【文章內(nèi)容簡介】 都是以直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速的，直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速范圍較廣，過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，但其成本較高、維護(hù)困難， 不適用于環(huán) 境較惡劣的場合。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，交流電動(dòng)機(jī)比直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用要廣泛的多，且在交流電動(dòng)機(jī)不能滿足生產(chǎn)要求時(shí)才會(huì)選擇直流電動(dòng)機(jī)。 一般來說，交流電機(jī)要比直流電機(jī)方便的多 ，價(jià)格還便宜，維護(hù)工作量更小， 隨其交流電動(dòng)機(jī)的起制動(dòng)和調(diào)速性能比不上直流電動(dòng)機(jī)，但是可以選擇 變頻器通過伺服驅(qū)動(dòng)器控制交流電動(dòng)機(jī)，這就能使交流電動(dòng)機(jī)的起制動(dòng)和調(diào)速性能等能滿足生產(chǎn)要求。 造紙機(jī)工 作時(shí)的傳動(dòng)方式是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載型的，這就要求電機(jī)也必須是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，而交流電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速性能不能滿足造紙機(jī)的生產(chǎn)要求，但是通過變頻器控制的交流電機(jī)，其 機(jī)械特性和調(diào)速性能都能滿足造紙機(jī)的生產(chǎn)要求。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用的方式是通過11 變頻器對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速的，所以一般的交流電動(dòng)機(jī)就能滿足需求，本設(shè)計(jì)選用的 電動(dòng)機(jī) 是異步電動(dòng)機(jī)。其所選電機(jī)型號(hào)及性能如表 所示。 表 所選 電動(dòng)機(jī) 的 性能及應(yīng)用范圍 型號(hào) 名稱 容 量 范 圍/KW 轉(zhuǎn)速范圍 /（ r/min） 電壓/V 結(jié)構(gòu)型及性能 應(yīng)用范圍 Y 系列（ IP23） 低壓三相異步電動(dòng)機(jī) 55~355 580~2950 380 采用徑向和軸向通風(fēng)，B 級(jí)絕緣。 工作制： S1 一般用途，可用于變頻調(diào)速 電機(jī)的同步問題分析 在高速造紙機(jī)中，影響系統(tǒng)的各種性能的因素是電機(jī)的同步，而且所用電機(jī)的臺(tái)數(shù)越多，其同步問題越復(fù)雜。電機(jī)是否同步不僅能影響系統(tǒng)的控制精度，還能影響其可靠性。多電機(jī)同步傳動(dòng)一般有四種控制方式：第一， 主從級(jí)聯(lián)控制 ；第二，虛擬主軸控制；第三，交叉耦合控制；第四， 主令參考控制 。 在第 四 種控制方式中，系統(tǒng)由同一個(gè)輸入信號(hào)作用于各單元，每個(gè)軸的速度和其他軸的速度都有協(xié)調(diào)關(guān)系，且該關(guān)系是由系統(tǒng)的同步 關(guān)系 決定的。這種控制方式的線路比較簡單，且比較容易實(shí)現(xiàn)，跟隨性能和同步性能都很好。而第二種和第三種控制方式不能滿足造紙機(jī)對(duì)電氣 傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，第四種控制方式在工作時(shí)存在累計(jì)誤差，所以本設(shè)計(jì)采用的是主令參考控制，如圖 所示。 W r *++W r *K 1K 2控 制 器控 制 器M o t o r 1M o t o r 2W 1W 2 圖 主令參考控制結(jié)構(gòu)圖 在造紙機(jī)的電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)中，其傳動(dòng)點(diǎn)較多， 容易 發(fā)生擾動(dòng)， 擾動(dòng) 會(huì)影響傳動(dòng)的速度，進(jìn)而引起振蕩。而本設(shè)計(jì)所選的控制方式中，就算發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，其同步性能也很好，影響較小。 12 電路設(shè)計(jì) 主電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的主電路如圖 所示 。 L 1L 2L 3NQ F 0L 1 1Q F 1 Q F 2Q F 3K M 1 K M 2K M 3K M 4F R 1 F R 2K M 0M 1M 2R S TU V W6 S E 7 0 1 6 1 E A 6 1R S TU V WM 3 ~M 3 ~ 圖 主電路圖 QF0 是整個(gè)電路的總開關(guān)， QF1 是控制異步電機(jī) M1 的開關(guān)， QF2 是 M2 的開關(guān) ，QF3 是控制變頻器的開關(guān) ， KM KM2 是變頻器控制變頻運(yùn)行時(shí)的接觸器， KM KM4是工頻運(yùn)行的接觸器。 整個(gè)系統(tǒng)的主控制器還是 PCC， 當(dāng) QF0 和 QF3 閉合后， KM0 得電閉合，兩個(gè)變頻器開始工作 ； 當(dāng)變頻器的頻率達(dá)到工作的要求時(shí) ， KM KM4 得電閉合，電機(jī) M M2 開始工作。 假如要改變變頻器的電機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，可閉合 QF1 和 QF2，接著 KM KM2 得電閉合，就可通過改變變頻器的頻率來改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 當(dāng)電路 工作過程中 發(fā)生 電路過載、短路和失壓時(shí)，斷路器 QF0、 QF QF QF3 能自動(dòng)分?jǐn)?電路，保護(hù)電路不被損壞。熱繼電器 FR FR2 具有過載保護(hù)的功能，當(dāng)電機(jī)過載時(shí)，可保護(hù)電機(jī)不被燒毀。接觸器 KM0、 KM KM KM KM4 具有欠壓失壓保護(hù)的功能。 13 控制電路 系統(tǒng)控制電路 系統(tǒng)控制電路如圖 所示。 K M 3 ~ K M 4控 制 柜S B故 障 報(bào) 警信 號(hào)K M 1 ~ K M 2張 力 傳 感 器M 1 ~ M 2K M 0控 制 操 作張 力 信 號(hào)紙 張 張 力變 頻 器6 S E 7 0L 1 L 2 L 3U V W變 頻 器 故 障 信 號(hào) （ K A 1 ， I 0 0 ） ， 變 頻 器 頻 率 降 低 至 最 低 信 號(hào) （ K A 2 ， I 0 1 ） ,變 頻 器 頻 率 = 5 0 H Z ( K A 3 , I 0 2 )F 1 2變 頻 器 啟 停 信 號(hào)控 制n( K A 1 ~ K A 3 )I 0 0 ~ I 0 3A I W 2A I W 0I 0 3I 0 4 ~ I 2 3Q 0 0Q 1 0Q 0 2 、 Q 0 4Q 0 6 、 Q 0 8Q 0 1 、 Q 0 3Q 0 5 、 Q 0 7Q 0 9主 控 制 器P C CH L 1n 圖 系統(tǒng)控制電路 整個(gè)系統(tǒng)以 PCC 為核心控制器， 系統(tǒng)的工作過程可通過控制柜 SB 來進(jìn)行控制操作，通過接受變頻器的啟停信號(hào)，再根據(jù)控 制要求，控制變頻器的啟停信號(hào)，進(jìn)而控制整個(gè)分部的工作狀態(tài)。 PCC 通過接受變頻器工作頻率信號(hào)，根據(jù)系統(tǒng)工作所需頻率，控制變頻器改變工作頻率，可控制電機(jī)的工作狀態(tài)，進(jìn)而控制分部的運(yùn)行狀態(tài)。 如 張力傳感器通過檢測紙張的張力后，可直接反饋給 PCC， PCC 通過改變變頻器頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而改變紙張張力的大小 。 系統(tǒng)具有電氣相應(yīng)的保護(hù)及警示裝置。 具有斷電、缺相、斷相和相序保護(hù)功能，在主電源發(fā)生缺相，設(shè)備發(fā)生斷相、反相時(shí)，保護(hù)器動(dòng)作切斷設(shè)備主電源；有報(bào)警、運(yùn)行、電源、故障指示燈，對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)及異常情況報(bào)警 。設(shè)有警告系 統(tǒng)， 設(shè)備運(yùn)行時(shí)，警示燈閃爍，提醒人們注意安全 。 變頻器控制電路 變頻器控制電路如圖 所示。 14 L 1 L 2 L 352 8接 受 變 頻 啟 停 信 號(hào) S A ( Q 1 0 )接 受 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 信 號(hào) n變 頻 器 實(shí) 際 運(yùn) 行 頻 率 U f ( 送 到 P C C 的 模 擬 量 模 塊 A I W Z )1 21 31 92 02 12 22 42 5U V W變 頻 器 故 障 信 號(hào) （ 送 到 I 0 0 ） K A 1變 頻 器 頻 率 降 至 最 低 信 （ 送 到 I 0 1 ） K A 2變 頻 器 頻 率 等 于 5 0 H Z（ 送 到 I 0 2 ） K A 3D I N 1O VA I N 1 +A I N 1 A O U T 1A O U T 2R L 1 BR L 1 CR L 2 BR L 2 CR L 3 BR L 3 C34 圖 變頻器控制電路 變頻器主要是通過接受電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，將信號(hào)傳達(dá)給主控制器 PCC，檢查該信號(hào)是否符合正常工作的范圍，然后 PCC 再將下一步的工作信號(hào)送到變頻器，變頻器通過改變頻率控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制壓光部的工作過程。 造紙機(jī)電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)又稱為電力拖動(dòng)系統(tǒng)， 該傳動(dòng)系統(tǒng) 是以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī) ，進(jìn)行工作 的機(jī)械系統(tǒng)的統(tǒng) 稱。 本設(shè)計(jì)對(duì)造紙機(jī)進(jìn)行電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制要點(diǎn)是 壓光部的 張力控制 。 張力控制 設(shè)計(jì) 紙張的張力的表現(xiàn)主要為紙張的彈性。在紙的抄造過程中，紙張 牽引力的大小影響著紙張縱向張力和橫向張力的大小，紙張的張力 隨著其牽引力的改變而改變，其改變的規(guī)律如圖 及 所示。 15 張 力斷 紙牽 引 力T 1T 0 圖 紙張的牽引力與 橫向 張力的關(guān)系 由圖 和 可知，當(dāng)紙張的橫向張力和縱向張力 維持在 T0 和 T1 中間之間時(shí)，造紙機(jī)對(duì)紙的抄造處于最優(yōu)良的工作狀態(tài)，當(dāng)然對(duì)紙張的張力 可以通過改變牽引力來控制。若紙張的牽引力太大的話，會(huì)使紙張的縱向張力和橫向張力超出最優(yōu)良工作 的最大值 T1，引起斷紙 ，從而影響紙的生產(chǎn)；若紙張的牽引力太小的話，會(huì)使紙張的縱向張力和橫向張力達(dá)不到最優(yōu)良工作的最小值 T0， 造成的結(jié)果是紙張會(huì)飄動(dòng)，引起褶皺，也會(huì)影響紙的生產(chǎn)。 總的來說，在紙的生產(chǎn)過程中，通過改變牽引力來控制紙張的縱向張力和橫向張力，使之處于最優(yōu)良的范圍， 不僅 能大大的提高紙張的生產(chǎn)效率 ，還能提高紙的質(zhì)量 。 張 力牽 引 力T 1T 0 圖 紙張的牽引力與縱向張力的關(guān) 系 紙張的張力是指 拉伸 紙張 時(shí)，紙 上兩點(diǎn)之間所受到的拉伸力或彈性力。假設(shè)紙張 1和 2 兩點(diǎn)間 ,自然 狀態(tài)的 紙張長度為 L1，當(dāng)通過改變牽引力控制張力拉伸紙張以后，紙 ,2 兩點(diǎn)間的長度為 L2， ?L 為紙張拉伸前后的差值，紙張拉伸前的長度如下式所示： (32) 根據(jù)紙張的張力定義有 ： （ 33） 16 其中， K 是和材料有關(guān)的系數(shù)。 當(dāng) 2 兩點(diǎn)同時(shí)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，不考慮其他因素的作用，則需要通過牽引力維持張力穩(wěn)定，張力幾乎沒有變化，即 保持紙張的拉伸力不變就行。假設(shè) 1 點(diǎn)的線速度為 V1,2點(diǎn)的線速度為 V2，經(jīng)過單位時(shí)間 t 后，紙張中經(jīng)過 1 點(diǎn)的長度為 ?L1=V1t，再通過改變牽引力控制其拉伸后，紙張中經(jīng)過 2 點(diǎn)的長度為 ?L2=V2t。 若 ?L1=?L2，則表示紙張沒有被拉伸，即紙張上的張力 F12=0。 若 ?L2?L1，則表示紙張被拉伸了，其拉伸長度為?L=?L2?L1，它的相對(duì)拉伸率為 ?L12/?L1，兩點(diǎn)間的張力為： （ 34） 由上式可知，在紙的制做過程中，紙張上 2 兩點(diǎn)的張力與它們的速度大小 無關(guān)，只與它們的速比有關(guān)，且它們的關(guān)系與張力是正比關(guān)系。 當(dāng) 1 點(diǎn)的線速度和 2 點(diǎn)的線速度相等時(shí)，紙張的張力為 0；當(dāng) 2 點(diǎn)的線速度大于 1 點(diǎn)的線速度時(shí)，紙張的張力大于 0，這時(shí)候就應(yīng)該控制張力處于最優(yōu)的工作范圍內(nèi)，以免產(chǎn)生斷紙現(xiàn)象；當(dāng) 1 點(diǎn)的線速度大于 2點(diǎn)的線速度時(shí)，紙張的張力小于 0，會(huì)發(fā)生紙張堆積或者褶皺，這時(shí)間久需要調(diào)節(jié)張力大小，避免產(chǎn)生這種現(xiàn)象，影響紙張的質(zhì)量。 一般來說，張力控制可分為間接張力控制和直接張力控制。 前一種控制方式不需要其它測量裝置進(jìn)行張力的測量，如張力傳感器，且其控制系統(tǒng)中不用相關(guān)的調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，該控制方式較簡單，但是精度較低，不能反饋調(diào)節(jié)，不適用于造紙機(jī)這類對(duì)張力控制要求較高的系統(tǒng)。而直接張力這種控制方式，需要其它的測量裝置進(jìn)行測量， 其控制系統(tǒng)還需要相關(guān)調(diào)節(jié)器進(jìn)行調(diào)節(jié)，如張力調(diào)節(jié)器，該控制方式測量精度較高，能實(shí)現(xiàn)反饋調(diào)節(jié)，適用于造紙機(jī)。本設(shè)計(jì)采用的是直接張力控制 和速度控制相結(jié)合的 控制方式 ， 把張力傳感器安裝在壓光部的前導(dǎo)輥上，對(duì)紙張的張力進(jìn)行測量，然后再送到 PCC 主控制器調(diào)節(jié)張力，從而控制其大小。 當(dāng)紙張還沒到壓光部的前導(dǎo)輥時(shí)，只有速度鏈控制在調(diào)節(jié)壓光部，其它設(shè)備不對(duì)其作用，如張力傳感器。當(dāng)紙張到壓光 部的前導(dǎo)輥之后，可調(diào)節(jié)壓光部的速度，使紙張的張力達(dá)到設(shè)定值，再進(jìn)行張力控制，直接張力控制的原理如圖 所示。 17 編 碼 器M變 頻 器速 度 鏈 計(jì) 算P C C 內(nèi) 部 計(jì) 算速 差張 力 給 定 值張 力 反 饋 值張 力 調(diào) 節(jié) 器速 度 給 定速 度 反 饋 圖 直接張力控制原理框圖 I/O 分配表 表 I/O 分配表 變量名 功能 端口 I00 變頻器故障信號(hào) 輸入 I01 變頻器最低頻率信號(hào)（送 PCC） I02 變頻器正常工作信號(hào) I03 張力過大信號(hào) I04 手動(dòng)運(yùn)行按鈕 I05 自動(dòng)運(yùn)行按鈕 I06 選擇 M1 開關(guān) I07 選擇 M2 開關(guān) I08 啟動(dòng)按鈕 I09 停止按鈕 I10 手動(dòng)時(shí) M1 變頻啟動(dòng)按鈕 I11 手動(dòng)時(shí) M1 停機(jī)按鈕 I12 手動(dòng)時(shí) M2 變頻啟動(dòng)按鈕 I13 手動(dòng)時(shí) M2 停機(jī)按鈕 I14 手動(dòng)時(shí) M1 變頻向工頻切換按鈕 I15 手動(dòng)時(shí) M2 變頻向工頻切換按鈕 I16 故障復(fù)位按鈕 Q00 變頻接前觸器 KM0 18 Q01 M1 變頻接觸器 KM1 輸出 Q02 M1 工頻接觸器 KM3 Q03 M2 變頻接觸器 KM2 Q04 M2 工頻接觸器 KM4 Q05 故障報(bào)警燈 HL Q06 變頻 器啟停 AIW0 紙張張力信號(hào) 模擬 AIW2 來自變頻器的頻率 各模塊的接線圖如附錄所示。 元件清單表 由前面的硬件設(shè)計(jì)可得出相應(yīng)的元