所提升。而且因为这方面的限制，引进的机器必须包含有关的所有设备，并且在维修方面因为国内外的差异，造成了很大的阻碍，所以这类机器在真正使用时难度系数较大。而相关行业竞争相当鼓励，我国技术方面也没有较大的突破，所以要对这方面予以

3、足够的重视，并且控制系统也要进展不断完善，使得我国在竞争当中不至于处于劣势地位。在上世纪八十年代，矢量变频技术相对而言已经较为先进，并且为了在实际应用当中，少一些阻碍，以ABB、SIEMENS、AB等公司为代表的电气公司着手针对控制系统进展改良，利用公共直流母线进展技术上的突破，使得传动更为顺畅，并且在那个时期将其应用于各种相关的行业当中，如造纸。而在1994年，*紫兴纸业便逐步开场利用PPS-200系统，到后期，便从国外引进了这类系统构成的规模较大的造纸机，其控制便是利用上述提到的集散控制系统进展的，并且国内研究人员在国外技术的根底之上，不断进展学习和研究，到1997年，*电气传动研究所便开

4、发了一种基于上述系统但具有自主知识产权的相似系统，并且在实际应用中效果也较好，至此，我国便在这方面不再需要依赖于国外的机器才能进展相应的生产制造。本文在简要介绍造纸机的国内外开展情况和造纸机的根本构造，主要局部的功能以及工艺流程，机械传动和变频原理的根底上,根据造纸机工艺及传动特点，选用了ABB公司具有直接转矩控制功能的ACS800系列逆变器和西门子公司的S7-400 PLC组成控制系统。这类机器可以借助参数的变化而改变操作的方式，以及实现不同的功能，进而到达目的。本控制系统是由ACS800逆变器通过PROFIBUS-DP通讯板与西门子 S7-400 PLC组成PROFIBUS-DP总线串行通

5、讯控制系统实现对纸机传动点的启动/停顿、增速/减速、爬行/运行等控制功能。利用PLC编程到达控制的目的，对于速度链、负荷分配、*力等都可以开展，并且利用上述提到的各种配置组成的闭环控制系统，在精细程度上也有了大幅度的提升。这种应用PLC和逆变器构成的纸机变频传动控制系统能够较好的完成纸机生产工艺中的多种控制功能。关键词：造纸机，多传动，可编程逻辑控制器，系统设计Paper Machine mon DC Bus System DesignABSTRACTThis paper is briefly introduces the internal and e*ternal development s

6、ituation and the basic structure of paper machine , the main part of the function and the technological process, based on the principle of mechanical transmission and frequency conversion, according to paper machine process and transmission characteristic, chose ABB ACS800 series with direct torque

7、control inverter and Siemens S7-400 PLC control system. ACS800 inverter can be set parameters to choose different ways of operation and various functions to achieve control of the system. This control system is made up of ACS800 inverter through the Profibus-dp munication board with Siemens S7-400 P

8、LC serial munication of Profibus-dp bus control system of paper machine transmission point start/stop, growth/deceleration, crawl/run control function. Through the PLC programming transmission control technology to realize the speed chain, load distribution and tension control function. Through ACS8

9、00 inverter and feedback, pulse encoder board of closed loop control system, the transmission point to realize high precision control to the system. The application of PLC and inverter paper machine frequency conversion transmission control system can better to plete the paper machine in the process

10、 of production of a variety of control functions. KEYWORDS: Paper machine, Multi drive, PLC, System design. z.-1 绪论1.1 造纸机的开展现代造纸技术最早出现在17世纪，发源地是西方国家，在1799年法国就研发出了连续抄纸的机器，由罗贝尔特研发，其组成构建是两个辊子以及在其之间的无端网，和所需的其他配件。1803年，法国人达都Leger Didot和英国机师唐金B.Donkin在上述机器的根底上进展改良，创造出来第一台可以在实际生产中大规模使用的机器，被人们称作唐金纸机。而在1908

11、年，英国纸商福尔德黎尔Fourdrinier兄弟将上述提到的机器都收入囊中，变成了至今为止这类创造的唯一法。所以可以说，造纸机是由罗尔贝特创造，达都和唐金改良设计的，而由福尔德黎尔兄弟所投资，因而国外均将长网造纸机称为Fourdrinier造纸机。而根据纸业的构造上的差异可以划分为长网、圆网和夹网三种。前两种在纸页成型时借助的形式都是单面脱水，所以在最终纸*上两面会有所差异，而最后一种利用的是喷浆到达两面一起脱水的目的，有效减少上述情况发生的可能性。图1-1 新一代造纸机在相关造纸步骤中极为重要，对于纸*最终形成起了决定性的作用，备受人们青睐。而我国相关行业领域在经过50多年的不断创新和乳品之

12、后，在技术方面也有了很大的提升，从刚开场的单机工作，到如今大规模的生产，在机器上的开展历经了下述四个时期:1起步阶段从二十世纪五十年代后期，我国就针对造纸技术开场研发和创新，在这个时期，在政府的协助以及相关业界的帮助下，在*，诞生了第一台3150 mm纸机。而在方案经济时期，相关行业利用的原材料主要是非木纤维，并且生产的主力军企业规模都并不大，所用的也根本上都是单机，开展路径主要为数量型为主。在这个时期，技术较为落后，机器配置不够高，造出的纸*质量较大，大局部车速都低于160 m/min。2第一次提升而在二十世纪八十年代，在引进国外技术的根底上，我国也开展了相关的研究，在技术上有了新的突破。在

13、后期，和美国贝洛依特Beloit公司共同创立了西贝造纸胶辊公司，其工作的范围主要与高压线压胶辊有关；与芬兰维美德Valmet公司共同创立了*维美德造纸机械*，工作内容以挡造纸机为主；并且还将奥地利福依特Voith位于当时世界前沿的有关部件和刮刀涂布机方面的先进技术也进展引进。在这个时期，创新开展，研究出了每天可以制造5075t的长网文化纸机以及100t的叠网纸板机及多圆网纸机，而在速度方面也有了新的突破，到达了最高450 m/min。3第二次提升在二十世纪九十年代，相关研发进一步深入，开发出来规模较大的造纸机，在这个时间段主要突破的为蒸煮、制浆设备，利用不同类型的新型流浆箱、高冲量压榨、袋通风

14、、全数字电控系统；车速最高提到700 m/min，幅宽到达45 m,整机配置水平有较大提高。4第三次提升而在本世纪开场，相关行业开展的速度日益提升，在需求上也不断突破，推动了行业不断进步。尽管如此，和走在世界前沿的技术之间差异仍然很大，在设备上远远匹配不了相应的需求，进口设备的数量也在不断提升。而随着行业的兴旺，国家也将更多的目光放在这方面，因此设备的研发更加顺畅。而我国几家规模较大的企业和欧洲的几家进展了技术上的合作，从而使得我国相关技术能够突破到新的层次，在这个时期，在机器和有关设备上都有了新的突破。而造纸行业的不断进步，并且加上我国的政府的协助，有了市场需求的刺激，相关设备制造行业也必然

15、会迎来新的开展热潮。而造纸机对于纸*的形成有着决定性的作用，结合有关的先进技术，并且在我国现今科学技术不断突破的时代背景下，必定在将来的五年方案中有着本质上的突破。1.2 造纸机的工艺流程1打浆与配浆打浆从其概念上进展分析，就是将纸浆中的纤维进展处理，使其更加严密，并且纤维在进展这步操作时吸水可以润胀，从而到达提升弹性的目的。而为了符合相应的标准，并且完善纸*中的缺乏，提升抄造性能，提升原料利用率，在实际操作当中往往将数量大于等于二的品种的纸浆以及步骤进展时不小心产生的损纸进展调配，将这个流程称作配浆。2纸料的筛选与净化而为了进一步提升得到的纸*的品质，提高抄造速度，并且减少原料的浪费率，需要

16、对纸料当中的杂质进展剔除。3辅料的添加辅料的作用是是的纸*的功能可以多样化，其组成为填料、胶料、色料和所需的其他化学助剂。4施胶这步操作作用在于纸和纸板之间的液体可以到达更好的扩散和渗透的效果，为书写提供便利，同时还防止了受潮的可能性。5染色和调色染色是指在纸*加工时将所需的色料，使其到达吸收不需要的光谱，发射所需的光盘的目的。而调色是在纸浆当中添加符合标准的蓝色、紫蓝色或紫红色，使其与纸浆中可能表现出的淡橙、浅黄或橙黄色经过调配最终呈现出白色。6加填在纤维悬浮液中添加和水的溶解度极小的颜料，提升和扩展其性质。7助留和助滤剂助留的目的是将体积较小的纤维或者填料变成絮聚物，使其可以与纤维进展粘附

17、，从而使其可以不被剔除。助滤是为了提升脱水的效率以及使得滤水到达新的质量层次，而使用频率较高的是阳离子高分子聚合物。8增强剂分为增湿以及增干强度剂两类。9纸料上网其目的在于不影响机器的车速和最终获得的产品品质的前提下，将纸料流经过上网前期步骤处理后，使其得以一种稳定的状态上网。10纸页成形纸料在网上经过滤水操作得到湿纸幅。11压榨脱水湿纸幅借助毛毯到达压榨元件之间的空隙当中，利用压力进展脱水。12纸页枯燥工作的开展位置是枯燥部，这个部件的作用在于对从上一步当中获取的湿纸幅进展枯燥操作，使获得的纸的强度以及平滑度得以进一步提升。13纸页压光操作时要借助压光机，其目的在于不影响其他方面的根底上，提

18、升获取的纸*的平滑度光泽度、厚度和纸幅的均匀性。14纸页卷取卷纸机其作用是将抄造出来的纸卷成卷筒。15纸页的完成和整饰包括复卷、切纸、选纸、数纸、打包和贮存等过程。1.3 与传动相关的造纸机主要分部简介1.3.1 纸浆流送设备与流浆箱流送系统的工作范围从纸机贮浆槽到流浆箱的堰板。冲浆泵循环回路中主要完成的步骤是纸浆的称量、浓度降低，并且将所需的助剂参加，同时开展所需的筛选净化流程。而在特殊情况下，将浆槽和精磨机也纳入上述系统。而一般情况下即便纸浆在贮浆槽中已经清理完全，但仍需利用筛选机和除砂器进展更深层次的清理，虽然在这一步筛除的残渣量也极少。而这类系统根据机器的各种性质以及参数和纸*的品质的

19、变化流程会有所差异，但根本上是没有区别的。其根本流程如图1-2所：图1-2 流送系统根本流程图流浆箱在造纸机当中是至关重要的一局部，其作用于圆管内的流浆，使其均一化，并且在液体中没有絮聚和浆道条痕。这种设备虽然并不是制成最终纸*的，但仍然制约着纸*是否均已，假设是获得的浆流并没有到达标准状态，那到后期进展调整所需要的时间会更多。假设是在这一步就完善到位，到网案时就只需要进展流程当中的操作就行，而这个设备的性能能否到达标准的关键部件在于流通系统和流浆箱。其根本组成如图1-3所示。图1-3 流浆箱根本组成A布浆器 B堰池 C堰板 1方锥形总管 2孔板均布元件3匀浆辊布浆器的整流消能装置 4堰池 5

20、匀浆辊整流元件 6胸辊 7溢流槽 8箱体 9旋转喷水管这个系统的相关设备和步骤对最终获取的纸*以及运行时的顺畅有着极大的作用。流送系统应该满足下述要求：1在一定的造纸机车速下，送上造纸机的纤维量按质量计应保持稳定，其偏差不应超过造纸机产品定量的允许偏差值；2保证纸浆中各种组成的配比稳定；3保证送上造纸机的纸浆浓度、温度、酸碱度等工艺条件稳定；4供浆纤维量可按造纸机车速的变动或产品纸种定量要求进展调节；5保证纸浆的精选质量。1.3.2 成形装置这个装置的目的就在于将纸料经过一系列处理之后变成湿纸幅。需要利用纸料在网上的时间间隔到达目的，经过滤水和其他所需步骤之后，使其均一化程度到达标准，并且所需

21、性能符合要求。而纸*最终形成是利用成形网，因此又将其称为成型部。部件当中成形器是关键的部件，按照构架的差异分为圆网、长网和多网。而较受人们青睐的是长网和夹网成形。其主要由以下部件组成如图1-4所示。图1-4 一种长网造纸机网案构造示意图1胸辊 2成型板 3沟纹案板 4案板 5湿吸箱 6真空吸水箱 7真空伏辊 8驱网辊 9导网辊 10铜网*紧器 11铜网校正器布浆器的作用就在将获取的流浆在网上喷洒均匀，并且流浆流动的速度和网的速度到达一致。而两者的速度决定着流浆箱的型号。全封闭水力式的工作是利用对冲浆泵压力的调整到达控制速度的目的，其主要应用于速度较高的纸机；而气垫式着手调整的方向是借助气垫压力

22、，开敞式利用箱内浆位高度到达目标，前者较多应用于速度中等的，后者用于速度较低的。成形网的类型根本上采用无端环状网，并且在构造上两个辊部件之间因为构件之间的空间以及上下形成一个平直网面，用于脱水，一般将其成为网案，类型上一般是长网。而假设是将这个装置设置在圆形网笼上，使其形状变成弧形，则称作圆网。而假设是将有孔眼的设为网面，利用将其空间内形成真空的方式，加快脱水的速度，则一般将其称作真空圆网或者真空成形网。而假设是纸浆的脱水利用两*长网之间的压力进展，则部件就称作夹网成形器。这些不同类型的设备，利用的元件也有所差异，其目的都在于加快脱水。而元件根据其运作方式分为静态、动态以及两者兼备。第一种如脱

23、水板、弧面真空箱等，第二种如案辊、真空成形辊等。而除了这些根本的纸机之后，还有借助多种类型的网综合形成的成形部。夹网成形器其构造是利用两*网之间的空间到达目的的部件如图1-5所示。和上述提到的两种器械之间的差异就在于湿纸幅的最终完成形式上的差异。夹网成形器的出现解决了长网造纸机和圆网造纸机存在的纸页两面性差严重、微观匀度差和纸页的Z向构造分布不均一等问题，双网的夹持成形抑制了自由网面的不稳定性，使纸机的车速得到了很大的提高，已成为造纸工业界的主流成形装备。其构造上有很多分类方式，按照安装的位置差异分为立式、水平式和倾斜式；按照利用的脱水元件不同分为刮板、辊筒和辊筒刮板成型器。图1-5 夹网成型

24、器的几种构造类型简图a夹网成型器b夹网辊筒成型器Dominion工程公司c夹网刮板成型器Black Clawson公司d夹网辊筒刮板成型器Valmet公司1.3.3 压榨装置压榨装置的作用在于使得湿纸页在完成前面的流程之后在更高的压力下脱去更多的水分。如图1-6、1-7所示。双辊压榨的构成是两根压榨辊，上下形成空间。双辊压榨是最根本的压榨形式，不仅广泛应用于低速纸机得到压榨部同时也应用于现代化高速造纸机的压榨部，由多辊组成的复式压榨也是在它的根底上开展而来的。按照其构造上的差异可以将其划分为普通、真空、沟纹、盲孔、平滑压榨等等。并且依照压榨部的构件上的数量上的差异分为双辊和复式压榨，材料的性质

25、上有硬和软两种，并且还有两者混合使用的，如石辊和胶辊相配。图1-6中速造纸机压榨部的一种布置方式1驱网辊 2传递压榨 3真空压榨 4吸风式真空压榨 5烘缸 6压榨上辊的加压提升装置 7毛毯*紧器 8毛毯洗涤装置真空毯压榨 9真空吸移辊图1-7 应用复式压榨的一种压榨部布置方式1真空伏辊 2真空吸移辊 3网毯压榨的衬网 4毛毯 5毯压榨 6石辊 7平滑压榨辊 8烘缸 9真空压辊 10沟纹压辊压榨毛毯对于压榨部而言极为重要，和最终脱水的结果以及纸*最后的性能息息相关，其作用在于将湿纸幅进展传递，将多余的水吸收，并且使得湿纸幅各个位置受到的压力相等，防止不均匀的现象的出现，使得纸*的性能进一步提升，

26、利用真空、沟纹和盲孔压榨都可以将压力进展平均化，防止出现影痕的现象，并且使得压榨部可以顺利运行。在工作时，借助毛布将纸*拖起来，并且压力均匀分布，将不需要的水分进展吸收，同时进一步提升脱水的效率和性能。而速度较低的机器利用2060的线压力，较高的采用高达210线压力，假设是借助高冲量使得速度进一步提升，可将线压力进一步提升到350，如湿抄机压榨，将包胶辊制成真空压辊、沟纹压辊、衬网压辊、盲孔压辊等，以更有效地将压榨水带离压区，这些都是50年代以来采用提高压榨脱水效率的新技术。之后又采用复式压榨构造形成封闭引纸，它由二组或三组压榨合并组成，由真空吸移辊将湿纸从成形网上剥离，而利用毛布使其顺利到达

27、压榨部件，并且纸*传递空间就在压辊间。弥补了传统的纸*还要受到自重的限制，从最大程度上防止了断头出现的可能性。现在压榨的纸页干度可以从过去的3037提高到4345，有的甚至到达50。纸页接触光滑的硬辊面的次数或是粗糙胶面的次数以及各面的脱水量的多少，都会影响纸页的外表质量。处理合理则可以明显减少纸页两面平滑度的差异，反之也可以造成两面平滑度差异增大。1.3.4 枯燥装置枯燥装置绝大多数是由齿轮传动或由毛布带动假设干个烘缸为一组，然后由假设干组的烘缸构成枯燥部。而这个部件根据最终获取的纸*品种上的差异，借助枯燥元件、蒸汽系统、冷凝水排除和处理系统、外表施胶系统根据实际情况等到达目的。其中烘缸为枯

28、燥部枯燥元件的主体。如图1-8所示。枯燥部按照烘缸的个数不同可分为单烘缸枯燥部和多烘缸枯燥部。后者可以按照内部烘缸的排列的差异分为多排和单排两种。并且内部烘缸的工作效率可以按照实际需求上的差异，进展调整，利用速度上的微小变化和纸*在枯燥过程中可能产生的收缩现象进展互补。出枯燥部的纸页干度一般在9294左右。在枯燥部末端，一般配有冷缸，使水气能在冷缸面上凝聚。冷凝水可以湿润纸页外表以利于在整饰中得到较佳的外表平滑度。其通过实际操作后可以发现直径1.5m最符合标准。而单面光纸可以借助直径较大的获取光泽度较高的纸*，而其直径波动范围在37.5m之间。图1-8 传统多缸纸机双排烘缸的枯燥装置1机架 2

29、下排烘缸 3上排烘缸 4烘毯缸 5导毯辊 6自动*紧器 7自动校正器8刮刀 9引纸辊 10下帆毯 11上帆毯 12引纸绳 13引纸绳自动*紧器 14裸露不包毯烘缸1.3.5 压光机和卷纸机压光机对于纸*而言作用便在于后期的修饰和调整，使其更加均匀和光亮，同时纸*更加平滑。纸*的毛刺更少，为后期的操作提供便利。压光机分机造纸机内和机外两种，机内压光机位于纸机枯燥部与卷纸机之间，通常是由冷激铸铁或淬硬钢或纸粕辊等材质制造的假设干个辊子组成，垂直或者以一定的角度重叠安装在机架上。经过上述流程后，纸*的水分根本上脱去，下一步就是辊压，在这一步操作之后便是到达卷纸部。压光辊的数量根据纸机的速度变化进展调

30、整，速度较低一般使用三至六根，速度较高的则使用八至十根，特殊情况可以使用十根以上。而压光机根据材料和组成的不同可以分为硬的和软的两种，其主要组成如以下列图所示。图1-9 压光机a双侧机架b单侧机架1底辊 2中间辊 3顶辊 4机架 5加压及提升机构 6压缩空气引纸装置 7、8弧形舒展杆 9走台 10中间辊轴承臂卷纸机是配置在造纸机最末端的一个联动设备。其作用在于使得到达这个部件的纸*卷起来，为下面的流通提供便利。而辊式卷纸机的主要构成为卷纸缸和一对摇臂支架，后者还包括卷纸轴。其位置在于前者的上分，前者的运行方式趋于自动化，将纸卷起来是借助两者之间因为运动和压力产生的摩擦力进展的，所以纸*之间的严

31、密和两者之间的压力息息相关，而传统的机器中，就没有这方面的调整不见。而假设想纸*之间严密没有差异，在之后的设计当中参加了气动加压缸装置。而此外，为了降低换辊对纸*严密程度的影响，有些机器设置了待卷纸轴的加速装置。如图1-10所示。图1-10 轴式卷纸机构造示意图1机架 2传动侧机座 3卷芯轴 4纸卷芯 5纸卷 6减速箱 7电动机 8离合器9引纸辊 10轴承座卷纸机在进展工作时并不是自主进展的，要依靠其他部件进展控制，而母卷的直径和所需的一样时，就会转移到换卷的位置上，而卷轨道又回到新的纸*来的地方，而空纸轴到达相应的目的之后，到达卷取滑架上。而到这里纸*就可以被切断，而一头重新再进展卷纸，这样

32、往复循环。从中可以看出，在进展换卷的操作时，需要借助所需的设备进展控制，而其中母卷脱离和空轴启卷两步操作的衔接处于被控制的状态，可以到达顺畅的状态，使得两者上的纸*受损的可能性降到最低，进而保障纸*浪费到达最少。1.3.6 传动系统传动系统是将纸机各部位联接同步运转，使机械电气构成一体。由机械减速装置、调速稳速装置、分部传动装置等构成，均采用电力为动力源。分为三级控制：1执行对交流电动机的速度、电流、*力等参数的控制。2操作台配置智能化操作面板与PLC实现高速数据通信。后者是对纸机的相关参数进展调整，使得不同部件之间可以衔接顺畅，并且对于获取的指令可以严格执行，此外，对于部件的下一步可以进展严

33、格控制。3监控系统的作用就在于严格控制所有的传动点，并且保障系统运行顺畅。监控系统要留有通用管理接口，供工程维护用。2 造纸机传动控制系统简介2.1 造纸机传动控制概述一般的造纸机如图2-1所示，由流浆箱、成形装置、压榨装置、枯燥装置、冷缸、压光部、卷取部等局部组成。机器工作时，其工作的流程主要是第一，将制浆车间传递过来的纸浆进展成形，后脱水，再烘干，最后卷成卷纸。而流浆在传动过程中形成纸*，过程中由于伸缩度上的差异，使得不同的构件速度有所不同，将其称作速查。此外，为了使得两者也就是伸缩度和速度之间相匹配，就需要增加一个速度控制系统，进而保障机器运行的稳定和纸*的平均。不同的纸机，控制的速差也

34、不一样，一般低速纸机约为0.1%左右，高速纸机约为0.050.01%左右。图2-1 长网造纸机的系统构造总图1流浆箱 2成型局部 3压榨局部 4烘干局部 5水平施胶压榨 6压光机 7卷纸机传动方面根据不同的部件划分为总轴和分部两种。前者因为各方面的限制，尤其是速度方面已经根本上不再使用，目前大多数机器选择都是后种。而过去利用电气系统进展传动，也进展了创新，摆脱了模拟可控硅调速方式，利用科技上的突破，研发出利用计算机来进展控制速度的系统，也就是公共直流母线系统，控制级上也有所突破，转变为三级控制方。而在这方面的控制上系统的运行速度以及负载一般不会发生变化，而根据特性上的差异将其划分为速度、转矩、

35、负荷分配三种。而对其要求便是速度保持一致不变，一旦发生变化可以迅速进展调整，减小其影响。而其主要控制系统为以下几种：至下一分部第一分部第二分部第三分部总车速加速减速第一台变频器b1加速减速紧纸松纸第二台变频器b2加速减速紧纸松纸第三台变频器图2-2 造纸机速度链构造简图1全数字速度链控制：利用的是自动化的方式，从第一个点开场，逐个进展控制，形成数字化的衔接。如图2-2所示。2速度闭环控制：借助电机进展控制，而频率上有所变化，电流方式可分为交流和直流，并且依照实际要求，利用光电编码器进展控制和调整，速度控制精度在0.0010.1%。如图2-3所示。调节器晶闸管主给定附加给定图2-3 造纸机速度闭

36、环控制简图3传动组间负荷分配控制：其控制主要是针对不同的电机之间负荷是否不会对机器有所影响而进展的，对于设备对电机的要求相匹配，控制精度一般在25%。如图2-4所示。变频器1去下分部变频器3变频器2负荷分配控制器速度链速度链速度链图2-4 造纸机负荷分配简图4*力控制：间接或直接*力控制方式。利用逐个击破的方式，也就是不同部件分别控制速度的形式来控制*力，控制精度一般在25%。如图2-5所示。调节器晶闸管*力传感器*力调节图2-5 造纸机*力控制闭环简图2.2 公共直流母线技术这类系统在速度较大的纸机中广受人们青睐，其具有强大的性能，如在控制方面可以到达高度同步，对所需的制动装置数量限制到最低

37、等，如图2-6所示。相关新型技术的不断突破，在造纸行业带来的便是对纸机的控制更为智能化，根本上都采用了全数字交流变频传动控制技术，并且降低了电能的浪费率，运行时稳定系数高，减少了维修的次数，尽管这方面费用有所提升。此外，变频调速这种操控方式，使得电动机在即将开场工作时，电压在整流桥两端增加，并且反向进展，而对系统输入电压之后，变化为不可逆二极管整流，所以最终的结果便是电压过高，系统跳闸。并且再生制动能量产生的速度比消耗速度高，变频跳闸、停机是必然会发生的，导致机器不能正常工作。而上述提到的技术便是用于这类情况中，借助整流/回馈装置使得系统获得功率不变的直流电压，利用逆变器和母线进展衔接，系统运

38、行时，电动状态逆变器根据这种构造获取电能；发电状态，能量利用这种构造回到电网，进而不仅仅减少了能量的损耗，同时使得系统运行更加稳定，由此维修次数可以进一步减少，系统的体积也会降低。而假设没有特殊情况，整流或者整流回馈单元的容量小于所供电的电机或逆变器的全线交流电机容量之和。图2-6 公共直流母线系统根本图具体的说，公共直流母线有以下优点：1高效节能。由上述可以得知这个系统利用了新型的传动技术，所以减少了电能的浪费率，并且再加上集中整流技术,因此在过去的根底上再减少了815%左右的能量。2抗干扰能力强，稳定性好。借助集中整流技术使得不同的逆变器在内部电压到达一致，并且母线优势突出，在稳定方面性能

39、更强，这类系统对于外界环境的变化适应性更强，例如对于三相输入电压扰动可以很快适应，而这种控制方式在精细度方面也有喊打的优势，在谐波方面可以有效抑制。3构造紧凑，节省空间。这类系统在逆变器上利用的是变频的类型，因此将整流构造转化为公共单元，减小了空间浪费，并且工作性能好，假设是出现突发状况，如发电功率过高，这时候可以借助一个总制动系统，进而减少了这类外围设备的数量，不再需要额外的制动单元、电阻等，和单台的类型相比照，尺寸较小，对于熔断器、开关及网侧进线电抗器等可以集中利用，减少了空间，不需要经常维护，是的设备更加稳定，性能更高。4平安性高，可靠性好。这类新型系统在泵升压时可以控制其不过度，在实际

40、应用当中，可以使得因为其他因素影响导致在发电的电机多余的能量回到母线上，带动其他电机工作，除了这些能量大于其他电机工作所需的能量，剩余的才需要回到电网或者利用制动将能量使用，这样一来，减少了跳闸等系统不稳定造成的现象产生的可能性。并且其供电单元变成了可逆整流时，能量到达了循环的状态，因此构成了一种四象限系统，附加有回馈制动，例如在速度较大的机器当中就能很好的适用。理想状态中供应的电压呈现的应当是正弦波形，但在实际操作中，波形会因为相关因素的影响而达不到标准状态，也就是导致了谐波的额外产生。究其原因，根源在于需要供电的设备还包括一些没有线性的电气设备。这种现象导致的后果就是：加大了能量的损耗和浪

41、费；相应设备利用的效率有所降低；需要供电的设备不能顺利运行；导致电压过高或者电流过大，使得变压器热度过高；导致设备当中电容器、电缆热度过大，减少了使用周期；导致公用电网局部谐波，有可能还会造成两种联接方式的谐振；使得装置在工作时出错的概率进一步增加。此外，谐波可能会导致电气设备无法顺利运行，如使其产生额外的振动、噪声，其使用周期会进一步缩短；相关用于测量的仪器精细度达不到应有的标准；对和其相邻对设备系统造成负面影响，程度较轻的是使其无法顺利工作，产生过高的噪音，程度较重导致数据的丧失。由此看来，谐波导致的负面影响涉及各方面，因此借助一些设备对其进展控制是必不可少的。整流器在实际运用中在各个领域

42、都较多，而在设备当中，交流电源电流类型根本上都是矩形波，其来源于电流和谐波电流两局部，借助傅氏级数获得高次谐波分量第n次谐波电流有效值与基波分量基波电流有效值之比最大为，触发控制角的减小和换相重叠角的增大带来的是谐波分量的增大，各主要国家高次谐波管理标准比较，如表2-1所示。表2-1各主要国家高次谐波管理标准比较电压畸变率%谐波系统电压/KV奇次%偶次%英国431.956.611美国一般电力5，专用82.469德国5.83、7次1030澳大利亚5233日本30.75配电系统中国1052配电系统根据相关的研究数据和结果进展探讨可以发现：整流器如何进展工作和谐波电流之间息息相关，因此在针对这方面进

43、展调整时，可以借助重叠角、换相压降以及谐波测算，进一步提升运行的稳定性，控制角接近40，重叠角在8左右时通常这时候谐波最大，因此利用计算的方式，选择较为正确的变压器，从而减小谐波。2.3 PLC在纸机传动中的应用我国经济的不断进步，带动人们对于纸*的品种要求更多，而借助自动化的生产设备可以解放劳动力，并且还可以提升其品种和产量。在涉及到的有关行业领域当中，如塑料、印染等，涉及到的同步传动单机数量都较大，并且各自运行。还要求不同的单元生产的产品在线速度上没有差异，也就是同步运动。而造纸机器从其类型上而言较多，传动构造差异较大，但根本组成是一样的，即压榨、烘干、压光、卷取等构成，并且不同的构件各自

44、带有电机。而至今为止对于速度的调控性能最高的是变频的方式。而其控制一般是借助两种类型进展的，其一是PLC控制，另一类是IPC机或工控机控制。而其关键的器件包括计算机PLC、DCS等。而规模较大的器械构成的系统需要电机的一般都大于二十个，电机之间也严密联系，在单个环节导致的误差都往往高于造纸。因此在对电机进展控制时要根据相关参数的设定为标准进展，而PLC在开关量控制方面就较为有利。下面以西门子S7-400系列为例简要说明造纸机机械的控制系统结。触摸屏CPU通讯板I/O模板现场变频器操作台MPI接口图2-7 系统构造图如图2-7所示，PLC的通讯板进展数据的传输是利用485通讯与各变频器进展的，工

45、作方式一般都是主动地，而变频器自己就带有通讯地址。需要进展传输的信号包括控制和转台两方面，前者包括启动、停顿、速度设定值，后者包括：报警、当前速度。而此外，和其相连的还有触摸屏，借助MPI接口连接CPU，这个部件的作用就在于随时更改和调整速度，并且可以进展实时监控，对有关的数据及时记录，并将其进展存储以备以后使用。PLC与操作台相连方式是借助开关量。纸机的规模和操作台数量息息相关，一般在五至七个之间，分别是网部1个、烘干部2个、干部2个、卷纸1个。一般的操作台上自备紧急停车、单台电机的启动、停顿，单台电机速度微升、微降的按钮。并且借助开关量使指示灯开场工作。3 造纸机传动系统主要设备的介绍3.

46、1 多传动模块3.1.1 逆变器的选型逆变器选型时要确定以下几点：1采用变频的目的：恒压控制或恒流控制等。2逆变器的负载类型：如叶片泵或容积泵等，特别注意负载的性能曲线，性能曲线决定了应用时的方式方法。3逆变器与负载的匹配问题：a电压匹配：逆变器的额定电压与负载的额定电压相符。b电流匹配：普通的离心泵，逆变器的额定电流与电机的额定电流相符。而特殊的装备就要依照有关的参数，根据其能够承受的最高的电流对其性能进展确定。c转矩匹配：这种情况在恒转矩负载或有减速装置时有可能发生。4在利用逆变器带动电机工作时，因为电机速度较高的状态下电抗较小，因此会导致高次谐波的提升，对外的电流增加，所以在进展选择逆变

47、器类型时，容量方面要适当增加标准。5而其在使用时要利用长电缆，就需要考虑其对地耦合电容的控制影响，减少变频器的压力，因此，对容量上的要求会更高，或者采取额外安置一个输出电抗器的途径。6对情况特殊的场合，如温度过高、海拔较高等，逆变器的容量会有所降低，所以对其要求要有所提升。3.1.2 ABB-ACS800逆变器这个类型的逆变器在属于率先借助新型技术的类型，其利用直接转矩控制技术DTC使得不需要光码盘或测速电动机就能到达精准控制电动机的速度和转的目的。1将DTC技术和模糊控制理论合二为一，构成高性能、低本钱的逆变器调速产品，并且性能大大优于矢量控制逆变器。2定子磁通和转矩是最重要的需要控制的变量

48、，将新型智能化的处理器结合相关的电机模型使得其更新速度高达40000次/秒，在状态上明显更有优势，并且各种相关的值不断变化，逆变器开场运行以及停顿运行都可以被控制，也就是传动可以收到更精准的控制，并且对于外界环境的变化可以进展对应的调整。此外，其不需要额外增加的PWM调制器，所以在斩波频率上无法进展限制，再具体操作时，也不会产生额外的造成，则在电能上的损耗可以进一步降低。3ACS800的标准配置内置电抗器，在输入方面有效减少谐波含量，大大降低了逆变器的电磁辐射，同时滤波电容器免受电压、电流的冲击。4丰富、灵活的输入输出口定义功能，可在大多数应用场合，实现用户要求而不需要附加任何附加电路。5AC

49、S800的控制盘有4种不同额键盘模式：实际信号和故障记录显示模式、参数模式、功能模式和传动选择模式。在实际信号显示模式中可以同时监视3个实际信号，诸如频率、转速、电流、流量等信号。6ACS800的优越性能a电流断电时的运行。ACS800将利用正在旋转着的电动机的功能继续运行，只要电动机旋转并产生能量，ACS将继续运行。b零速满转矩。由ACS带动的电动机能够获得在零速时电动机的额定转矩，并且不需要光码盘或测速电动机的反响。c起动转矩。DTC提供准确的转矩控制使得ACS800能够提供可控且平稳的最大起动转矩。最大起动转矩能到达200%。d自动起动。超过一般变频器的分升起动和积分起动的性能。因为AC

50、S800能在几ms内测出电动机的状态，不管什么情况都可以在0.48s内迅速起动。而矢量控制逆变器则需大于2.2se磁通优化。在优化模式下，电动机磁通被自动地适应于负载以提高效率，同时大幅度降低电动机的噪声。因为磁通性能上的提高，基于不同的负载，逆变器和电动机的总效率可提高1%10%。f磁通制动。可以借助对磁场的提升使得速度能够迅速降低。借助ACS对电动机可以实时监视，并且在磁通制动步骤时监视可以同步进展，这个步骤对于电动机的停顿工作以及转速之间的变动有极大的作用，但其他品牌的这类设备就没有这种作用。g准确速度控制。ACS800的动态转速误差在开环应用时为0.4%s，在闭环应用时为0.1%s。而

51、矢量控制逆变器在开环时大于0.8%s,闭环时为0.3%s。ACS800逆变器的静态精度为0.01%。h准确转矩控制。动态转矩阶跃响应时间，在开环应用时能到达15ms，而矢量控制逆变器在闭环时需1020ms，开环时为100200ms。7ACS800的技术数据a供电电网连接三相供电电压：VVV频率： 4863Hz短路能力：IEC 439功率因数：基波总值额定功率时效率： 98%b电动机连接三相输出电压：频率控制： 0300Hz弱磁点： 8300Hz电动机控制软件： ABB的直接转矩控制DTC转矩控制：转矩阶跃上升时间：开环 5ms在额定转矩下闭环 5ms在额定转矩下非线性：开环4%在额定转矩下闭环

52、1%在额定转矩下c速度控制静态精度：开环 10%电动机转差闭环 0.01%额定速度动态精度：开环 0.3%0.4%s100%转矩阶跃闭环 0.1%0.2%s100%转矩阶跃d标准控制线的连接 3个差动模拟输入口： 1个电压源信号，2个电流源信号 6个数字输入口： DC24 2个模拟输入口： 020mA 3个继电器输入口： 5A/AC220V无缘触电e柜体防护等级： IP21标准喷漆颜色：浅米色RAL70353.1.3 ABB-ACS800 多传动模块简介ABB工业传动在灵活性上极高，对于客户的各种层次上的需求都能够满足。而大局部商品的去处都是系统集成商、OEM厂商和最终用户。这些传动产品涵盖了

53、很宽的功率和电压范围，其中包括最高为690V的工业电压。多传动属于产品中的一种品种，主要组成是公共直流母线，并且还包括其他有关的模块。这种母线的作用是输出电压。而这种电压的来源只有整流单元。整流单元的类型有很多，包括二极管整流单元和有源IGBT整流单元。图3-1 ABB多传动模块如图3-1所示，ABB多传动可以应用于任何多个传动点组成的单一控制过程。多传动的公共整流单元实现了装置的整体平安性和控制功能。工业传动电机的轴承的耦合程度可大可小。在强耦合的应用中，如造纸机，在多个传动模块间，每一个单独的ABB传动模块提供转矩和控制信号的高速通讯，可以控制纸*的*力。而在工业传动电机的轴承没有强耦合的

54、应用中，如离心榨糖机，每一个驱动模块可以编程设定速度，以到达整体节电的目。(1) 根本设计理念a公共直流母排；b单一输入功率连接；c不带制动斩波器或不带再生式供电单元时，驱动电动机的逆变器之间内局部配能量，有发电，有电动；d降低输入线电流；e节能；f节约电缆、安装、维护本钱；g不需要使用独立的MCC电动机控制中心；h集成化和紧凑设计；i构造简单、模块化和冗余性；j全球产品，全球支持；k公共ABB传动技术，与单传动相似。2冗余设计a并联模块具有冗余功能；b每一块模块都是一台完整的三相逆变器；c如果一台模块故障，其他仍能继续轻载运行；d减少故障停机时间，恢复快；e传动设计独特ABB以前的传动没有，

55、其他竞争对手也没有这设计。3ACS800的减轻负载运行假设是其中一台仪器不能正常运行，将其进展隔离，并且将相关信息传送到控制台中，用户需要认可，并对电流进展控制后不影响其运行。一个ABB多传动组成如以下列图所示。将其称为多传动单元如图3-2所示，其中最重要的单元有：辅助控制ACU、进线ICU、传动INU、二极管整流DSU、IGBT整流ISU、晶闸管整流TSU、动态制动DUB和控制可选。图3-2 ABB多传动组成单元a辅助控制单元ACU为传动和进线单元中的辅助设备提供电源。24V电源掉电时发出急停功能。可选的AC电压变和电流表、接地监测和电弧监测都位于辅助控制单元中。b进线单元ICU电源电缆进入

56、进线单元并连接到供电单元，5250KVA以内的供电单元可置于进线单元内部。根据电网条件选择接触器或空气断路器、进线刀熔开关柜、顶部进线为可选配置。c传动单元其内部包括一个额外的电容，作用在于对电压进展控制，使其到达稳定状态，和母线相连的电气有保护措施，借助熔断开关可以对传动单元的运行进展全方位的调控，而美国逆变器都带有一个传动控制单元，包括RMIO板和可选的输入/输出(I/O)模块。功能模块也多种多用，涉及的性能有所差异，并且对于接口模块上容纳性也较高，另外还包括平安互锁以防止逆变器误启动的功能。d二极管整流单元DSU二极管整流单元用于没有能量回馈的传动系统，它将三相交流电压整流为直流电压。1

57、2脉波桥构造可以应用在由两个副边相位相差30度的三绕组变压器供电的单元。eIGBT整流单元ISUIGBT整流单元用于有能量回馈的传动系统，它将三相交流电压整流为直流电压。在功率控制中，它提供如同DTC技术在电机控制中那样稳定和可靠的性能。主电路包括主开关、滤波器和变流器。变流器与传动单元硬件兼容。在无源模式中，变流器的工作方式与整流器一样。在有源模式中，控制IGBT以保持直流电压的恒定和线电流的正弦度。同时，控制系统提供接近1的功率因数。控制性能的优异是因为使用了和DTC 技术一样的极快的控制技术。功率因数为1的全能量回馈IGBT整流单元不需要功率因数补偿。当线电压偏低时，ISU可以提高电机电

58、压。由于使用DTC技术和LCL滤波技术，极大降低了谐波含量。f晶闸管整流单元TSU晶闸管整流单元用于有能量回馈的传动系统，它将三相交流电压整流为直流电压。可控硅整流单元由两个反并联连接的6脉波可控硅桥组成。它具有向电网回馈能量的功能，在制动能量很大的应用中具有可观的节电效果。12脉波桥构造可以应用于由三绕组变压器供电的两个晶闸管整流单元。这个构造可以减少供电电网中的谐波。g动态制动单元DBU在电阻制动时，一旦设备当中*个回路的电压过高，斩波器就会开场作用，将其连接到制动电阻。一般安装时将标准电阻和其他柜体分开，假设是阻值不小于标准时以及电阻散热功能符合要求，这时候可以不需要标准电阻。h控制单元

59、可选多传动包括了AC800M和S800I/O控制单元。控制单元配备有通讯接口、电源和自动控制设备所需的前端装置。3.1.4 ABB-ACS800 多传动模块的主要优点1节省了连线、安装和维护费用。2节省了空间。3减少了器件数量，提高了可靠性。4减小线电流并且简化了制动装置。5使得电能可以循环利用，各个电机之间自主制动，不需要进展能量回馈6多传动的单元使得设备稳定性能得以提升，并且控制上更为精准。表3-1 多传动主要特性优点特性集成化和紧凑的尺寸尺寸小可选件内置于传动构造更简单模块化冗余设计更少的配件改良的设计多种可选件ABB提供满足用户要求的标准解决方案通用性的ABB传动技术工业传动技术平台友

60、好的用户接口简单快捷的调试和操作多种连接和通讯方式标准I/O端口可以满足多数需求支持多种现场总线协议扩展编程功能使用灵活。在一些应用中可以替代继电器甚至PLC3.2 直接转矩控制原理3.2.1 直接转矩控制的主要特点直接转矩控制变频调速技术也叫作DTC,是一种新型的高效频调速技术。在1985年的时候，狄普布洛克教授第一次提到了根据六边形乃至圆形磁链轨迹的直接转矩控制理论，该理论没有繁琐的坐标变换，它是通过在电机定子坐标上计算转矩的大小与磁链的模，然后利用转矩与磁链的直接跟踪从而做到PWM脉宽调制和系统的高动态性能。这种方法极大的改善了矢量控制中控制、运算繁琐，特性容易被交流电动机参数变化而干扰

61、的情况。而且该方法的出现，就因为它全新的控制思路，简明扼的系统构造，较好的静、动态特性从而备受关注，然后逐渐的开场开展。1直接转矩控制在定子坐标系下研究交流电动机的数学模型 , 控制交流电动机的转矩与磁链,不必拿直流电动机与其展开比较、转化与等效, 因此能够更容易的处理信号，也更容易明确交流电动机的物理过程。2直接转矩控制磁场定向使用了定子磁链 , 这就使得只要明确了定子电阻就能够把它测量出来 ,极大的改善了矢量控制时控制性能会被参数变化干扰的情况。3直接转矩控制利用空间矢量研究三相交流电动机的数学模型 , 调控各种物理变量 , 把繁琐的过程变得更容易处理。4直接转矩控制着重于转矩的控制情况 , 利用离散的电压状态与类似圆形磁链轨迹或是六边形磁链轨迹。控制的方法是利用转矩两点式调节器比较转矩测定值和转矩给定值, 把转矩波动控制在一个适宜的容差范围内 , 通过频率调节器来调控容差的数值。所以控制的情况受到实际转矩情况的影响，而且控制过程也比较简单和直接。3.2.2 直接转矩控制的工作原理直接转矩控制是通过在定子静止坐标上来计算转矩与磁链的数值。为使数学模型简化，由三相坐标(A、B、C)到两相静止坐标(,)的转换是必要的。在两相静止坐标(,)中有： (3-1)