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[摘要]造纸机电气传动控制系统是直接影响造纸生产的正常运行的最重要因素。根据造纸生产线电气传动控制系统的特点，以西门子6SE70全数字多功能矢量控制高精度交流变频器为驱动装置，提供高转矩和高动态性能。
[关键词]变频传动 矢量控制 USS协议 速度链 负荷分配
中图分类号：TS7文献标识码：A A文章编号：1671－7597（2008）0220053－01
在现代造纸机的传动控制中，广泛采用了交流电机的变频调速控制。这种方式较之传统的直流控制系统、总轴传动系统，在控制精度，故障率、维护费用方面有着较大的优势。西门子6SE70系列变频器是完整矢量控制高精度变频调速装置，该系列变频器采用最新的矢量控制技术，从而提高了系统的控制精度和动态响应精度。同时，由于其内部有开关量连接器和模拟量连接器及各种功能数据组，加上提供的丰富的自由功能模块和自由控制方式，使该系统变频器较多应用于高动态性能传动系统的频率控制、转速控制和转矩控制，满足了不同控制系统的要求。特别是在近年来投产的造纸机电气传动系统中较多采用了这种工程型变频器来组态系统，反映出这种变频器在造纸传动中的卓越性能。从而提供了一套基于现代控制技术的完整解决方案。
一、造纸工艺简述
此造纸机由流浆箱、网部、压榨部、干燥部、冷缸、卷纸部构成。经过打浆与净化的纸料，进入流浆箱，通过堰板以接近于网速的喷浆速度喷到网上。上网纸料经过一系列脱水措施，脱除大部分水分后，送至压榨部继续脱水，然后进入烘缸烘干，最终在卷纸机上卷成纸卷。
为了适应生产过程纸张特性变化的需要，造纸机的传动必须能够在一定范围内调节车速，并且各个分部的速度能单独调节。因为造纸机上的纸受到牵引力和压榨的作用，在湿部产生纵向伸长；在干部，起初是纵向伸长，而随纸张被干燥，降低含水量后，纸的纵向又会缩短；最后到卷纸机时，纸又会伸长；具体到电容器纸，湿部与干部的速度差可达10%。此外，辊面的长期磨损也会影响分部间的速比。所以，造纸机的传动调定在某一速度时，应该有一定的调速范围，以适应浆料配比、纸料性质以及造纸机运转情况的变化。在造纸过程中，保持各传动子系统之间的同步运行是尤为重要的。这种同步，不仅仅是稳速运行时需要同步，而且在加减速的动态过程中也需要保证线速度的一致。
为此，在造纸传动自动化系统的设计中，必须充分考虑纸机生产的特点，将调速、自动化以及其他逻辑控制有机地结合起来，从而实现一个全集成的纸机生产系统。
二、纸机对电气传动控制系统的要求
（1）纸机工作速度的调节范围要有比较大的空间，均匀地调节速度，要求调节范围在1：10之间；
（2）纸机传动系统要有较高的稳速精度，总车速提升和下降都必须平稳，要求纸机稳速精度为±0.05－0.01％；
（3）保持各分部问速比的可调、稳定，才能保证纸机可以生产良好的纸页和提高纸机正常工作时间，减少因张力不均引起的断纸现象，要求纸机各分部的速度必须是调节为±10－15％；
（4）引纸操作时的紧纸、松纸功能，要求各分部点具有速度微升、微降功能；
（5）必要的显示功能，如线速度、电流或转矩、运行信号、故障信号等；
（6）为了防止某点的速度发生变化而引起负荷在分部内动态转移，主副分部间应能实现联动工作、负荷自动平衡调节。同时在这些分部中．应具有单动、联动功能，并可以同时起动、停止；
（7）爬行速度。为了检修和清洗聚酯网、压榨毛毯、干网以及各分部的运行工况，各分部应有15－50m／min可调的爬行速度，但不宜在此速度下长时间运行，以减少无效的运行和机械磨损；
（8）纸机为恒转矩负载性质，要选择具有恒转矩控制性能的变频器，并具有较高的分辨率，良好的通讯能力，并采用PLC作为控制单元，实现对整个控制系统的可靠、协调的控制，以满足纸机控制系统正常工作的需要。
三、纸机控制系统结构
6SE70系列变频器，其核心控制技术使用当前最成熟的矢量控制技术，矢量控制理论精度可达以下标准：调速范围1：1000、静态速度精度0．0005%（实际为0．005% ）、力矩控制精度±2%、力矩上升时间2.5ms、力矩脉动2%，能够较理想地实现速度链控制、自动负荷控制、速差控制、张力控制等功能。
通过以上的内容，我们可以大概地描叙出一个纸机控制系统结构：以西门子6SE70全数字多功能矢量控制高精度交流变频器为驱动装置，纸机传动系统的控制中心采用S7300 PLC，设定值的分辨率0.01Hz以上，并且要求控制系统稳速精度达到0.01%。通讯控制方式可以灵活多变地使用PROHBUS现场总线、工业以太网、QCS、DCS系统，将大大地提高抗干扰性，不受元器件老化和温度漂移的影响，使得运行得到可靠的保证。在某些纸机的压榨、施胶部，存在负荷平衡的问题，都可通过力矩控制的方法，实现几个传动点的负荷均匀分配，以满足纸机控制系统正常工作的需要。
根据纸机自动化的特点以及今后技术的发展趋势，我们采用了通讯总线来传递数据（见上图）。也就是说，将主PLC、变频器连接在总线上，通过通讯方式来控制变频器，从而将PLC通往变频器的控制电缆数量降为零。在纸机控制系统结构中，采用该种方式，能够在提高系统的可用性的同时，大大方便了今后的系统维护。
四、结束语
西门子6SE70全数字多功能矢量控制高精度交流变频器能够提供高转矩和高动态性能，实现恒转矩或者恒功率调速，可以使普通异步电动机实现无级调速，是纸机系统理想的调速设备。另外，利用USS协通信格式实现PLC与变频器的通信功能，以便我们采用通讯总线将它们联系起来，实现了基于电动机和机械模型控制策略的高水平控制。同时实现了全自动控制大大降低了操作人员的劳动强度，节约了经济成本，取得了良好的经济效益。
参考文献：
[1]伯时，电力拖动自动控制系统[M]，机械工业出版社，北京，2001。
[2]王丹利，赵景辉．可编程序控制器原理与应用[M]，西北工业大学出版社，西安，1997．6.
[3]孟彦京，造纸机变频传动原理与设计[M]．陕西人民出版社，2002．
[4]SIMOVERT MATERDRIVES使用说明书1998．
[5]SIMOVERT MATERDRIVES矢量控制三相交流传动系统电压源型变频调速样本，1998／1999．
[6]SIEMENS SIMATIC s7300可编程控制器系统手册，2000．1.
[7]SIEMENS标准驱动产品通信手册2000．
[关键词]变频传动 矢量控制 USS协议 速度链 负荷分配
中图分类号：TS7文献标识码：A A文章编号：1671－7597（2008）0220053－01
在现代造纸机的传动控制中，广泛采用了交流电机的变频调速控制。这种方式较之传统的直流控制系统、总轴传动系统，在控制精度，故障率、维护费用方面有着较大的优势。西门子6SE70系列变频器是完整矢量控制高精度变频调速装置，该系列变频器采用最新的矢量控制技术，从而提高了系统的控制精度和动态响应精度。同时，由于其内部有开关量连接器和模拟量连接器及各种功能数据组，加上提供的丰富的自由功能模块和自由控制方式，使该系统变频器较多应用于高动态性能传动系统的频率控制、转速控制和转矩控制，满足了不同控制系统的要求。特别是在近年来投产的造纸机电气传动系统中较多采用了这种工程型变频器来组态系统，反映出这种变频器在造纸传动中的卓越性能。从而提供了一套基于现代控制技术的完整解决方案。
一、造纸工艺简述
此造纸机由流浆箱、网部、压榨部、干燥部、冷缸、卷纸部构成。经过打浆与净化的纸料，进入流浆箱，通过堰板以接近于网速的喷浆速度喷到网上。上网纸料经过一系列脱水措施，脱除大部分水分后，送至压榨部继续脱水，然后进入烘缸烘干，最终在卷纸机上卷成纸卷。
为了适应生产过程纸张特性变化的需要，造纸机的传动必须能够在一定范围内调节车速，并且各个分部的速度能单独调节。因为造纸机上的纸受到牵引力和压榨的作用，在湿部产生纵向伸长；在干部，起初是纵向伸长，而随纸张被干燥，降低含水量后，纸的纵向又会缩短；最后到卷纸机时，纸又会伸长；具体到电容器纸，湿部与干部的速度差可达10%。此外，辊面的长期磨损也会影响分部间的速比。所以，造纸机的传动调定在某一速度时，应该有一定的调速范围，以适应浆料配比、纸料性质以及造纸机运转情况的变化。在造纸过程中，保持各传动子系统之间的同步运行是尤为重要的。这种同步，不仅仅是稳速运行时需要同步，而且在加减速的动态过程中也需要保证线速度的一致。
为此，在造纸传动自动化系统的设计中，必须充分考虑纸机生产的特点，将调速、自动化以及其他逻辑控制有机地结合起来，从而实现一个全集成的纸机生产系统。
二、纸机对电气传动控制系统的要求
（1）纸机工作速度的调节范围要有比较大的空间，均匀地调节速度，要求调节范围在1：10之间；
（2）纸机传动系统要有较高的稳速精度，总车速提升和下降都必须平稳，要求纸机稳速精度为±0.05－0.01％；
（3）保持各分部问速比的可调、稳定，才能保证纸机可以生产良好的纸页和提高纸机正常工作时间，减少因张力不均引起的断纸现象，要求纸机各分部的速度必须是调节为±10－15％；
（4）引纸操作时的紧纸、松纸功能，要求各分部点具有速度微升、微降功能；
（5）必要的显示功能，如线速度、电流或转矩、运行信号、故障信号等；
（6）为了防止某点的速度发生变化而引起负荷在分部内动态转移，主副分部间应能实现联动工作、负荷自动平衡调节。同时在这些分部中．应具有单动、联动功能，并可以同时起动、停止；
（7）爬行速度。为了检修和清洗聚酯网、压榨毛毯、干网以及各分部的运行工况，各分部应有15－50m／min可调的爬行速度，但不宜在此速度下长时间运行，以减少无效的运行和机械磨损；
（8）纸机为恒转矩负载性质，要选择具有恒转矩控制性能的变频器，并具有较高的分辨率，良好的通讯能力，并采用PLC作为控制单元，实现对整个控制系统的可靠、协调的控制，以满足纸机控制系统正常工作的需要。
三、纸机控制系统结构
6SE70系列变频器，其核心控制技术使用当前最成熟的矢量控制技术，矢量控制理论精度可达以下标准：调速范围1：1000、静态速度精度0．0005%（实际为0．005% ）、力矩控制精度±2%、力矩上升时间2.5ms、力矩脉动2%，能够较理想地实现速度链控制、自动负荷控制、速差控制、张力控制等功能。
通过以上的内容，我们可以大概地描叙出一个纸机控制系统结构：以西门子6SE70全数字多功能矢量控制高精度交流变频器为驱动装置，纸机传动系统的控制中心采用S7300 PLC，设定值的分辨率0.01Hz以上，并且要求控制系统稳速精度达到0.01%。通讯控制方式可以灵活多变地使用PROHBUS现场总线、工业以太网、QCS、DCS系统，将大大地提高抗干扰性，不受元器件老化和温度漂移的影响，使得运行得到可靠的保证。在某些纸机的压榨、施胶部，存在负荷平衡的问题，都可通过力矩控制的方法，实现几个传动点的负荷均匀分配，以满足纸机控制系统正常工作的需要。
根据纸机自动化的特点以及今后技术的发展趋势，我们采用了通讯总线来传递数据（见上图）。也就是说，将主PLC、变频器连接在总线上，通过通讯方式来控制变频器，从而将PLC通往变频器的控制电缆数量降为零。在纸机控制系统结构中，采用该种方式，能够在提高系统的可用性的同时，大大方便了今后的系统维护。
四、结束语
西门子6SE70全数字多功能矢量控制高精度交流变频器能够提供高转矩和高动态性能，实现恒转矩或者恒功率调速，可以使普通异步电动机实现无级调速，是纸机系统理想的调速设备。另外，利用USS协通信格式实现PLC与变频器的通信功能，以便我们采用通讯总线将它们联系起来，实现了基于电动机和机械模型控制策略的高水平控制。同时实现了全自动控制大大降低了操作人员的劳动强度，节约了经济成本，取得了良好的经济效益。
参考文献：
[1]伯时，电力拖动自动控制系统[M]，机械工业出版社，北京，2001。
[2]王丹利，赵景辉．可编程序控制器原理与应用[M]，西北工业大学出版社，西安，1997．6.
[3]孟彦京，造纸机变频传动原理与设计[M]．陕西人民出版社，2002．
[4]SIMOVERT MATERDRIVES使用说明书1998．
[5]SIMOVERT MATERDRIVES矢量控制三相交流传动系统电压源型变频调速样本，1998／1999．
[6]SIEMENS SIMATIC s7300可编程控制器系统手册，2000．1.
[7]SIEMENS标准驱动产品通信手册2000．