淺談丹佛斯同步控制器在壓光機中的應用

　　1 概述

　　造紙企業是高能耗企業，電能消耗十分嚴重。

　　目前，我國多分部同步速度控制的中小型造紙設備，依然采用以直流調速技術作為電氣系統的核心來配合工藝要求，耗電量大，在生產過程中經常由于機械磨損、傳動帶的打滑等因素造成速度匹配失調，形成斷紙、厚度不均等現象。為了降低能耗，優化產品質量，提高勞動生產率，現代化的造紙設備在傳動部分采用安裝交流電動機，并配制特制的變頻器，使系統各部分不僅能夠實現同步控制，而且能夠在一定的范圍內調速。

　　壓光機的工作原理是將價格低廉的磨木漿、化學機械漿或廢紙脫墨漿以及麥草漿作為主要原料，配以少量的長纖維化學漿，并添加30豫以上的填料制成紙制品，其平滑度達500S 以上，不透明度達85豫以上，裂斷長度縱橫平均達3 000 m以上，產品質量可和低定量涂布紙比美，可用作廣告、目錄、插頁等彩色印刷。由于該工藝使用大量填料和高效率的磨木漿或化學機械漿，可節省纖維和木材資源，因此可大大降低成本。紙頁經壓光機壓光后，可以提高紙頁的平滑度、光澤度和緊度，使紙頁全幅厚度一致，從而改善紙張的外觀質量，并減少透氣度。圖1 所示的超級壓光機主要分為放卷裝置(又稱退紙器)、壓光輥裝置(含主電機)和收卷裝置等，原紙從放卷裝置處經引紙輥依次通過各紙輥和冷鑄輥后進入中心收卷。本文介紹了采用丹佛斯變頻器和同步控制器對西安精美紙業壓光機進行技術改造的實例。

　　2 超級壓光機的變頻控制

　　2.1 恒張力控制方案

　　超級壓光機在快速啟停及中間連續調速過程中必須保證紙頁的張力恒定，否則收取的紙頁就會卷曲、折頁甚至斷裂，嚴重影響產品的質量和產量。本系統中利用變頻器和同步控制器的組合來達到精確的張力控制，一般情況下，可以通過兩種方式來滿足系統的要求：一是通過控制電機的速度來實現，二是通過控制電機的轉矩來實現。由于本例采用的是中心卷繞的方式，隨著卷徑的連續(35耀1 000 mm)變化，需要連續增加電機的給定轉矩，才能保證紙張的表面張力保持恒定。考慮到安裝卷徑傳感器的成本和條件，以及丹佛斯的同步卡中心卷繞程序包含有自動卷徑計算功能，故決定采用丹佛斯同步控制器和丹佛斯同步卡來實現恒定的張力控制，在這種控制方式下，系統的成本和復雜度會大大降低。

　　2.2 同步卡中心卷繞程序

　　丹佛斯同步卡中心卷繞控制由以下三大部分組成。

　　1)張力給定處理包括張力錐度控制及張力給定斜坡功能，由于卷繞材質不同，張力給定可以根據需要隨著卷徑的變化而變化;系統控制具有張力極限報警功能，張力達到極限時，變頻器輸出信號報警等功能;各種材料所需的張力的PID 參數不一樣，系統可以保存多組PID參數，根據輸入信號選擇，但本例卷繞材料是紙張，只要保持恒張力就可以，所以不需要這一功能。

　　2)直徑計算功能包括：直徑計算功能，該功能基于當前直徑=驅動輪轉速伊驅動軸直徑/卷繞轉速;卷徑到達指示功能;多個初始卷徑選擇功能，可以儲存多個不同的卷筒直徑，根據控制信號選擇;卷徑測量功能(需要輔助傳感器);卷徑計算限制功能，根據材料厚度可以計算出限制的卷徑變化速率。

　　3)張力PID控制根據張力檢測裝置檢測的張力與設定張力作PID調節，目的是對卷徑進行限幅。

　　在控制過程中，將當前卷徑及線速度所計算出的卷繞轉速作為前饋，所以變頻器的總給定等于前饋速度加上張力的PID 調節量。同步卡中心卷繞控制如圖2 所示。

　　2.3 超級壓光機的變頻組構

　　西安精美紙業造紙廠采用的壓光機為十二輥超級壓光機，主牽引電機功率為P=160 kW，因此選用變頻器VLT5252 來控制主電機，收卷電機功率為P=22 kW，因此采用收卷變頻器為VLT5032，主電機和收卷電機各加裝旋轉編碼器，張力反饋機構安裝有簡便的跳舞輪，另外，在收卷變頻器上安裝有丹佛斯的同步控制卡。

　　丹佛斯同步卡的基本工作原理是通過光電編碼器反饋的電機的實際速度與位置，與給定的速度或位置信號比較，通過內部計算后，直接對電機的速度進行控制。

　　3 方案設計

　　壓光機變頻改造示意圖如圖3 所示，張力控制示意如圖4所示。

　　該系統主速度部分是通過主電機的變頻器VLT5252的開環控制來驅動主傳動電機，采用主-從式結構給定，主牽引的速度給定由變頻器的電位器輸入，當主電機啟動，裝于主電機上的旋轉編碼器輸出信號，該信號連接在拖動收卷電機的變頻器VLT5032 的同步卡上，當同步卡接收到編碼器信號，同時以跟隨主電機的速度來拖動收卷電機，此刻，收卷電機上的編碼器也同時輸出信號至丹佛斯變頻器同步卡，以保證達到同步。

　　在張力控制部分，由配重浮動輥給定張力，經位移傳感器反饋張力至丹佛斯變頻器，通過丹佛斯同步控制器內部計算作調整以保持恒定張力。

　　4 改造優勢

　　造紙廠屬于輕化工企業，對防火要求很嚴。在造紙企業中采用的晶閘管裝置—直流電機的調速方式，因電機周圍的紙屑粉塵多，所以必須經常打掃，否則積聚在整流子附近會因電刷打火燃燒嚴重威脅安全生產。而且，由于設備操作頻繁，不少場合須再生制動，因此原直流電刷磨損嚴重。另外，因必須定期打掃，換刷，不僅維修費用高，而且影響生產進度。

　　在造紙廠應用變頻造紙技術，有如下優點。

　　1)采用變頻調速替代直流調速后使企業能耗降低。調速系統采用先進的張力控制方法，使同步精度得到了大幅提高，這為設備生產的紙張質量提供了有力的技術保障。采用變頻調速使整機速度調整方便、平穩，調速范圍廣，因加、減速同步，故能滿足多種生產要求。由于變頻器具有較強的過載能力和低頻額定轉矩，所以保證了速度不隨負載的變化而變化，而且還克服低速時速度不穩定的缺陷。

　　2)采用變頻調速的調速精度滿足造紙生產需求，當負荷變化或電網波動時，電機轉速無變化，適應性強。

　　3)變頻器體積小，重量輕，不必另設控制盤，相對于晶閘管裝置，占地面積大大縮小，而且安裝容易，調試簡單，操作方便，噪音小，無振動。

　　4)采用變頻調速后，運行、操作、維護簡便，提高了產品的質量和產量

　　5)變頻器有軟啟功能，非常適合于軟啟動的調速設備。本系統采用先進的變頻控制技術，實現了電機的軟啟動，減輕了機械沖擊，降低了部分噪音，延長了機械設備的使用壽命，減少了機械維修費用。

　　6)變頻器有自我診斷功能，檢修方便，檢修時間短。

　　5 結語

　　本系統采用丹佛斯變頻器和丹佛斯同步控制卡收卷方案后，現場配置簡潔，工作穩定，調試方便。實際的收卷效果非常理想，端面整齊，張力穩定。基于丹佛斯變頻器同步控制卡的控制特點，加上其完善的功能、高可靠性和優秀的性能價格比，滿足了用戶對于紡織、造紙、冶金等各個領域的不同要求。