一.引言
造紙工業(yè)是與國民經(jīng)濟發(fā)展密切相關的重要產(chǎn)業(yè)，涉及林業(yè)、農(nóng)業(yè)、機械制造、化工、電氣自動化、交通運輸、環(huán)境保護等多個行業(yè)。目前大多數(shù)造紙企業(yè)使用多個DC電機驅(qū)動每個傳動軸，可以實現(xiàn)無級調(diào)速。但是由于碳刷的存在，維護起來相當麻煩。隨著交流變頻控制系統(tǒng)和通信技術的發(fā)展，交流變頻驅(qū)動系統(tǒng)廣泛應用于新型造紙機，調(diào)速范圍廣、調(diào)速性能好、省電、操作簡單。現(xiàn)代造紙機系統(tǒng)采用上位機、PLC、變頻器和交流電機來完成造紙機的監(jiān)控、運行和生產(chǎn)管理。
二.造紙機械設備的組成和原理
造紙機械由原料設備、制漿設備和造紙機組成。核心部分為造紙機，分為網(wǎng)部、壓榨、預干燥、后壓榨、后干燥、壓光、卷取等。根據(jù)紙張形成的順序。該工藝是將流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型，在壓榨部壓縮使紙層均勻，預干燥干燥，后壓榨涂膠，后干燥干燥，壓光機壓光，最后收卷成母紙卷。造紙工藝流程圖如下所示。
三、造紙機電氣系統(tǒng)需求分析。
1.造紙機自動化控制的控制要求。
(1)起動要求。
在造紙機中，有傳遞慣性大的部件，如烘缸，需要平穩(wěn)啟動，避免機械連續(xù)泵送的損壞。
(2)速度要求。
從紙漿到紙張，造紙機需要經(jīng)過壓漿施膠、壓榨、干燥、壓光、卷繞等多個工段，是一個多單元速度協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。每一段的速度都有嚴格的速度比例關系，否則會造成斷紙或過度松弛，影響紙張的物理指標，不會穩(wěn)定紙張的定量控制，影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，造紙機的每個分支都應該具有高精度和穩(wěn)定的速度性能。
(3)分區(qū)調(diào)速要求。
在牽引力的作用下，造紙機上的紙張在網(wǎng)區(qū)和壓榨區(qū)產(chǎn)生縱向伸長，并在干燥區(qū)繼續(xù)伸長。當紙的含水量降低時，紙的縱向伸長變形減小。當紙張進入壓延機并卷起時，紙張會再次被拉伸。因此，在整個造紙機生產(chǎn)線中，每個分支的速度是不同的，從而可以保持紙幅的張力。同時，造紙機各分支的速度必須可調(diào)。這樣，可以防止紙幅由于松弛或過度張力而斷裂。由于造紙機不需要頻繁啟動，工藝要求的速度范圍也不大，穩(wěn)速是造紙機電氣傳動自動控制的主要目標。
2.造紙機的電氣控制難點。
(1)造紙機的速度控制。
由于生產(chǎn)過程中各工段輸送紙張，根據(jù)造紙工藝的要求，保持最后一級張力略大于前一級張力，需要協(xié)調(diào)控制各工段之間的線速度比，保持這一比值系數(shù)的高精度和可靠性，才能保證產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。同時，造紙機的這種速度比例協(xié)調(diào)關系應在改變速度或停機后保持不變，無需重新調(diào)整。每個分區(qū)獨立控制，具有微升、微降、上緊等靈敏調(diào)節(jié)功能，便于操作調(diào)節(jié)前后分區(qū)速度差，避免紙張再傳輸時過度松弛、過緊斷紙。
(2)主從負載分配控制。
在造紙傳動控制中，當多個傳動點驅(qū)動一個網(wǎng)部或多個傳動對象，相互施加壓力形成一定力矩并同步運轉(zhuǎn)時，為使各關聯(lián)傳動電機根據(jù)自身配置合理承擔動力輸出，需采用負荷分配控制的形式。如果負荷分配調(diào)整不好，整個負荷回路中各傳輸點的負荷就會失衡，線速就會不同步，無法正常運行。
四.三變頻系統(tǒng)控制方案。
1.SKI系列產(chǎn)品的特點。
(1)全系列產(chǎn)品通過ISO9001質(zhì)量管理體系，全面實現(xiàn)“6S”現(xiàn)場管理，產(chǎn)品穩(wěn)定可靠；
(2)5.5kW及以上功率標配DC電抗器，降低電流脈動值，提高輸入功率因數(shù)；
(3)保護功能完善，系統(tǒng)穩(wěn)定，可靠性高，內(nèi)置EMC濾波器；
(4)超低噪聲，載波頻率可從1k調(diào)整到15k
(5)IGBT結(jié)溫模型設計和獨特的結(jié)構設計能更好地適應外部高溫高濕環(huán)境。
2.系統(tǒng)方案設計。
根據(jù)造紙機對電機驅(qū)動系統(tǒng)的要求，為該系統(tǒng)配置了專用的造紙機變頻器進行調(diào)速。在該系統(tǒng)中，線材部分的再壓縮是主驅(qū)動，真空壓制是輔助驅(qū)動。主驅(qū)動采用基本速度控制方式，從驅(qū)動采用負荷分配控制。在從動控制中，頻率主設定值由內(nèi)部PID校正，主驅(qū)動的轉(zhuǎn)矩輸出作為從動PID設定值，從動驅(qū)動的轉(zhuǎn)矩輸出作為PID反饋值濾波。為了提高控制精度，可以調(diào)節(jié)PID給定量和反饋量的增益，如200%。這保證了控制精度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3.應用SKI系列產(chǎn)品后，造紙機的系統(tǒng)性能得到明顯改善。
（1）SKI系列產(chǎn)品有過流、過壓、過熱、欠壓等多種保護措施，能有效保護電機，從而使設備故障率低；
（2）電機可以軟啟動啟動，減少對電網(wǎng)和設備的影響；
（3）電機調(diào)速精度提高，速度更平穩(wěn)，系統(tǒng)穩(wěn)定性大大提高；
（4）可以自動控制干燥系統(tǒng)的壓力和紙漿的流量，提高系統(tǒng)的效率；
（5）低頻轉(zhuǎn)矩大，響應快，運行速度精度高，波動??；
（6）干燥系統(tǒng)的流量控制器信號和氣壓信號通過SKI系列產(chǎn)品的模擬信號輸出到系統(tǒng)控制器，調(diào)節(jié)紙漿流量和干燥系統(tǒng)的干燥壓力，操作安全方便。
