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1、变频器系系统在造造纸机传传动系统统中的应应用1 引 言 本本文所设设计的纸纸传动控控制系统统为应用用ABBB变频器器和西门门子PLLC所组组成的控控制网络络来完成成造纸机机电气控控制系统统设计的的；其电电气传动动控制系系统是基基于S77-2000 PPLC控控制的交交流变频频调速控控制系统统。 2 纸机机对电气气传动控控制系统统的要求求 该造造纸机的的系统结结构总图图如图11所示。本本纸机的的主要技技术数据据如下：纸种：文化纸纸 定量量：522800g/mm2 最最高车速速：3550m/minn 爬行行速度：400m/mmin可可调升减减速时间间：0.1110000s可调调 工作作电压：额定电
2、电压的10% 电源源频率：50HHz55% 静静态精度度：00.1% 频率率漂移：0.1% 频率分分辨率：0.001Hzz 频率率控制： 050HHz 起起动转矩矩：额定定转矩的的2000% 左左、右手手机：右右手机 该纸机机18个个传动点点，分别别由188台交流流电机单单独拖动动，每台台交流电电动机由由ABBB全数字字变频调调速装置置驱动，闭闭环控制制。系统统的控制制采用PPLC作作为控制制核心，由由PLCC对操作作台上每每一传动动点的操操作信号号进行处处理（每每个传动动点在操操作台上上都设有有：速度度增加、速速度减少少、紧纸纸、爬行行/运行行等操作作按钮），并并把相应应的速度度信号以以通信
3、的的方式传传送给变变频器。同同时，还还对伏辊辊、驱网网；吸移移、真空空压榨、一一压、二二压分别别进行负负荷分配配控制。另另外，在在操作台台上还显显示每一一传动点点的车速速及工作作电流，并并具有运运行、故故障指示示。图1 造造纸机机机械系统统结构总总图纸机正常常运行对对电气传传动控制制系统的的要求基基本有以以下几点点：2.1纸机机传动系系统要有有一定的的稳速精精度和快快速动态态响应。其其中稳态态精度0.002- 0.01%，动态态精度00.1%- 0.005%;2.22工作速速度要有有较宽、均均匀的调调节范围围，适应应生产不不同品种种、定量量的需要要。调节节范围为为I=11：100之间；2.33
4、各传动动分部间间速比稳稳定、可可调。为为了使纸纸机可以以生产良良好的纸纸页和提提高纸机机正常工工作时间间，纸机机各分部部的速度度必须是是稳定、可可调的。各各分部的的调速范范围为8110%；2.44 爬行行速度。为为方便检检查、清清洗聚酯酯网、压压榨毛毯毯、以及及检查各各分部的的运行情情况，各各分部应应具有115330米/分可调调的爬行行速度。但但这样低低速运转转时间不不宜过长长，以减减少无效效的运行行和机械械磨损；2.55 具有有刚性或或柔性连连接的传传动分部部间，在在维持速速度链关关系基础础上，还还须具有有负荷动动态调整整的功能能，以免免造成由由于负荷荷动态转转移而引引起有的的分部因因过载而
5、而过流，有有的分部部因轻载载而过压压；2.6 各各分部具具有微升升、微降降功能，必必要的显显示功能能，如线线速度、电电流、运运行、故故障信号号等。相相关联的的分部具具有单动动、联动动功能； 3 纸机机电气传传动控制制系统的的设计33.1 系统硬硬件选择择与设计计硬件选选择依据据系统的的控制精精度、通通讯速度度、响应应时间、高高性价比比、高可可靠性的的原则，选选用SIIEMEENS S7-2000PLCC、CPP2266通信处处理器，作作为系统统主控单单元，控控制整个个系统。该该纸机的的电气控控制原理理图如图图2、图图3所示示：图2纸机机电气控控制原理理图图3纸机机电气控控制原理理图3.1.1变
6、频频器选用用ABBB公司的的ACSS8000系列高高性能变变频器，AACS8800变变频器采采用先进进的DTTC控制制技术，内内置直流流电抗器器，降低低进线电电源的高高次谐波波含量，最最大起动动转矩可可达2000%的的电机额额定转矩矩；ACCS8000的动动态转速速误差,闭环时时为0.05%，静态态精度为为0.001%。动动态转矩矩的阶跃跃响应时时间，闭闭环时达达到1-5mss。可较较理想地地满足该该机的高高传动性性能的需需要。33.1.2反馈馈与速度度控制系系统为了了降低成成本，选选择了AABB，AACS8800和和ACSS4000混合配配置。由由于ACCS4000本身身不带速速度反馈馈接口
7、，为为了实现现速度闭闭环控制制，需另另外加反反馈装置置。本系系统设计计选用了了由陕西西科技大大学自行行设计的的脉冲频频率电流流变换单单元。把把测速脉脉冲转换换为电流流信号输输入到变变频器中中去，利利用变频频器内部部的过程程控制软软件实现现速度变变换控制制。这种种方法的的缺点是是对于大大惯性负负载，如如烘缸的的负载扰扰动超调调量和动动态恢复复时间较较长。对对调整带带来一定定不便，在在使用中中还要保保持一定定的工艺艺条件稳稳定。如如果工艺艺变化频频繁或波波动较大大时，应应转入开开环控制制。3.1.33继电控控制起停和爬爬行运运行控制制不进PPLC，一一方面节节省I/O接口口，另外外也是工工艺上适适
8、应的一一种设计计。不论论纸机大大小，都都要求每每一传动动点能独独立起/停和爬爬行/运运行操作作。所以以，如果果进入PPLC进进行连动动设计，看看起来自自动化程程度高了了，但实实际不实实用。因因为在全全线开机机时为了了保证安安全和设设备的试试运转，一一般都采采用单机机起动或或停止操操作，这这样有利利于发现现故障和和减少事事故。故故障保护护及指示示回路同同样采用用继电回回路设计计。3.2 系系统的软软件设计计与功能能实现程程序模块块化结构构设计，各各种功能能以子程程序结构构适时调调用实现现；程序序采用循循环扫描描方式对对速度链链上的传传动点进进行处理理，提高高程序执执行效率率；程序序设计通通用性强
9、强，并具具有必要要的保护护功能和和一定的的智能性性。主程程序的流流程如图图4示。3.2.1速度链设计(1) 速度链结构设计。速度链结构采用二叉树数据结构算法，先对各传动点进行数学抽象，确定速度链中各传动点编号，此编号应与变频器设定的地址一致。即任一传动点由3个数据（“父子兄”或“父子弟”）确定其在速度链中的位置，填入位置寄存器相应的数值。由此可构成满足该机正常工作需要的速度链结构。(2) 算法设计。速度链的设计采用了调节变比的控制方法实现速度链功能,把压榨作为速度链中的主节点，该点速度即纸机的工作车速，调节其速度即调节整机车速。其它各分部点的速度由该点车速乘以相应的变比得到。由PLC检测其它分
10、部车速调节信号，通过操作该部增、减按纽的操作改变其速比，则改变相应分部的车速。3.2.2 负荷分配设计 该纸机传动结构上有柔性联结的传动点，烘缸部和压榨部。它们之间不仅要求速度同步还需要负载率均衡，否则会造成一个传动点由于过载而过流，而另一传动点则由于被带动而过压，影响正常抄纸，甚至可能撕坏毛布，损坏变频器、 机械设备。因此这两个传动部分的传动点之间需要负荷分配自动控制。 图4主程程序流程程图负荷分配配工作原原理：假假设P11e、PP2e为为两台电电机额定定功率，PPe为额额定总负负载功率率，Pee= PP1e+P2ee 。PP为实际际总负载载功率，PP1、PP2为电电机实际际负载功功率，则则
11、P= P1+ P22。系统统工作要要求 PP1=PP*P11e/PPe ，PP2=PP*P22e/PPe， 两个值值相差3%。由于电机功率是一间控制接量。实际控制以电机定子转矩代替电机功率进行计算。PLC采样各分部电机的转矩，计算每一组的总负荷转矩，根据总负荷转矩计算负载平衡时的期望转矩值。计算平均负荷转矩方法如下公式所示。M= 其中： ML1 、ML2 是压榨、烘缸电机实际输出转矩； Pe1 、Pe2 是压榨、烘缸台电机额定功率；M 为负荷平均期望转矩PLC通过Modbus总线得到电机转矩，利用上述原理再施以PID算法，调节变频器的输出，使两电机转矩百分比一致。即完成负荷自动分配的目标。设置
12、最大限幅值，如果负荷偏差超过该设定值，要停机处理，以防机械、电气损害发生。负荷分配控制实现的前提是合理的速度链结构，使负荷分配的传动点组处于子链结构上，该部负荷调整时，不影响其它的传动点，因此速度链结构是采用主链与子链相结合的形式。3.3辅助控制的机、电、液一体化设计辅助部分的机、电、液一体化、连锁及保护、卷纸机自动换卷控制、稀油站润滑系统等辅助电气系统协调工作，以保证系统正常运行和设备安全。4 系统统调试本本系统的的调试分分三部分分。一个个是继电电回路调调试，另另外是软软件调试试，负荷荷分配调调试及速速度测试试等。以以下简要要介绍后后两个问问题的调调试方法法。4.1软件件调试第第一步，验验证
13、PLLC动作作是否正正常，可可以在连连通整个个系统的的情况下下观察变变频器的的显示频频率进行行验证。如如在I/O端口口上加上上开关信信号，观观察应当当动作的的变频器器单元，看看是否按按要求对对频率进进行了调调整。第第二步，试试验负荷荷分配的的动作，方方向是否否与设计计一致。可可以在端端子上加加信号使使电流增增加或减减少，如如果按计计算，相相应的传传动点频频率变化化则表示示正常。最最后检查查通讯的的可靠性性，可以以从变频频器上读读出通讯讯的错误误率代码码，做必必要的线线路处理理。4.2系统统动作时时间测试试将系统统的第一一级、中中间一级级和最后后一级接接上速度度表，然然后以各各点的加加/减速速按钮来来检查频频率变化化情况。正正常情况况当按下下按钮后后应没有有明显的的滞后感感。否则则应检查查程序和和硬件线线路，如如前面所所提到的的，采用用I/OO端扫描描，其速速度反应应在最坏坏情况下下应在数数百毫秒秒以内，否否则会感感到操作作不方便便。5 结束语语该纸机机在山东东一造纸纸厂经近近一年多多的实际际纸机运运行验证证，系统统的稳速速精度、动动态响应应、负荷荷分配效效果、纸纸页质量量、系统统稳定性性、可靠靠性等指指标都得得到了用用户的肯肯定。这这种基于于ABBB变频器器和S77-2000PLLC的纸纸机传动动控制系系统是可可行的、合合理的。