濟南永利泰電器設備有限公司 李景華
山東海天造紙機械有限公司 王宗海
一、概述
造紙行業以其傳動點多、同步性要求高、連續化生產的特點，與冶金行業一起被稱為自動化控制要求最高的行業。隨著電力電子技術的發展，交流傳動系統在造紙行業的應用越來越廣泛，高性能、矢量控制型變頻器的出現，使得過去需要由直流雙閉環系統實現的傳動控制，完全可以由交流傳動系統來完成。為了滿足不同類型的紙張生產和提高勞動生產率的需要，要求造紙生產線向高速化、全自動化方向發展，工業控制器（PLC）和現場總線越來越多地應用在造紙行業。這次，在淄博第二板紙廠，采用艾默生TD3000系列矢量控制型變頻器、艾默生現場總線適配器和S7-300 PLC組成的控制系統，完美地實現了整條生產線的控制，為將來艾默生變頻器在高速紙機上的應用打下了良好的基礎。
二、板紙生產線工藝簡介
該板紙機的型號為HT3000/110，是多圓網多烘缸板紙機，適用于生產用木漿、廢紙漿及其它漿料抄造定量為130-250g/m²的瓦楞原紙、掛面牛皮紙及箱板紙等品種。該型板紙生產線主要由壓榨部、烘干部、傳動部三部分組成。與之配套的設備有三輥半濕壓光機(即后面的光澤缸)、四輥壓光機及水平式圓筒卷紙機。
壓榨部的選型為一道雙毛布主壓榨、兩道正壓榨。壓榨部機架為型鋼焊接件，每條毛布圈路內配置雙縫吸水箱、張緊器、校正器、高中壓噴水管及輥子加壓和氣動加壓等裝置。紙漿通過輥子加壓和氣動加壓粘附在毛布上，紙漿通過毛布之間的擠壓和雙縫吸水箱（抽真空）對紙漿脫水后初步定形為板紙。毛布最大工作張力為4.5N/mm。
各道壓區線壓：(N/mm)
雙毯主壓 設計線壓：60 工作線壓：40
一道單毯壓榨 設計線壓：80 工作線壓：60
二道單毯壓榨 設計線壓：100 工作線壓：80
烘干部為保證烘干能力，烘缸（熱源是蒸汽）直徑為Ф1500*3350mm，配有24只，其中最后一只為冷缸，烘缸分組按6+6+6+半干壓（光澤缸）+6排列。每組缸有4只缸為主動，其余為被動，之間通過干網連接。每條干網均配有氣動校正器、電動張緊器、導輥等。烘干部傳動側機架采用三角機架封閉式齒輪傳動，操作側為型鋼焊接箱型結構，烘缸全部使用滾動軸承，稀油潤滑。通過壓榨部基本定形的板紙在烘干部被干網壓附在烘缸表面，經過前三組缸烘干，板紙的干度在80%~85%之間，之后通過光澤缸對板紙進行初級壓光，然后板紙經過第四組缸烘干，干度在90%~94%之間，此后板紙通過四輥壓光機兩次壓光成為成品板紙，最后經過水平式圓筒卷紙機將板紙成卷。
傳動部采用交流變頻分部傳動形式，分別由真空回頭輥（37KW）、一壓（75KW）、二壓（37KW）、三壓（37KW）、一組缸（22KW）、二組缸（22KW）、三組缸（22KW）、光澤缸（30KW）、四組缸（22KW）、壓光（37KW）及卷紙（15KW）等11個傳動點組成，共計363KW，每一臺交流變頻專用電機通過硬齒面齒輪減速箱直接傳動各主動輥或主動齒輪。每一傳動點配有相應的聯軸器、中間軸（包括萬向節）和基礎板。各部分設置啟動、停止、升速、降速按鈕，達到單調、統調、運行/爬行等功能，設置運行、故障指示燈，電流、速度指示儀表等。
板紙機主要技術參數：
生產品種：瓦楞原紙、掛面牛皮紙、箱板紙等
抄造定量：130-250g/m² 凈紙寬度：3000mm
網寬： 3350mm 生產能力：55-60T/d
工作車速：75-140m/min 設計車速：150m/min
主機軌距：3900mm 傳動方式：變頻調速，分部傳動
裝機容量：363KW 外型尺寸：（長*寬*高）67*10.5*6m


三、系統設計
1、控制要求
1）、11個傳動點采用矢量控制型變頻器組成閉環系統；
2）、Profibus現場總線控制
控制的重點是保證各傳動點的線速度保持一致，尤其要保證線前兩級一壓和真空回頭輥的嚴格同步，并保證兩個電機的負荷均衡。因其工藝上的特點，要求轉矩控制快速響應和準確控制，能以很高的控制精度進行寬范圍的閉環調速運行。并且當某一傳動點因故障停機時,在不影響生產的情況下能正常啟動。
2、系統控制方案及設備選型
該控制系統的關鍵是在系統負荷變化時，如何能保證各傳動點的線速度一致。
考慮到為將來的高速紙機做技術上的鋪墊，我們選用了艾默生TD3000系列變頻器和西門子S7-315-2DP可編程控制器，通過Profibus現場總線組成整個的控制系統。可編程控制器(PLC)通過Profibus總線實時采集負荷數據，完成對各傳動點速度控制和轉矩控制的在線疊加，以實現各傳動點的自動負荷均衡，每個傳動點設有微調按鈕，必要時進行手動調整（通過程序限制手動微調的調節范圍），同時通過通訊方式讀取變頻器的輸入端子狀態，即將變頻器的控制端子作為PLC的DI端子，從而減少了PLC的數字量輸入模塊數量。TD3000系列變頻器的調速范圍是1：1000，完全能滿足控制精度的要求，并且其在10~300rpm時低于10％的轉矩脈動及電機預勵磁功能，使啟動運行平滑、無沖擊和抖動，從而能更好的承受一定的負荷變化。適配器選擇艾默生專為其變頻器應用PROFIBUS現場總線而生產的TDS-PA01，它屬于Profibus智能從站，能響應主機的查詢，并執行主機下發的控制命令。
3、系統組成
系統結構如下圖所示。


圖1