【正文】 首先對(duì)各傳動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字抽象，確定速度鏈中各傳動(dòng)點(diǎn)編號(hào)，此編號(hào)應(yīng)與變頻器內(nèi)部地址一致。操作屏采用西門子大型智能操作控制單元 OP570 操作屏。 (2)技術(shù)數(shù)據(jù) 電源電壓： AC380415V177。和一般可控硅調(diào)壓系統(tǒng)一樣，采用相位控制，通過改變觸發(fā)脈沖的相位角來獲得與逆變器輸出頻率相對(duì)應(yīng)的不同大小的直流電壓。三角載波的頻率 fc 和正弦調(diào)制波的頻率 fr 之比即 fc/fr=Nc 稱為載波比。 實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的方法有 很多，主要分直流幅值可變和不可變兩種。 ROM 就可以根據(jù)作為地址碼的 6 位輸入信號(hào)，輸出事先存儲(chǔ)在其中的表格數(shù)據(jù)— 定子電壓矢量的數(shù)據(jù) Sa、 Sb、 Sc。而轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈和轉(zhuǎn)子磁鏈的乘積及夾角有關(guān)，而轉(zhuǎn)矩控制又是如何避開轉(zhuǎn)子磁鏈而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的直接控制 ,這就需要從電動(dòng)機(jī)的基本方程來推導(dǎo)出轉(zhuǎn)矩和定子磁鏈及轉(zhuǎn)子磁鏈之間的關(guān)系來說明，下面我們從異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)等值電路推導(dǎo)保持定子磁鏈不變或定子磁場(chǎng)定向時(shí)，轉(zhuǎn)矩和角速度的關(guān)系， 推導(dǎo)過程及結(jié)論簡(jiǎn)述如下： TI 型等值電路 圖 34 異步電機(jī)動(dòng)態(tài)等值電路 將三相異步電機(jī)經(jīng) 3/2 變換為α、β軸上的兩相電機(jī)，再將α、β軸坐標(biāo)用極坐標(biāo)表示，則三相電機(jī)的方程就變成了由定子電壓方程和轉(zhuǎn)子電壓方程組成的等效電路方程，圖 34 是對(duì)應(yīng)的等效電路圖。 c) 直接轉(zhuǎn)矩控制采用空間矢量的概念來分析三相交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型和控制其各物理量，使問題變得特別簡(jiǎn)單。因此這種方法和矢量控制相比又簡(jiǎn)潔明了得多，而且控制性能甚至超過矢量控制。再一個(gè)就是波形越接近正弦越好，高次諧波越少越好。但是，這些指標(biāo)必須是在確定的電機(jī)和負(fù)載 及變頻器的情況下才存在的。對(duì)傳動(dòng)速度干擾主要來自紙機(jī)的內(nèi)部條件的變化，如真空度的波動(dòng)，漿原料成分的波動(dòng)以及壓榨輥壓力波動(dòng)等。交流變頻傳 動(dòng)和直流傳動(dòng)從本質(zhì)上說是輸出值即轉(zhuǎn)速和給定值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的區(qū)別。這時(shí) ,可以人為的把電壓 U 抬高一些，以便近似的補(bǔ)償定子壓降。在交流異步電機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成產(chǎn)生的。異步電動(dòng)機(jī)定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速被稱為異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，其同步轉(zhuǎn)速由電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)和電源頻率所決定： n0 = 60f/p （ 31） 其中 n0—— 電機(jī)同步轉(zhuǎn)速； f— 供電電源頻率（ Hz）； p— 電機(jī)定子磁極對(duì)數(shù)。變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成和控制結(jié)構(gòu)依然可以仿照直流系統(tǒng)的形式分為電源，反饋和控制三大部分。例如在利用變頻做壓力或流量控制系統(tǒng)中，就可 以用 PID 控制宏實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。用戶還可以定義傳動(dòng)單元中的 I/O 接口指示通訊連接的是否處于故障狀態(tài)。電機(jī)過熱保護(hù) 可以激活電機(jī)過熱保護(hù)功能并選 擇一種電機(jī)過熱保護(hù)模式 來保護(hù)電機(jī)防止過熱。 PFC 宏 – 用于泵和風(fēng)機(jī)控制的應(yīng)用 178。改變 IGBT 的開關(guān)頻率 178。相關(guān)參數(shù)的其他應(yīng)用，如危險(xiǎn)頻率段的設(shè)置或恒定速度的設(shè)置。因此 ACS550 適用于風(fēng)機(jī)、水泵和恒轉(zhuǎn)矩等各種變速驅(qū)動(dòng)應(yīng)用合?；虿桓鶕?jù)負(fù)載和使用情況采用一些不適當(dāng)?shù)呐渲茫顿Y增加卻沒有應(yīng)有的效果。經(jīng)實(shí)踐使用后又有所改進(jìn)，即引入頻率補(bǔ)償，能消除速度控制的誤差；通過反饋估算磁鏈幅值，消除低速時(shí)定子電阻的影響；將輸出電壓、電流閉環(huán)，以提高動(dòng)態(tài)的精度和穩(wěn)定度。只要電機(jī)參數(shù)基本準(zhǔn)確，這種補(bǔ)償比起 V/F 控制要先進(jìn)多了，理論上說可以實(shí)現(xiàn)真正的轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償。 整流電路： VD1VD6 六個(gè)整流二極管組成不可控全波整流橋。逆變電路的輸出就是變頻器的輸出，它被用來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制。整流電路的主要分類有：按組成的器件可分為不可控、半控、全控三種；按電路結(jié)構(gòu)可分為橋式電路和零式電路；按交流輸入相數(shù)分為單相電路和多相電路。 變頻器的組成和分類 控制電路：控制電路完成對(duì)主電路的控制。為了防止紙張?jiān)趥?動(dòng)過程中出現(xiàn)斷裂、卷曲、褶皺、壓痕等問題。復(fù)合造紙機(jī)，使用上述各類型造紙機(jī)的網(wǎng)部，即使用不同型式的陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 4 紙幅成形裝置所組合起來的造紙機(jī)，都可以稱為復(fù)合造紙機(jī)。網(wǎng)部真空伏輥包角比較小，在沒有開真空度時(shí)與網(wǎng)摩擦力較小，而且 上漿后真空度的變化引起負(fù)荷的變化，會(huì)造成打滑現(xiàn)象。 長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)的用途廣泛，可以生產(chǎn)絕大多數(shù)品種的紙張。濕紙幅是由壓榨毛毯支托著，在壓輥間用機(jī) 械擠壓的方法脫水的。通?？煞譃闈癫亢透刹?jī)纱蟛糠?。因此在許多領(lǐng)域交流變頻調(diào)速系統(tǒng)有逐步取代直流調(diào)速系統(tǒng)的趨勢(shì)，得到了廣泛的應(yīng)用。該傳動(dòng)形式的結(jié)夠復(fù)雜、占地面積大、效率低。但是從世界范圍看，雖然可以說我國(guó)已經(jīng)是一個(gè)造紙大國(guó)，但并不是一個(gè)造紙強(qiáng)國(guó)。造紙工業(yè)生產(chǎn)過程的特點(diǎn)決定了其控制的復(fù)雜性。 課題背景 紙機(jī)變頻傳動(dòng)國(guó)外始于 80年代中期 ， 國(guó)內(nèi)大約在 90年代初期 。通過本課題的設(shè)計(jì)，可以培養(yǎng)自己分析與解決問題的能力，同時(shí)也能對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中運(yùn)用到的如：電動(dòng)機(jī)、變頻器、 PLC、工控機(jī)、通訊、現(xiàn)場(chǎng)總線、觸摸屏等有更深一步的理解。傳動(dòng)作為造紙機(jī)的核心部分，其發(fā)展要求是提高車速和自動(dòng)化程度。特別是盡快提高國(guó)內(nèi)紙機(jī)的自動(dòng)化水平是從事電氣控制工作的人們的職責(zé)所在。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 造紙產(chǎn)業(yè)是一個(gè)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)文明建設(shè)息息相關(guān)的重要產(chǎn)業(yè)。我國(guó)造紙工業(yè)國(guó)際化、集中化、專業(yè)化的格局已初步形成，而且國(guó)內(nèi)許多造紙企業(yè)引進(jìn)了很多國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)裝備，國(guó)內(nèi)許多大的造紙企業(yè)已經(jīng)完全與國(guó)際接軌。概括地將造紙機(jī)傳動(dòng)形式經(jīng)歷了四大階段和各自的特點(diǎn)。交流變頻技術(shù)是應(yīng)實(shí)際中交流電機(jī)無級(jí)調(diào)速的需要而誕生的?，F(xiàn)在正被大力使用。網(wǎng)案上通常設(shè)有案輥、真空吸水箱、伏輥等成形 脫水元件。烘缸上包覆著干毯 (或帆布、干網(wǎng) )，目的是將紙幅緊壓到缸面上，提高傳熱效率和增進(jìn)紙幅的表面質(zhì)量。中大型紙機(jī)網(wǎng)部采用多電機(jī)傳動(dòng)，主傳動(dòng)點(diǎn)有真空伏輥、驅(qū)網(wǎng)輥，有些紙機(jī)還有導(dǎo)網(wǎng)輥傳動(dòng)。與長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)不同之處，主要是在于網(wǎng)部是主網(wǎng)籠和網(wǎng)槽組成。通過對(duì)文化紙機(jī)變頻傳的工藝、工業(yè)控制現(xiàn)埸總線在文化紙機(jī)變頻傳動(dòng)中的應(yīng)用、文化紙機(jī)變頻傳動(dòng)控制系統(tǒng)特殊問題的了解，對(duì)本課題有一個(gè)全面的掌握。同時(shí)還要解決西門子 S7200PLC 與 ABB 公司的 ACS550 變頻工摸屏之間的通訊方式和控制程序等。 逆變器：逆變器產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)電壓的頻率，逆變電路將直流電再逆變?yōu)榻涣麟姟Ｓ捎谀孀兤鞯呢?fù)載為異步電動(dòng)機(jī)，屬于感性負(fù)載，無論電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)還是發(fā)電制動(dòng)狀態(tài)，變頻器功率因素總不會(huì)為 1。 變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用把電壓、頻率固定不變的交流電變成電壓、頻率都可調(diào)的交流電源。而現(xiàn)在的變頻器則大多以轉(zhuǎn)差補(bǔ)償、轉(zhuǎn)矩提升等形式給出，雖然沒有原來那樣直觀但是卻增加了許多智能化的成分。另外，其機(jī)械特性終究沒有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，且系統(tǒng)性能不高、控制曲線會(huì)隨負(fù)載的變化而變化，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)慢、電機(jī)轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時(shí)因定子電阻和逆變器死區(qū)效應(yīng)的存在而性能下降，穩(wěn)定性變差等。矢量控制方法的提出具有劃時(shí)代的意義。在大多數(shù)應(yīng)用中， ACS550 所具有的磁通制動(dòng)功能可以滿足系統(tǒng)快速停車的應(yīng)用需要；如果系統(tǒng)需要頻繁起制動(dòng)或長(zhǎng)時(shí)間制動(dòng)， ACS550 也可內(nèi)置制動(dòng)斬波器（可選）和制動(dòng)電阻以實(shí)現(xiàn)有效的制動(dòng)功率。電機(jī)參數(shù)的設(shè)置 178。顯 示故障發(fā)生的時(shí)間 178。電動(dòng)電位器 – 提供了與 PLC 相連接的經(jīng)濟(jì)型接口 178。 3路繼電輸出， 2A/250VAC or 2A/30VDC 5）可編程的故障保護(hù)功能： 178。 178。利用這些應(yīng)用宏用戶可以快速完成對(duì)變頻器的直動(dòng)。 變頻調(diào)速系統(tǒng)的組成及原理 變頻器是變頻調(diào)速的核心，也是構(gòu)成大型復(fù)雜傳動(dòng)系統(tǒng)的基本單元，變頻器實(shí)際上就是把固定電壓，固定頻率的交流變換成可調(diào)電壓和頻率的交流電的變換器。當(dāng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，位 于該磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)子繞組將切割磁力線，并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，而此感應(yīng)電流又將受到旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用而產(chǎn)生電磁力，即轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)。在電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，一個(gè)重要的因素是希望保持每極磁通量Φ m，為額定值不變。由上式可知，要保持Φ m 不變，但頻率f 從額定值 fm 向下調(diào)節(jié)時(shí)，必須同時(shí)降低 E1。如果電動(dòng)機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下都具有額定電流，則電動(dòng)機(jī)都能在溫升容許的條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，這時(shí)轉(zhuǎn)矩基本上隨磁通變化。 對(duì)造紙機(jī)而言，在一定的工藝條件下，最主要的是保證速度的穩(wěn)定 性。 概括起來變頻調(diào)速的特點(diǎn)如下 a)調(diào)速時(shí)平滑性好，效率高； b)調(diào)速范圍較大，精度高； c)起動(dòng)電流低，對(duì)系統(tǒng)及電網(wǎng)無沖擊，節(jié)電效果明顯； d)于實(shí)現(xiàn)過程自動(dòng)化； e)變頻器體積小，便于安裝、調(diào)試、維修簡(jiǎn)便； f)必須有專門的變頻電源，目前造價(jià)較 高； g)在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速段電動(dòng)機(jī)的過載能力大為降低； h)內(nèi)設(shè)功能多，可滿足不同工藝要求。而單獨(dú)對(duì)變頻器而言，僅存在電流的大小和波形的質(zhì)量問題，嚴(yán)格講和轉(zhuǎn)矩是無關(guān)的。 直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器原理 直接轉(zhuǎn)矩控制的主要特點(diǎn) 直接轉(zhuǎn)矩控制 [3]變頻調(diào)速技術(shù)，是繼矢量控制方法提出后于 80 年代由德國(guó)Depenbrock 教授等人提出的一種新的變頻調(diào)速控制技術(shù)。 b) 直接轉(zhuǎn)矩控制磁場(chǎng)定向所用的定子磁鏈，只要知道定子電阻就可以把它觀測(cè)出來。因此它的控制效果不僅取決于電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型是否能夠簡(jiǎn)化，而是取決于轉(zhuǎn)矩的實(shí)際狀況。 根據(jù)前面講的電壓矢量控制方法，控制定子矢量磁鏈軌跡實(shí)際上就是控制主回路開關(guān)的 6 個(gè)非零電壓矢量狀態(tài)和 2 個(gè)零矢量狀態(tài)的作用時(shí)間長(zhǎng)短和作用時(shí)刻。沖量即指脈沖的面積，這里所說的效果基本相同是指該環(huán)節(jié)的輸出相應(yīng)波形相同。但這種計(jì)算很繁瑣。從諧波分析可知，用一系列脈沖波代替方波后，其基波和高次諧波的幅值比例發(fā)生變化。由于這種 PWM型變頻器輸出交流電壓的大小和頻率直接由逆變器決定，所以調(diào)節(jié)速度快，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能好，若逆變器中的開關(guān)采用高速電子元件進(jìn)行高頻脈沖調(diào)制，并在由中大規(guī)模集成件組成的高性能控制電路的配合下，可以極大地提高變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，縮小裝置的體積，提高效率，降低成本。 (7) 系統(tǒng)的先進(jìn)性在設(shè)計(jì) PLC 組成的控制系統(tǒng)時(shí)，要考慮到控制方案的先進(jìn)性。 速度鏈控制 我們依據(jù)紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的工藝特點(diǎn)，速度鏈的設(shè)計(jì)采用了調(diào)節(jié)變比的控制方法實(shí)現(xiàn)速度鏈功能。如圖 41 所示。 單獨(dú)設(shè)置緊急停車，按照需要安裝在紙機(jī)上，當(dāng)紙機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)意外事故，威脅到設(shè)備安全及人身安全時(shí)才可使用。 (5) 控制功能根據(jù)工藝要求和設(shè)備狀況就可提出控制系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的控制功能，只有掌握了要實(shí)現(xiàn)的控制功能，才能據(jù)此設(shè)計(jì)系統(tǒng)的類型、規(guī)模、機(jī)型、模塊、軟件等內(nèi)容。這是目前采用較普遍的一種變頻系統(tǒng)。三角載波的幅值為恒定，因而改變正弦調(diào)制波的幅值就改變了矩形脈沖的面積，由此實(shí)現(xiàn)輸出電壓幅值的改變。 PWM 控制利用了采樣控制理論中的結(jié)論，可以用一系列等幅而不等寬的脈沖來近似正弦波，且脈沖的寬度按正弦規(guī)律變化，這種方法稱為 SPWM(Sinusoidal PWM)。所以在變頻的同時(shí)必須變壓才能保證電機(jī)的正常運(yùn)行。 直接轉(zhuǎn)矩控制的實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 直接轉(zhuǎn)矩控制實(shí)際上控制的是定子磁鏈的幅值和瞬時(shí)速 度，而電壓矢量控制方式的結(jié)果也是控制定子磁鏈。因此它非極力獲得理想的正弦波波形，也不是專門強(qiáng)調(diào)磁鏈的原型軌跡，相反，從控制轉(zhuǎn)矩的角度出發(fā)，它強(qiáng)陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 16 調(diào)的是轉(zhuǎn)矩的直接控制效果，因而它采用離散的電壓狀態(tài)和六邊形磁鏈軌跡或近似圓形磁鏈軌跡的概念。它省掉了矢量旋轉(zhuǎn)交換等復(fù)雜的變換與計(jì)算。如果考慮加上反饋和電機(jī)及負(fù)載的特性在內(nèi)，調(diào)速范圍的概念也還要和系統(tǒng)所要求的穩(wěn)速指標(biāo)相聯(lián)系。實(shí)際上決定轉(zhuǎn)矩的主要因素是基于 S7200PLC 文化紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 15 電機(jī)，他的效率，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等。由于恢復(fù)正常生產(chǎn)秩序需要較長(zhǎng)時(shí)間，因而每次故障停機(jī)都將使工廠蒙受較大經(jīng)濟(jì)損失。 交流傳動(dòng)的給定頻率是一個(gè)和電壓成比例的數(shù)字量，在電壓變化不大的范圍內(nèi)，可以認(rèn)為速度和電壓無關(guān)，而僅取決于給定數(shù)字量的頻率值。 U 端子相電壓 Um a b O fm f頻率 圖 32 基頻以下調(diào)速恒壓頻比控制特性 b）基頻以上調(diào)速：在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率可以從 fm往上增加，但電壓 U 與頻率成反比的降低，相當(dāng)于直流電機(jī)弱磁升速的情況。只要控制好 E 和 f 便可以控制磁通Φ m不變。因此可以通過改變?cè)撾娫吹念l率來實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的 調(diào)速。 圖 31 變頻傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 變頻調(diào)速系統(tǒng)通過預(yù)先設(shè)定給定值控制控制器，控制器控制變頻部分，即控制整流電路、逆變電路的可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而使電動(dòng)機(jī)的輸入電源頻率與電壓得到陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 12 控制。有一部分紙機(jī)雖然設(shè)計(jì)成了閉環(huán)系統(tǒng)，但是由于各種原因，最終大部分仍以開環(huán)運(yùn)行。 3%； 過載容量 (最高環(huán)境溫度 40o 時(shí) )：正常使用 x I2N，每 10分鐘過載 1分鐘重負(fù)荷使用 x I2hd，每 10分鐘過載 1分鐘，保持 x I2hd，每 60秒過載 2秒。堵轉(zhuǎn)功能 變頻器在電機(jī)發(fā)生