变频器在小型造纸机同步调速系统上的应用技巧

变频器在小型造纸机同步调速系统上的应用技巧：

摘要：介绍了在小型造纸机生产线上如何巧用变频器进行同步调速。重点是变频器在几个调速环节上的应用方法，阐述了如何满足生产工艺对各调速环节的要求，同时，总结了一些应用实例。

一、问题的提出

在当前的造纸生产过程中，传统的控制方法制约了产品质量与产量的提高。结合多年来参与改造小型造纸机的经验，笔者就如何将变频器应用于同步调速系统，解决好产品的质量、车速与同步调速系统的关系，做几点阐述。

造纸机生产线拖动装置的特点及要求：

1、分部传动点多，要求调速系统保持同步可调。

2、大容量电机多，要求电机采用降压启动或软启动。

3、风机多，启动时峰值电流过大且延续时间长，要求采取软启动。

4、泵类电机多，部分工艺对供水要求恒压。为了节能和保护管网，控制要求变频调速。

从以上几点分析得知，拖动系统需要解决好启动以及同步调速问题。

传统的控制方法较多地采用直流调速系统，也有不少设备采用最原始的滑差电机调速。但是，无论直流调速系统还是滑差电机调速，这些调速方法存在的共同问题是控制系统体积大，器件稳定性差，故障率高且维修困难，同时限制了产品的质量与产量的提高。

近年来，变频调速技术飞速发展，变频器控制性能日益提高，变频器在多电机传动调速系统、泵类控制及大容量电机的软启动上等等方面都得到广泛的应用。用变频调速控制系统取代滑差调速，乃至取代直流调速控制系统巳成为发展趋势。

二、应用方法论述

（一）多台变频器主从控制模式

在小型造纸机上经常用到主从传动方式，其主要特点是传动点多，各点之间的主从关系有些属于相互固定连接，有些属于柔性连接。

固定连接时应该使用转矩控制，电机之间不能有速度误差；柔性连接时应该使用速度控制，电机之间允许存在细微的速度误差。在应用中我们应该借助变频器的有关特性，例如ACS600系列变频器在解决以上问题时效果最佳。其最大特点是外部给定信号与主机变频器连接，主机通过光纤通信控制从机，实现主从控制。

1、转矩控制方式

（1）工艺要求

造纸机的烘缸传动系统必须要求各缸体的线速度同步。单台电机与减速器组成的动力装置驱动缸体按设定速度旋转，各缸体之间相互接触，并通过引纸网形成传动链。

（2）关键问题

多台动力装置同时驱动一条传动链必然存在不同步问题，主要原因是个电机转速的误差，缸体之间的误差及纸的厚度、湿度形成的拉力不均等变化，造成在给定电压相同的情况下，各缸体的运行线速度之间存在误差。这直接影响着纸张的生产质量与效率。

（3）解决方法

在低车速且纸张有一定厚度的生产线上可采用具有主从用宏的ACS600系列变频器。实用中我们可以采用每个传动点用一台变频器，将其中一台定义为主机（如斜网部），其他定义为从机。主机接受外部控制信号和速度给定信号，从机实用转矩控制方式，从机的所有控制信号包括启停、转矩给定、复位等均由主机通过光纤传送，从而实现从机跟随主机转矩变化，时刻调整自身的输出转矩。由于光纤通信的传输速度为2Mbit/s，从而保证了从机准确迅速地跟踪主机运行状态。

2、速度控制方式

（1）工艺要求

在造纸生产过程中为了改善纸的性能，需要在纸表面涂上所需的涂料这一过程称为涂布。为了保证涂层的均匀，一般采用多轮滚动涂布方法，常用的有六至八轮。这样最少需要六台电机同步运行且能平滑调速来保证涂层的均匀，这是各传动点与纸张之间形成柔性连接，在运行中由于摩擦力（辊轮与纸张）及介质（涂料）发生变化时，允许电机之间存在细微的速度误差。

（2）关键问题

涂布采用多台电机的传动，辊与辊之间通过纸张相互以柔性方式连接。由于各辊径与传动减速系统的误差，以及纸张的厚度、拉力湿度和涂料成分造成纸张的伸缩性变化直接影响涂布的效果。

（3）解决方法

我们采用ACS600系列变须器运用其主从控制方式中的速度控制方式对上述问题加以解决。设定某辊轮为主传动电机其他各轮为从传动，主机受外部控制信号和速度给定信号的控制，各从机通过光纤链接到主机上，其所有控制信号包括启停、转矩给定、复位等均由主机控制，各辊轮速度的调整可很方便地通过主机变频器的内部参数调整来实现。同时可按工艺要求设定各传动机构速度比例关系。

在精度要求高的情况下，可加装张力检测装置，将张力控制信号反馈给主机变频器，与主机速度给定信号进行比较后对变频器输出链进行调整，从而保证涂布运行的稳定性。

（二）多台变频器的统调、单调控制模式

1、工艺要求

在造纸生产过程中，速度链是造纸机生产线电器传动中的一种重要控制功能。各传动点的线速度是否协调直接关系到纸张是否优质，车速能否提高。一条完整的生产线包括斜网部→吸水网→烘缸→涂布→压光→卷纸等几个重要环节，各环节之间既需要统调升降速，同时又需要在各传动部位上加装微调装置，确保各点的线速度一致，实现全线的同步运行。

在生产过程中，各部分传动点可能会出现纸张松紧不均的现象，此时需在不影响速度链的情况下进行局部的张力控制。

2、设计方案

在考虑设计方案时，设计的出发点应抓住不同纸机生产线的特性及工艺对同步调速系统的精度要求。从表面上看造纸机是多台电机的控制系统，实际上每台电机只是工艺要求上的协调控制，并没有机械上的硬性连接。因此对低速造纸机每个传动点与变频器可采用一带一的开环控制模式。关键传动点可借助ACS600系列变频器的软件功能来实现张力的反馈控制，与手动调节功能配合。在完成统调和升降速时，可借助同步控制器的功能与变频器配合实现多点位的统调控制。

（1）调速系统的组成

该系统由单调与统调两部分组成。单调充分利用了变频器的自身功能，即内置的电动电位器应用宏可方便地实现开关量控制启停、升降速。统调采用了变频器配置同步控制器的方法将外部给定信号输人到同步控制器输人端，同步控制器各输出端的电信号直接与每台变频器的外调节输入端相连，实现同步启动，同步增减素的调节。为了补偿各传动点线速度的误差，可在各传动点设置微调装置与同步控制器连接，进一步完善单调与统调的控制模式保证了全线运行的稳定性。

对于某些频繁调整的传动点，可在该处设置张力反馈装置。

（2）同步控制器与变颜器配合实现统调的方法

在应用同步控制器与变频器组成的同步调速系统中应重点把握两点：一是如何扩充同步控制器的控制点位来满足多台变频器对各部点调速的要求；二是如何掌握同步控制器的给定信号与各调速点反馈信号的连接方式，实现同步调速系统的稳定性。

第一，扩充同步控制器输出点位的方法。

将首台同步控制器第一单元的输出与变频调速系统主机的变频器输人端相连的同时，再与第二台同步控制器输入给定端相连时，应将该单元的比例系统设定为1并设定给单元无反馈。以下各级以此类推。其他单元的输入设定在首台同步控制器第一单元的输出上，其比例系数可按实际需要设定（该系数等于各分部点之间同步线速度的比例值）。各单元的反馈送系数也要根据运行中各分部点的实际情况设定。

第二，同步控制反馈信号的连接方式。

同步控制反馈信号给定的原则一定要遵守生产工艺的要求，结合各种生产原材料的不同，车速、纸的标准及在调试中出的问题加以确定。

常采用的反馈形式有两种：并联反馈和申联反馈。所谓并联反馈形式是采用同步控制器的基准电压与反馈电压进行比较；而串联反馈形式是把采用了同步控制器的输出控制电压作为下一级输入反馈信号的比较电压，以下各级以此类推。

在应用中，并联反馈方法适用于低速造纸机，特别在纸张有一定拉力和厚度的情况下调试方便，运行稳定，但精度稍差。同时要求在停车后同步启动时，反馈信号必须调零，启动后根据运行情况再加入反馈信号。串联反馈方法适用于运行精度高，车速快，各同步点线速度要求误差小的系统，特别表现在停车后同步启动的效果较明显。但对开车技能不高，生产工艺掌握不全面的操作人员来说，应用上有一定困难。

以上论述是笔者在生产实践活动中摸索总结出来的，有些方法还要在实际生产实践中加以验证，并且在生产实践中进一步改进。总之，在造纸生产控制系统中，变频器控制调速的方式多种多样，有待于工程技术人在生产实践中不断地探索。