濟(jì)南永利泰電器設(shè)備有限公司 李景華
山東海天造紙機(jī)械有限公司 王宗海
一、概述
造紙行業(yè)以其傳動點多、同步性要求高、連續(xù)化生產(chǎn)的特點，與冶金行業(yè)一起被稱為自動化控制要求最高的行業(yè)。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流傳動系統(tǒng)在造紙行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，高性能、矢量控制型變頻器的出現(xiàn)，使得過去需要由直流雙閉環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)的傳動控制，完全可以由交流傳動系統(tǒng)來完成。為了滿足不同類型的紙張生產(chǎn)和提高勞動生產(chǎn)率的需要，要求造紙生產(chǎn)線向高速化、全自動化方向發(fā)展，工業(yè)控制器（PLC）和現(xiàn)場總線越來越多地應(yīng)用在造紙行業(yè)。這次，在淄博第二板紙廠，采用艾默生TD3000系列矢量控制型變頻器、艾默生現(xiàn)場總線適配器和S7-300 PLC組成的控制系統(tǒng)，完美地實現(xiàn)了整條生產(chǎn)線的控制，為將來艾默生變頻器在高速紙機(jī)上的應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。
二、板紙生產(chǎn)線工藝簡介
該板紙機(jī)的型號為HT3000/110，是多圓網(wǎng)多烘缸板紙機(jī)，適用于生產(chǎn)用木漿、廢紙漿及其它漿料抄造定量為130-250g/m²的瓦楞原紙、掛面牛皮紙及箱板紙等品種。該型板紙生產(chǎn)線主要由壓榨部、烘干部、傳動部三部分組成。與之配套的設(shè)備有三輥半濕壓光機(jī)(即后面的光澤缸)、四輥壓光機(jī)及水平式圓筒卷紙機(jī)。
壓榨部的選型為一道雙毛布主壓榨、兩道正壓榨。壓榨部機(jī)架為型鋼焊接件，每條毛布圈路內(nèi)配置雙縫吸水箱、張緊器、校正器、高中壓噴水管及輥子加壓和氣動加壓等裝置。紙漿通過輥子加壓和氣動加壓粘附在毛布上，紙漿通過毛布之間的擠壓和雙縫吸水箱（抽真空）對紙漿脫水后初步定形為板紙。毛布最大工作張力為4.5N/mm。
各道壓區(qū)線壓：(N/mm)
雙毯主壓 設(shè)計線壓：60 工作線壓：40
一道單毯壓榨 設(shè)計線壓：80 工作線壓：60
二道單毯壓榨 設(shè)計線壓：100 工作線壓：80
烘干部為保證烘干能力，烘缸（熱源是蒸汽）直徑為Ф1500*3350mm，配有24只，其中最后一只為冷缸，烘缸分組按6+6+6+半干壓（光澤缸）+6排列。每組缸有4只缸為主動，其余為被動，之間通過干網(wǎng)連接。每條干網(wǎng)均配有氣動校正器、電動張緊器、導(dǎo)輥等。烘干部傳動側(cè)機(jī)架采用三角機(jī)架封閉式齒輪傳動，操作側(cè)為型鋼焊接箱型結(jié)構(gòu)，烘缸全部使用滾動軸承，稀油潤滑。通過壓榨部基本定形的板紙在烘干部被干網(wǎng)壓附在烘缸表面，經(jīng)過前三組缸烘干，板紙的干度在80%~85%之間，之后通過光澤缸對板紙進(jìn)行初級壓光，然后板紙經(jīng)過第四組缸烘干，干度在90%~94%之間，此后板紙通過四輥壓光機(jī)兩次壓光成為成品板紙，最后經(jīng)過水平式圓筒卷紙機(jī)將板紙成卷。
傳動部采用交流變頻分部傳動形式，分別由真空回頭輥（37KW）、一壓（75KW）、二壓（37KW）、三壓（37KW）、一組缸（22KW）、二組缸（22KW）、三組缸（22KW）、光澤缸（30KW）、四組缸（22KW）、壓光（37KW）及卷紙（15KW）等11個傳動點組成，共計363KW，每一臺交流變頻專用電機(jī)通過硬齒面齒輪減速箱直接傳動各主動輥或主動齒輪。每一傳動點配有相應(yīng)的聯(lián)軸器、中間軸（包括萬向節(jié)）和基礎(chǔ)板。各部分設(shè)置啟動、停止、升速、降速按鈕，達(dá)到單調(diào)、統(tǒng)調(diào)、運(yùn)行/爬行等功能，設(shè)置運(yùn)行、故障指示燈，電流、速度指示儀表等。
板紙機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：
生產(chǎn)品種：瓦楞原紙、掛面牛皮紙、箱板紙等
抄造定量：130-250g/m² 凈紙寬度：3000mm
網(wǎng)寬： 3350mm 生產(chǎn)能力：55-60T/d
工作車速：75-140m/min 設(shè)計車速：150m/min
主機(jī)軌距：3900mm 傳動方式：變頻調(diào)速，分部傳動
裝機(jī)容量：363KW 外型尺寸：（長*寬*高）67*10.5*6m


三、系統(tǒng)設(shè)計
1、控制要求
1）、11個傳動點采用矢量控制型變頻器組成閉環(huán)系統(tǒng)；
2）、Profibus現(xiàn)場總線控制
控制的重點是保證各傳動點的線速度保持一致，尤其要保證線前兩級一壓和真空回頭輥的嚴(yán)格同步，并保證兩個電機(jī)的負(fù)荷均衡。因其工藝上的特點，要求轉(zhuǎn)矩控制快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制，能以很高的控制精度進(jìn)行寬范圍的閉環(huán)調(diào)速運(yùn)行。并且當(dāng)某一傳動點因故障停機(jī)時,在不影響生產(chǎn)的情況下能正常啟動。
2、系統(tǒng)控制方案及設(shè)備選型
該控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是在系統(tǒng)負(fù)荷變化時，如何能保證各傳動點的線速度一致。
考慮到為將來的高速紙機(jī)做技術(shù)上的鋪墊，我們選用了艾默生TD3000系列變頻器和西門子S7-315-2DP可編程控制器，通過Profibus現(xiàn)場總線組成整個的控制系統(tǒng)。可編程控制器(PLC)通過Profibus總線實時采集負(fù)荷數(shù)據(jù)，完成對各傳動點速度控制和轉(zhuǎn)矩控制的在線疊加，以實現(xiàn)各傳動點的自動負(fù)荷均衡，每個傳動點設(shè)有微調(diào)按鈕，必要時進(jìn)行手動調(diào)整（通過程序限制手動微調(diào)的調(diào)節(jié)范圍），同時通過通訊方式讀取變頻器的輸入端子狀態(tài)，即將變頻器的控制端子作為PLC的DI端子，從而減少了PLC的數(shù)字量輸入模塊數(shù)量。TD3000系列變頻器的調(diào)速范圍是1：1000，完全能滿足控制精度的要求，并且其在10~300rpm時低于10％的轉(zhuǎn)矩脈動及電機(jī)預(yù)勵磁功能，使啟動運(yùn)行平滑、無沖擊和抖動，從而能更好的承受一定的負(fù)荷變化。適配器選擇艾默生專為其變頻器應(yīng)用PROFIBUS現(xiàn)場總線而生產(chǎn)的TDS-PA01，它屬于Profibus智能從站，能響應(yīng)主機(jī)的查詢，并執(zhí)行主機(jī)下發(fā)的控制命令。
3、系統(tǒng)組成
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。


圖1