安川VS-616G5變頻器在造紙機中應用

　　1 引言
　　 安川VS-616G5是全數字多功能電流矢量控制變頻器具有良好的驅動性能，先進的自動控制功能和完善的保護功能。
　　 矢量控制是將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic、通過三相-二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1、Ib1，再通過按轉子磁場定向旋轉變換，等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動機的勵磁電流,It1相當于與轉矩成正比的電樞電流)既將力矩電流，勵磁電流分量進行解耦。使解耦的磁通與力矩控制器使二者互不影響，而使電機的速度，力矩連續可調。從而可實現在低速狀態時的平滑運行和高力矩高精度的速度、力矩控制。
　　 具有4種控制方式可選:(1)無PG矢量控制;(2)帶PG矢量控制;(3)無PG V/F控制;(4)帶PG V/F控制。Auto-tuning(自學習)功能可以對不同電機實現高精度矢量控制。特別是帶PG矢量控制方式以其極高的速度控制精度(+0.02%)極高的零起動轉矩(0r/min時150%)并可實現力矩控制，與PLC配合使用，可以實現速度鏈控制、自動負荷控制、自動速差控制等功能，在造紙機傳動中得到大量應用，并取得了較好的控制效果。
　　
　　2 紙機傳動對電氣控制系統的要求
　　(1) 該紙機為1880/250 m/min長網多缸文化紙機，生產40~65g/m2高級文化用紙,紙機結構簡如圖1所示。
　　
　　

　　
　　圖1

　　
　　
　　該紙機由長網部、真空吸移+四輥二壓區復合壓榨部、干燥部、施膠部、壓光部、卷取部組成。共16個傳動點，總功率324kW，各傳動點功率及變頻器型號如附表所示。
　　(2) 紙機對傳動系統的工藝要求
　　為了能生產出質量標準較高的產品，紙機對傳動系統有如下的工藝要求:
　　　　

　　
　　
　　a) 紙機工作速度要有較大的調節范圍:為了使造紙機具有較強的產品、原料的適應性(如打漿度、漿料配比與種類、定量、紙種等)，紙機傳動可在較大的范圍內均勻的調節速度，調速范圍D=1:8。
　　b) 車速要有較高的穩定裕度:總車速提升、下降要平穩。紙機速度常因電源的電壓、頻率以及紙機負荷等因素的變化而波動。為了穩定紙的定量和和質量、減少紙幅斷頭，要求紙機穩速精度±0.5～1%。
　　c) 各分部間速比可調、穩定:紙幅在網部和壓榨部時，其縱向伸長橫向收縮，而在烘干部時，兩向都收縮。因此紙機各分部的線速度稍有差異。紙機各分部的速比的最大波動值與漿料配比、定量、車速、生產工藝、分部之間的紙幅無承托引段的張力等因素有關。因此，造紙機各相鄰分部間應有適當的速差來形成良好的紙頁。紙機各分部的速度必須是可以調節的，在±10~15%。同時，為了生產較高質量的紙幅和減少斷頭率，就要保持各分部間速比的穩定。當出現負荷變化或其它干擾導致某分部的速度變化時，應保持能及時調整，使分部速比的變化不超過規定的范圍。
　　d) 單個分部點的具有速度微升，微降功能，引紙操作時的緊紙功能。同時具有軟連接的傳動分部，網部的真空伏輥和驅網輥之間，具有剛性聯結的施膠上輥與施膠下輥之間，具有剛性聯結與軟聯結的傳動分部，真空吸移、真空壓輥、一壓輥、二壓輥之間，這些有負荷關聯的傳動點之間要能進行負荷動態調節。由于某點的速度發生變化而引起負荷在分部內動態轉移，如果不及時進行自動的調節(因為現在使用的變頻器基本上都不具備長期四象限運行能力)，這些傳動點間有的負載可能超過它自身的功率范圍引起過流發生，有的傳動點被拖動而引起過高的泵升電壓，導致變頻器過壓而保護跳閘，甚至損壞變頻器、損壞毛布。并且在這些分部中，應具有單動、聯動功能。并可以同時起動、停止。必要的顯示，如:線速度、電流或轉矩、運行信號、故障信號等。
　　e) 爬行速度 為了檢修和清洗聚酯網、壓榨毛毯、干網以及各分部的運行工況，各分部應有15～50m/min可調的爬行速度。
　　f) 紙機傳動為恒轉矩負載性質，要選擇具有恒轉矩控制性能的變頻器，并具有較高的分辨率，以滿足紙機控制系通正常工作的需要。
　　
　　3 電氣控制系統組成
　　(1) 系統硬件組成
　　 變頻器采用電流矢量控制安川VS-616G5型式，PLC選用S7-226型，電機采用變頻專用電動機。變頻器設定為帶PG失量控制模式，整機處于速度控制模式, 系統硬件組成如圖2所示。
　　4 控制系統功能
　　 該紙機傳動系統采用由PLC作為系統的控制中心。由功能較強大的安川VS-616G5型矢量變頻器為驅動單元，由歐姆龍編碼器提供速度反饋信號，使紙機傳動在閉環運行模式下，從而使控制系統穩速精度0.02%,由PLC通過Modbus協議、RS485網絡與變頻器實現速度鏈功能，速差控制，負荷分配功能，總車速升、降，各分部點的速度升、降及緊紙功能。性能較理想地滿足紙機正常工作需求。
　　(1) 速度鏈結構 速度鏈結構采用主鏈與子鏈相結合的思路。紙機總的車速由二壓來確定。速度鏈的傳遞關系由圖2來體現，由PLC軟件實現。每一級的速度由總車速點速度乘以相應的速比來確定。前一級車速調整，后面跟隨調整，后級調整不影響前級。適應紙機操作引紙的順序要求。
　　速度鏈結構如圖2所示。
　　

　　
　　圖2 系統硬件組成

　　
　　　
　　圖3 紙機速度鏈結構圖

　　

　　 負荷分配分3部分:如圖2虛線范圍內部分。a)驅網輥與伏輥; b)吸移輥、真空壓榨輥與一壓輥與二壓輥;c)施膠上輥與施膠下輥。為了保證系統在起動階段和出現異常調節的狀況時，直流過壓問題。負荷相聯系的分部進行變頻器直流母線并聯措施。將需負荷分配的兩部分各分部伏輥與驅網輥的變頻器，伏輥、驅網輥，吸移輥、真空壓榨輥、一壓輥、二壓輥，施膠上輥與施膠下輥，使用10mm(耐壓800V)導線按同極性將直流母線相連接，線長一些，并串一電阻，并保證有直流母線相連變頻器的電源要同時通斷。
　　(3)參數的優化 不同的紙機使用場所，須進行相應的參數設定,變頻器參數的優化設置是充分發揮該變頻器功能的保證。參數優化需要大量實際經驗的積累和對造紙機機械設備、造紙工藝的了解及對變頻理論與電機拖動理論的掌握。
　　(4)變頻器的自學習 變頻器對電機(不帶負載)進行自學習過程。在自學習過程中，變頻器將對電機的參數進行最優的識別，尋找最優的矢量控制測量，發揮變頻器與電機的最優控制特性。
　　(5)調整卷紙機變頻器的基頻為60Hz，使該點的機械特性變軟一些有利于從壓光機到卷紙機的順利引紙。
　　該紙機在內蒙一紙廠運行以經近2年，控制系統穩定，紙機運行可靠。
　　
　　5 結束語
　　 因為造紙機傳動系統各個傳動點既要保持一定的速度跟隨一致性，又要有一定的速度差異，既速差。速差與工作車速、紙種、漿料特性等有關。同時具有機械相聯系的傳動點又要有負荷平衡既負荷分配。安川VS-616G5變頻器具有矢量控制功能，具有很高的可靠性和和完善的功能實現，通過參數組態與PLC協調工作完全可以滿足造紙機對傳動要求大速比變化、高穩態精度等控制性能的需要。可以在中高速紙機上應用。