【文章內(nèi)容簡介】 本原理都是利用紙漿的重力或施加 的壓力， 通過堰般控制流量，將流漿均一勻速地流送到網(wǎng)部 。 漿板白水白水 濕損紙濕損紙干損紙干損紙干損紙紙機干部系統(tǒng)漿料準備系統(tǒng)紙機濕補系統(tǒng)排放回用填料白水回收系統(tǒng)損紙回收系統(tǒng)成品分切卷取壓光干燥壓榨部付輥網(wǎng)部流送系統(tǒng)混漿磨漿漿料初步進化碎漿 圖 21造紙工藝流程圖 1 7 網(wǎng)部 :該部是紙頁成形部位，其原理是通過逐步增大的真空脫水作用，使流漿在網(wǎng)部成形。根據(jù)紙張不同，成形網(wǎng)可分為單網(wǎng)、雙網(wǎng)、三網(wǎng)，其中單網(wǎng)是常用的成形部，根據(jù)其形狀可分為長網(wǎng)和圓網(wǎng)，不同類型的紙機其網(wǎng)部具有不同的傳動控制，其中單網(wǎng)網(wǎng)部的傳動控制依據(jù)其傳動點只要有～組負荷分配即可，多網(wǎng)網(wǎng)部需要具備單 網(wǎng)所有的負荷分配的控制，同時對各網(wǎng)之間的速差的比值也有一定的要求，所以多網(wǎng)對控制策略的要求更高。 后壓榨 卷紙機壓光機后干燥前干燥壓榨網(wǎng)部 圖 22紙機工藝的流程圖 2 壓榨部 :紙機的壓榨部的主要是對紙張進行固結(jié)成形以及脫水，提高紙張的疏密強度與表面的光滑度，可看作是從網(wǎng)部開始脫水過程的延伸，其主要流程是紙幅從成形部傳遞，并在毛毯上受壓脫水，使紙幅固結(jié)。 (3)紙機干部 干燥部 :該部通過熱蒸發(fā)脫去殘余的水分，濕紙幅經(jīng)過一系列旋轉(zhuǎn)的蒸汽烘缸，水分被蒸發(fā)掉并通過排風(fēng)被帶走， 是提高高速紙機性能的重要環(huán)節(jié)。 涂布部 :紙機的涂布部是干部的重要組成部分也稱作施膠部，其主要作用是在原紙的表面涂上一定量配比的涂料，以提高紙張的外觀或使用特性?；谌藗儗垯C運行車速日益提高的要求，涂布機也得到了較快的發(fā)展，對電氣傳動控制系統(tǒng)的要求也逐步增高，所以簡單的速度鏈結(jié)構(gòu)的控制和對負荷分配的控制均已無法很好地滿足涂布生產(chǎn)運行過程的需要，據(jù)此本文可采用基于現(xiàn)場總線的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來解決這個問題 [11] [43]。 壓光部 :該部主要是用輥子進行碾壓，目的是為了獲得光滑的印刷表面。本文所述的紙機是帶有 1個傳動點 的四輥壓光機，通過這僅有的傳動點與紙機整個傳動部分上速度鏈相連接來實現(xiàn)其運行；在正常工作運行時該部退紙輥的電動機處于發(fā)電狀態(tài)，其它兩點則相應(yīng)的置于電動狀態(tài)，因此采用基于現(xiàn)場總線的 PLC控制對其張力進行控制的方法解決紙張耦合作用的問題 [11]。 卷紙部 :該部將成品的紙張卷成規(guī)定的紙卷，近幾年所投產(chǎn)的具備輥庫設(shè)備的卷紙 8 機不但具有自動換輥的功能，而且還具有對紙機的張力控制及其所產(chǎn)紙張的長度顯示的功能，尤其還可以通過其輔助的控制部分多方式的控制去實現(xiàn)紙機的單動、聯(lián)動等控制，在卷紙機生產(chǎn)運行時其轉(zhuǎn)速的計算公式如下 [11]： 22 16 0 6 022vvn r vtr? ?? ?????? （ 21） 式中： n 一 卷紙機的轉(zhuǎn)速 (r／ min)； v 一 紙張幅度的運行速度 (m／ min)； ? 一 紙張的厚度 (m)； 1r 、 2r 一卷紙輥的始、末半徑 (m)。 由此可知，在卷紙機正常生產(chǎn)運行時要保持其與前后分部所設(shè)計的速度比值的關(guān)系，則要求卷紙機滾筒的速度實時的隨著所卷曲紙張的厚度的增大而不斷降低，僅僅依靠對整體速度鏈的控制不能保證紙幅卷曲的相對平穩(wěn)，所以需要在卷紙機及其紙機的其他分部去實施相應(yīng)的張力控制以確保紙頁的良好卷曲。據(jù)此，紙機的整個傳動控制系統(tǒng)要采用基于現(xiàn)場總線的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，就可以進一步的達到紙機整體電氣傳動控制系統(tǒng)的要求，更好地確保了紙機生產(chǎn)運行時的穩(wěn)定性與動態(tài)性能 [43]。 紙機生產(chǎn)能力的計算 紙機的生產(chǎn)能力 是人們判斷及選購紙機的最關(guān)鍵參考因素，也是工程技術(shù)人員對其設(shè)計相關(guān)控制系統(tǒng)所需要參考慮的最重要的技術(shù)數(shù)據(jù)，其生產(chǎn)能力的計算公式如下 [1]： 1 2 1000VBqk k kQ ? （ 22） 式中： Q 一造紙機運行生產(chǎn)的能力 (t/d)； V 一造紙機的車速 (m／ min)； B 一紙的抄寬 (m)； q 一紙的定量 (g/m2)； 1k 一抄造率，即紙機正常產(chǎn)紙運行時的比率，一般為 ； 2k 一成品率，即所生產(chǎn)合格品的比率，對一般紙張要求達到 93％ 98％ ,對薄葉紙張 9 要求達到 88％ 90％ ； 3k 一 平均日作業(yè)時間， 即 除換網(wǎng)、換毛毯及小修等，平均每 晝夜運轉(zhuǎn)的小時數(shù)，一般取值為 ； 通常講的一臺紙機生產(chǎn)規(guī)模是指該紙機的年生產(chǎn)能力，計算時以日生產(chǎn)能力乘以330～ 345即得，這是指每年扣除 1530d的大中修時間。 紙機功率的計算 紙機的功率消耗主要是指在實際生產(chǎn)運行中所有傳動裝置的輸入功率在單位時間內(nèi)用于克服軸承間輥筒之間的滾動摩擦以及刮刀對輥面和烘缸表面的摩擦等所耗的功率。單位指標法是一種估算紙機功率消耗的方法，它能夠?qū)垯C在實際生產(chǎn)運行中消耗的功率進行較準確的測定，然后再以 lm的紙機幅度寬和車速為 lm／ min時來計算所需用的功 率，計算公式如下 [41]： P Kbv? （ 23） 式中： K 一 單位功率耗用指標， kW／ [m (m／ min)]； b 一 紙機的幅門寬度 (m)： v 一 紙機的車速 (m／ min)： 紙機各分部的平均單位功率耗用指標 K可參考表 21。 表 21在紙機上耗用功率的平均單位指標 紙機的分布 耗用的單位指標 （ kW／ [m (m／ min)]） 備注 長網(wǎng)部 普通壓榨輥 真空壓榨輥 光澤壓榨輥 烘干部 壓光部 輥數(shù) 8時 滾筒式卷紙機 新聞紙或印刷紙等 牛皮紙 10 一般而言，干燥部的功率消耗占造紙機全部功率的 25％ 40％，而伏輥和壓光機則各占 12％ 17％。當紙機空運轉(zhuǎn)時，其功率大致為生產(chǎn)紙張時的 70％ 75％，出紙時，伏輥和壓光機的負荷有顯著的增加。 紙機的技術(shù)參數(shù) 本章首先介紹接制動器試驗臺制動原理，分析了實車制動的受力狀態(tài)，以及試驗臺的組成，并對其采用技術(shù)進行了簡單的介紹，著重介紹了電流驅(qū)動技術(shù)，為后面章節(jié)建立電動機驅(qū)動力電流可觀測的數(shù)學(xué)模型的試驗、仿真以及控制方法改進奠定了基礎(chǔ)。紙機因其所生產(chǎn)的紙類不同而其機械結(jié)構(gòu)形式、工作車速、紙幅寬度等技術(shù)參數(shù)也就不同，所以各自所對應(yīng)的控制系統(tǒng)的具體要求也就不一樣，本文結(jié)合 2020至 201 1年度陜西西微測控工程有限公司 (原陜西科技大學(xué)微機測控研究所 )與陜西西安某紙廠所合作的4400／ 600紙機電氣傳動控制系統(tǒng)的設(shè)計項目，其現(xiàn)場實物如圖 23所示，并以該項目的紙機為例可得出如下主要基本參數(shù)： 生產(chǎn)品種：高強瓦楞紙； 紙張定量： 100． 1509／ m2； 凈紙寬度： 4400 mm； 工作車速： 450600 m／ min； 傳動車速： 600 m／ min； 傳動形式：變頻傳動。 圖 23 4400／ 600紙機現(xiàn)場實物圖 11 紙機的種類不同，其所需要配置的傳動參數(shù)也就不同，這里結(jié)合紙機的具體工藝流程及實際生產(chǎn)情況，上文所述項目中的 4400／ 600紙機所需要控制的 主要傳動點其基本配置參數(shù)如表 22所示 [41]: 表 22 4400／ 600紙機的基本主傳動配置參數(shù) 序號 傳動點部位 所配電機功率 /Kw 傳動點數(shù)量 備注 1 面網(wǎng)付輥 132 1 符合分配 從 2 面網(wǎng) 復(fù)合輥 75 1 符合分配 主 3 芯網(wǎng) 驅(qū)動輥 160 1 符合分配 主 4 芯網(wǎng)復(fù)合輥 110 1 符合分配 從 5 底網(wǎng)助動輥 45 1 負荷分配 主 6 真空付輥 315 1 負荷 分配 從 7 底網(wǎng)驅(qū)動輥 355 1 負荷 分配 主 8 真空吸移輥 55 2 負荷 分配 從 9 大 壓榨輥 132 4 負荷 分配 主 10 第 1組烘缸 160 1 分部傳動 11 第 3組烘缸 360 2 分部傳動 12 第 4組烘缸 160 1 分部傳動 13 施膠機 45 2 分部傳動點張控制 14 主壓上輥 200 1 負荷分配 主 15 主壓下輥 200 1 負荷分配 從 16 水平圓筒卷紙機 75 1 分部傳動點張控制 17 引紙輥助動 4 6 分部傳動點張控制 18 卷紙輥助動 1 分部傳動點張控制 19 引紙繩傳動 22 2 分部傳動點張控制 紙機對控制 系統(tǒng)的要求 在如今倡導(dǎo)追求綠色節(jié)能可持續(xù)發(fā)展的社會大背景下，人們對紙機性價比的要求及 12 其智能化生產(chǎn)的要求也越來越高，現(xiàn)如今所設(shè)計的紙機的電氣傳動控制系統(tǒng)與以往相比有較大區(qū)別，大多數(shù)都在研究設(shè)計并采用具有全數(shù)字信號通訊控制的現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)，整個紙機生產(chǎn)線的控制通過上位機或現(xiàn)場的操作面板就可以集中或部分的去控制各個生產(chǎn)流程，逐步實現(xiàn)了無人現(xiàn)場操作化的現(xiàn)代工廠，推動了造紙工業(yè)自動化技術(shù)水平的發(fā)展邁向了新的階段。 現(xiàn)根據(jù)紙機的工藝流程及其項目所對應(yīng)的工作車速和幅寬，并結(jié)合紙廠的具體情況，紙機的傳動系統(tǒng)是一 個較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)，其傳動點多，幾個傳動點帶動一個負荷運動等，在保證紙機正常運行的情況下如何提高紙機的動、靜穩(wěn)態(tài)精度、高速化與智能化的水準，得出如下紙機對控制系統(tǒng)的主要具體要求為： (1)紙機傳動控制系統(tǒng)最重要的一個技術(shù)指標就是維持車速的穩(wěn)定，紙機工藝的改變、機械傳動條件的變化、電源電壓的波動及網(wǎng)和毛氈的清潔度等都會帶來車速的不穩(wěn)定，最終造成紙張定量的波動及斷頭，給企業(yè)帶了不必要的損失，所以對其速度控制的靜態(tài)精度≤額定轉(zhuǎn)速的 ％、動態(tài)精度≤ ％，兩個相鄰分部之間的速比控制精度≤ ％ ，在有干擾時的短時間內(nèi)其速度偏差≤ ％，在加速和制動的過程中其定速期間的短時間內(nèi)的張力的控制精度≤ 2％，從定速轉(zhuǎn)換到加速或制動狀態(tài)時的張力的控制精度≤ 5％，只有滿足以上要求，才能在動、靜態(tài)的調(diào)整中使紙機得到快速的響應(yīng)，確保紙機正常高效的生產(chǎn) [16]。通常，把按照正常生產(chǎn)運行條件下調(diào)整好的各分部車速對紙機干部的卷紙機或烘干部的車速的比值即是所謂的速比 [43]。假設(shè)烘干部的車速為100％，且烘干部各組的車速相同，列出了表 23中幾種紙機各分部速比的數(shù)據(jù) [41]。 表 23紙機各分部的速比 分部名稱 紙機的 速比（單位： %） 付輥 第一壓榨部 第二壓榨部 第三壓榨部 烘干部 壓光部 卷紙機 一般工業(yè)用紙（如羊皮紙） 8991 9495 9798 100 書寫紙和印刷紙等 9697 100 13 (2)為了適應(yīng)紙機生產(chǎn)不同品種、不同定量的紙張，要求紙機有較寬的調(diào)速范圍，一般情況下設(shè)定調(diào)速的范圍為：專用造紙機 (如新聞紙 )的調(diào)速范圍是 l： ()、生產(chǎn)印刷紙和書寫紙的紙機的調(diào)速范圍是 l： 生產(chǎn)工業(yè)用紙及高級紙的紙機的調(diào)速范圍是1:(810)，則就可以較好的滿足紙機生產(chǎn)不同品種、不同定量的紙張的要求。 (3)紙機傳動的各個分部之間要能夠形成一個良好的動態(tài)性能的速度鏈結(jié)構(gòu)，各分部應(yīng)具備停止、爬行、運行、微升、微降、點動、正向點動 (烘缸 )、反向點動 (烘缸 )、點張、投張／失張、張力給定等功能，且相關(guān)聯(lián)的各傳動分部之間應(yīng)具有單動、聯(lián)動的功能。在紙機正常生產(chǎn)一段時間后，需要對其進行整機檢查及清洗毛氈的情況，所以需要對其各分部的爬行速度設(shè)置為 可調(diào)的范圍為 1525m/min[10]。 (4)現(xiàn)代紙機的運行負載基本上是一個恒轉(zhuǎn)矩負載，要求其負荷均衡，所以須要選用具有恒定轉(zhuǎn)矩特性的變頻器且具備較高的頻率分辨率和良好的通訊性能。 (5)據(jù)日本工業(yè)界權(quán)威人士認為，產(chǎn)品的可靠性是未來世界市場競爭的焦點，如果可靠性能夠提高 1％，那么即使成本提高 10％也是劃算的。假設(shè)一臺 4400/600高強瓦楞紙機日生產(chǎn)能力為 220t/D，如停機 一小 時則就會造成損失 3． 5萬元人民幣，所以為了不斷提高紙機的安全可靠性，避免其因各種故障停機而造成的損失，現(xiàn)代紙機需要具備對速度、 電流、負荷、速差、狀態(tài)、微調(diào)、負荷分配關(guān)系、故障提示等現(xiàn)場的各種信號的監(jiān)視功能。 本章小結(jié) 本章首先從紙機的干、濕兩大部分重點介紹并分析了其生產(chǎn)的工藝流程，給出了紙機的生產(chǎn)能力、功率的計算公式與方法，并結(jié)合實際中的具體項目得出了紙機的基本技術(shù)參數(shù)及其主傳動部分參數(shù)，最后綜合紙機的工藝、技術(shù)條件、發(fā)展的趨勢方向等總結(jié)出紙機對電氣傳動控制系統(tǒng)的要求，為后文的研究設(shè)計及應(yīng)用指明了方向。 14 3 現(xiàn)場總線技術(shù)的分析及應(yīng)用研究 現(xiàn)場總線技術(shù)的概述 PROFIBUS是由 Siemens等公司組織 研發(fā)的一款性能優(yōu)越且具備較大開放性的現(xiàn)場總線，它符合歐洲和國際的通信技術(shù)標準，并于 2020年成為我國的機械行業(yè)標準(JB/)?，F(xiàn)場總線的通信結(jié)構(gòu)簡