造紙機(jī)電控系統(tǒng)變頻器的選擇

引言

　　現(xiàn)在造紙機(jī)傳動控制基本上全部采用交流變頻傳動控制系統(tǒng)，而市場上變頻器品牌眾多，功能各異。面對如此眾多的變頻器產(chǎn)品，如何選擇變頻器及相應(yīng)的控制系統(tǒng)成為各廠家的難題，下面簡單介紹造紙機(jī)對變頻器的基本要求，以及如何選擇變頻器。

1、紙機(jī)傳動特性與變頻器機(jī)械特性

　　造紙機(jī)傳動屬于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，所以要求電機(jī)采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。要求變頻器工作在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制狀態(tài)，所以應(yīng)該選用恒轉(zhuǎn)矩機(jī)械負(fù)載變頻器。

　　有的公司對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速采用不同型號的變頻器，如西門子公司的ECO風(fēng)機(jī)、水泵控制用變頻器和MDV、6SE70恒轉(zhuǎn)矩變頻器。有的公司對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速采用同一型號的變頻器，對于同一臺變頻器采用不同的控制方式所接配的電機(jī)不同，變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置不同。如ABB公司ACS400、ACS600系列變頻器。比如型號為ACS401-0030的變頻器在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制接配電機(jī)22Kw，在風(fēng)機(jī)、水泵恒功率控制接配電機(jī)為30Kw。所以用戶應(yīng)該了解變頻器的機(jī)械特性匹配。

2、頻率分辨率對紙機(jī)傳動性能的影響

　　頻率分辨率是衡量變頻器的重要指標(biāo)。頻率分辨率包含頻率給定分辨率和頻率控制分辨率。

　　1、頻率給定分辨率指變頻器的給定通道對輸入信號的分辨率，一般指模擬輸入通道AD的位數(shù)。對于通訊通道一般給定精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于模擬通道，所以模擬給定通道若能滿足要求，通訊通道是絕對滿足的。

　　一般紙機(jī)對傳動調(diào)速的控制精度要求為0.1%，對于一臺確定的造紙機(jī)從頻率分辨率的角度來說，若能在最低速滿足給定控制精度，則在高速運行是沒有問題的。下面我們舉例說明：

　　設(shè)本臺紙機(jī)在低速抄紙，變頻器運行頻率為10Hz，則要求給定精度為：10*0.1%=0.01Hz

　　所以要求變頻器的頻率分辨率必須能夠小于0.01Hz。

　　設(shè)本臺紙機(jī)在高速抄紙，變頻器運行頻率為50Hz，則要求給定精度為：

　　50*0.1%=0.05Hz

　　所以要求變頻器的頻率分辨率必須能夠小于0.05Hz。

　　所以我們在選擇傳動系統(tǒng)時注意紙機(jī)低速時變頻器能否滿足控制精度的要求。而不必?fù)?dān)心高速的給定精度。給定精度也可以通過變頻器參數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，但缺點是在改變工作狀態(tài)時需要重新調(diào)整參數(shù)。

　　如一臺用于流漿箱控制的上漿泵變頻器，其運行頻率一般在30~50Hz之間，控制采用SR73A調(diào)節(jié)器，但是流漿箱液位無法穩(wěn)定，上漿量忽大忽小，變頻器始終調(diào)節(jié)不能穩(wěn)定。原因變頻器設(shè)定分辨率不夠。給定忽大忽小，1mA對應(yīng)2.5Hz。我們可以調(diào)節(jié)參數(shù)，變頻器的最小給定為30Hz，即給定0mA對應(yīng)30Hz，給定20mA對應(yīng)50Hz，這樣1mA對應(yīng)1Hz，給定頻率分辨率提高了2.5倍。

　　2、頻率控制分辨率指變頻器的輸出最小分辨率，通常說變頻器是無級調(diào)速是相對而言的。變頻器有它的最小分辨率，每次調(diào)速頻率的最小變化。現(xiàn)在變頻器的最小分辨率一般為0.01Hz。用戶在選擇變頻器時應(yīng)該注意頻率分辨率是否能滿足設(shè)備需要。

3、具有轉(zhuǎn)差補(bǔ)償變頻器對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的影響

　　交流異步電機(jī)都存在轉(zhuǎn)差頻率，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和功率與轉(zhuǎn)差頻率成正比，變頻器為了提高速度控制精度，對電機(jī)控制采用轉(zhuǎn)差補(bǔ)償。

　　依據(jù)異步電機(jī)的機(jī)械特性，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)差頻率增大，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生速降。轉(zhuǎn)差補(bǔ)償就是利用依據(jù)負(fù)載改變定子同步頻率，以補(bǔ)償轉(zhuǎn)子因為負(fù)載的速降，消除調(diào)速靜差，從而保證轉(zhuǎn)子的速度維持恒定。

　　變頻器的轉(zhuǎn)差補(bǔ)償依據(jù)電機(jī)的機(jī)械特性進(jìn)行，變頻器要求輸入電機(jī)銘牌參數(shù)，依據(jù)銘牌參數(shù)來確定電機(jī)的控制數(shù)學(xué)模型，轉(zhuǎn)差補(bǔ)償量應(yīng)為：

　　由于電機(jī)在變頻控制調(diào)速過程中，不同公司的電機(jī)的阻抗不同，所以轉(zhuǎn)差補(bǔ)償在有時是欠補(bǔ)償，有時為過補(bǔ)償。因此對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)精度會有一定的影響。

　　所以在使用變頻器的過程中合理使用轉(zhuǎn)差補(bǔ)償會消除靜差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差補(bǔ)償可以獲得特殊的機(jī)械特性，在板紙機(jī)、瓦楞紙機(jī)調(diào)試運行中非常重要。

4、變頻器功能的基本要求

　　紙機(jī)對變頻器功能的要求與選擇的上位控制系統(tǒng)有關(guān)，不同的控制方式對變頻器的功能有不同的要求。紙機(jī)一般要求在操作臺上能夠?qū)ψ冾l器進(jìn)行起停、爬行/運行、速度微調(diào)等控制操作；能夠顯示分部線速度、電機(jī)電流等功能；能夠顯示變頻器工作狀態(tài)等功能。

　　下面列舉在不同的控制方式下對變頻器的功能要求。

　　1、模擬控制與速度鏈控制器控制：

　　要求變頻器有兩路以上的模擬量輸入和輸出功能；兩路以上的數(shù)字量輸入功能；兩路數(shù)字量輸出功能。

　　兩路模擬量輸入用于速度給定和反饋輸入，第三路模擬量輸入用于速度附加給定控制。兩路模擬量輸出一路用于顯示分部線速度，一路用于顯示變頻器輸出電流。兩路以上的數(shù)字量輸入用于起起?？刂坪团佬?運行轉(zhuǎn)換控制。兩路數(shù)字量輸出用于顯示變頻器的工作狀態(tài)。

　　2、電動電位器控制方式：

　　要求變頻器有兩路模擬量輸出功能；四路以上的數(shù)字量輸入功能；兩路數(shù)字量輸出功能。

　　兩路模擬量輸出一路用于顯示分部線速度，一路用于顯示變頻器輸出電流。兩路數(shù)字量輸入用于起?？刂坪团佬?運行轉(zhuǎn)換控制；兩路數(shù)字量用于速度微調(diào)控制。兩路數(shù)字量輸出用于顯示變頻器的工作狀態(tài)。

　　3、PLC通訊控制方式

　　PLC通訊控制方式按照操作方式分有兩種控制方式，一種是采用傳統(tǒng)的按鈕操作方式，另一種為觸摸屏操作方式。這兩種控制方式要求變頻器有通訊控制功能和對應(yīng)的通訊適配器。如Modbus網(wǎng)絡(luò)要求有Modbus通訊板；Profibus—DP總線要求有Profibus—DP通訊板。

　?。?）、按鈕控制方式要求變頻器有兩路模擬量輸出功能；兩路的數(shù)字量輸入功能；兩路數(shù)字量輸出功能。兩路模擬量輸出一路用于顯示分部線速度，一路用于顯示變頻器輸出電流。兩路數(shù)字量輸入用于起?？刂坪团佬?運行轉(zhuǎn)換控制；兩路數(shù)字量輸出用于顯示變頻器的工作狀態(tài)。

　　（2）、觸摸屏控制方式要求變頻器有一路數(shù)字量輸入，用于急停功能。其它顯示控制都在觸摸屏上進(jìn)行。

5、結(jié) 語

　　該特一臺造紙機(jī)能否正常運轉(zhuǎn)并能使所生產(chǎn)出的產(chǎn)品滿足客戶的要求，不僅僅是工藝一方面所能決定，其電氣傳動控制系統(tǒng)起了舉足輕重的作用。因此，如何選擇一套好的傳動系統(tǒng)（即選擇一種此系統(tǒng)的核心裝置—變頻器）就顯得尤為重要，文中為作者從事多年造紙傳動系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)工作的所得，供大家參考。