造紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上摘 要紙對(duì)于人們而言是必不可少的一種生活用品，在工作、學(xué)習(xí)當(dāng)中都經(jīng)常會(huì)用到。并且在人類歷史的流傳以及文化的交流也起著極其重要的作用，在材料中屬于最基本的層次。在我國歷史長(zhǎng)河中，造紙出現(xiàn)的極早，我國在這個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中技術(shù)也屬于走在世界前沿的，而這個(gè)行業(yè)對(duì)于我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有著極為重要的作用。目前，我國這個(gè)行業(yè)的特色是：行業(yè)內(nèi)企業(yè)數(shù)量較多，但從規(guī)模而言都并不大，并且紙張的品種遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上人們的需求，技術(shù)層次上并沒有突破，大多數(shù)工作都要依靠人力進(jìn)行，對(duì)環(huán)境造成了惡劣影響。而根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，在企業(yè)方面規(guī)模中等的數(shù)量在三千左右，在造紙時(shí)，選擇的都是效率比較低的機(jī)器，也就是速度低于300m/min，并且在控制系統(tǒng)方面選擇的也一般是開環(huán)方式；而速度屬于中等范圍，也就是300m/min到550m/min之間的，在工作時(shí)性能極不穩(wěn)定，會(huì)出現(xiàn)速度鏈無法達(dá)到一致，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)斷紙的現(xiàn)象，由此看來在制造機(jī)器時(shí)并沒有將可能發(fā)生的故障燈納入考量范圍，導(dǎo)致生產(chǎn)時(shí)出現(xiàn)事故的可能性較大，對(duì)企業(yè)也有很大的負(fù)面影響；而技術(shù)較為先進(jìn)的機(jī)器，基本上都是從國外引進(jìn)，因此在這方面的開銷也較大，對(duì)于企業(yè)的壓力也有所提升。而且因?yàn)檫@方面的限制，引進(jìn)的機(jī)器必須包含有關(guān)的所有設(shè)備，并且在維修方面因?yàn)閲鴥?nèi)外的差異，造成了很大的阻礙，所以這類機(jī)器在真正使用時(shí)難度系數(shù)較大。而相關(guān)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)相當(dāng)激勵(lì)，我國技術(shù)方面也沒有較大的突破，所以要對(duì)這方面予以足夠的重視，并且控制系統(tǒng)也要進(jìn)行不斷完善，使得我國在競(jìng)爭(zhēng)當(dāng)中不至于處于劣勢(shì)地位。在上世紀(jì)八十年代，矢量變頻技術(shù)相對(duì)而言已經(jīng)較為先進(jìn)，并且為了在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，少一些阻礙，以ABB、SIEMENS、AB等公司為代表的電氣公司著手針對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，利用公共直流母線進(jìn)行技術(shù)上的突破，使得傳動(dòng)更為順暢，并且在那個(gè)時(shí)期將其應(yīng)用于各種相關(guān)的行業(yè)當(dāng)中，如造紙。而在1994年，蘇州紫興紙業(yè)便逐步開始利用PPS-200系統(tǒng)，到后期，便從國外引進(jìn)了這類系統(tǒng)構(gòu)成的規(guī)模較大的造紙機(jī)，其控制便是利用上述提到的集散控制系統(tǒng)進(jìn)行的，并且國內(nèi)研究人員在國外技術(shù)的基礎(chǔ)之上，不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)和研究，到1997年，天津電氣傳動(dòng)研究所便開發(fā)了一種基于上述系統(tǒng)但具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的相似系統(tǒng)，并且在實(shí)際應(yīng)用中效果也較好，至此，我國便在這方面不再需要依賴于國外的機(jī)器才能進(jìn)行相應(yīng)的生產(chǎn)制造。本文在簡(jiǎn)要介紹造紙機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展情況和造紙機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，主要部分的功能以及工藝流程，機(jī)械傳動(dòng)和變頻原理的基礎(chǔ)上,根據(jù)造紙機(jī)工藝及傳動(dòng)特點(diǎn)，選用了ABB公司具有直接轉(zhuǎn)矩控制功能的ACS800系列逆變器和西門子公司的S7-400 PLC組成控制系統(tǒng)。這類機(jī)器可以借助參數(shù)的變化而改變操作的方式，以及實(shí)現(xiàn)不同的功能，進(jìn)而達(dá)到目的。本控制系統(tǒng)是由ACS800逆變器通過PROFIBUS-DP通訊板與西門子 S7-400 PLC組成PROFIBUS-DP總線串行通訊控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)紙機(jī)傳動(dòng)點(diǎn)的啟動(dòng)/停止、增速/減速、爬行/運(yùn)行等控制功能。利用PLC編程達(dá)到控制的目的，對(duì)于速度鏈、負(fù)荷分配、張力等都可以開展，并且利用上述提到的各種配置組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，在精細(xì)程度上也有了大幅度的提升。這種應(yīng)用PLC和逆變器構(gòu)成的紙機(jī)變頻傳動(dòng)控制系統(tǒng)能夠較好的完成紙機(jī)生產(chǎn)工藝中的多種控制功能。關(guān)鍵詞：造紙機(jī)，多傳動(dòng)，可編程邏輯控制器，系統(tǒng)設(shè)計(jì) Paper Machine Common DC Bus System DesignABSTRACTThis paper is briefly introduces the internal and external development situation and the basic structure of paper machine , the main part of the function and the technological process, based on the principle of mechanical transmission and frequency conversion, according to paper machine process and transmission characteristic, chose ABB ACS800 series with direct torque control inverter and Siemens S7-400 PLC control system. ACS800 inverter can be set parameters to choose different ways of operation and various functions to achieve control of the system. This control system is made up of ACS800 inverter through the Profibus-dp communication board with Siemens S7-400 PLC serial communication of Profibus-dp bus control system of paper machine transmission point start/stop, growth/deceleration, crawl/run control function. Through the PLC programming transmission control technology to realize the speed chain, load distribution and tension control function. Through ACS800 inverter and feedback, pulse encoder board of closed loop control system, the transmission point to realize high precision control to the system. The application of PLC and inverter paper machine frequency conversion transmission control system can better to complete the paper machine in the process of production of a variety of control functions. KEYWORDS: Paper machine, Multi drive, PLC, System design專心-專注-專業(yè)1 緒論1.1 造紙機(jī)的發(fā)展現(xiàn)代造紙技術(shù)最早出現(xiàn)在17世紀(jì)，發(fā)源地是西方國家，在1799年法國就研發(fā)出了連續(xù)抄紙的機(jī)器，由羅貝爾特研發(fā)，其組成構(gòu)建是兩個(gè)輥?zhàn)右约霸谄渲g的無端網(wǎng)，和所需的其他配件。1803年，法國人達(dá)都（Leger Didot）和英國機(jī)師唐金（B.Donkin）在上述機(jī)器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良，發(fā)明出來第一臺(tái)可以在實(shí)際生產(chǎn)中大規(guī)模使用的機(jī)器，被人們稱作唐金紙機(jī)。而在1908年，英國紙商福爾德黎爾（Fourdrinier）兄弟將上述提到的機(jī)器都收入囊中，變成了至今為止這類發(fā)明的唯一法。所以可以說，造紙機(jī)是由羅爾貝特發(fā)明，達(dá)都和唐金改進(jìn)設(shè)計(jì)的，而由福爾德黎爾兄弟所投資，因而國外均將長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)稱為Fourdrinier造紙機(jī)。而根據(jù)紙業(yè)的結(jié)構(gòu)上的差異可以劃分為長(zhǎng)網(wǎng)、圓網(wǎng)和夾網(wǎng)三種。前兩種在紙頁成型時(shí)借助的形式都是單面脫水，所以在最終紙張上兩面會(huì)有所差異，而最后一種利用的是噴漿達(dá)到兩面一起脫水的目的，有效減少上述情況發(fā)生的可能性。圖1-1 新一代造紙機(jī)在相關(guān)造紙步驟中極為重要，對(duì)于紙張最終形成起了決定性的作用，備受人們青睞。而我國相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域在經(jīng)過50多年的不斷創(chuàng)新和乳品之后，在技術(shù)方面也有了很大的提升，從剛開始的單機(jī)工作，到如今大規(guī)模的生產(chǎn)，在機(jī)器上的發(fā)展歷經(jīng)了下述四個(gè)時(shí)期:（1）起步階段從二十世紀(jì)五十年代后期，我國就針對(duì)造紙技術(shù)開始研發(fā)和創(chuàng)新，在這個(gè)時(shí)期，在政府的協(xié)助以及相關(guān)業(yè)界的幫助下，在上海，誕生了第一臺(tái)3150 mm紙機(jī)。而在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)期，相關(guān)行業(yè)利用的原材料主要是非木纖維，并且生產(chǎn)的主力軍企業(yè)規(guī)模都并不大，所用的也基本上都是單機(jī)，發(fā)展路徑主要為數(shù)量型為主。在這個(gè)時(shí)期，技術(shù)較為落后，機(jī)器配置不夠高，造出的紙張質(zhì)量較大，大部分車速都低于160 m/min。（2）第一次提升而在二十世紀(jì)八十年代，在引進(jìn)國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，我國也開展了相關(guān)的研究，在技術(shù)上有了新的突破。在后期，和美國貝洛依特（Beloit）公司共同創(chuàng)建了西貝造紙膠輥公司，其工作的范圍主要與高壓線壓膠輥有關(guān)；與芬蘭維美德（Valmet）公司共同創(chuàng)建了西安維美德造紙機(jī)械有限公司，工作內(nèi)容以擋造紙機(jī)為主；并且還將奧地利福依特（Voith）位于當(dāng)時(shí)世界前沿的有關(guān)部件和刮刀涂布機(jī)方面的先進(jìn)技術(shù)也進(jìn)行引進(jìn)。在這個(gè)時(shí)期，創(chuàng)新發(fā)展，研究出了每天可以制造5075t的長(zhǎng)網(wǎng)文化紙機(jī)以及100t的疊網(wǎng)紙板機(jī)及多圓網(wǎng)紙機(jī)，而在速度方面也有了新的突破，達(dá)到了最高450 m/min。（3）第二次提升在二十世紀(jì)九十年代，相關(guān)研發(fā)進(jìn)一步深入，開發(fā)出來規(guī)模較大的造紙機(jī)，在這個(gè)時(shí)間段主要突破的為蒸煮、制漿設(shè)備，利用不同類型的新型流漿箱、高沖量壓榨、袋通風(fēng)、全數(shù)字電控系統(tǒng)；車速最高提到700 m/min，幅寬達(dá)到45 m,整機(jī)配置水平有較大提高。（4）第三次提升而在本世紀(jì)開始，相關(guān)行業(yè)發(fā)展的速度日益提升，在需求上也不斷突破，推動(dòng)了行業(yè)不斷進(jìn)步。盡管如此，和走在世界前沿的技術(shù)之間差異仍然很大，在設(shè)備上遠(yuǎn)遠(yuǎn)匹配不了相應(yīng)的需求，進(jìn)口設(shè)備的數(shù)量也在不斷提升。而隨著行業(yè)的興旺，國家也將更多的目光放在這方面，因此設(shè)備的研發(fā)更加順暢。而我國幾家規(guī)模較大的企業(yè)和歐洲的幾家進(jìn)行了技術(shù)上的合作，從而使得我國相關(guān)技術(shù)能夠突破到新的層次，在這個(gè)時(shí)期，在機(jī)器和有關(guān)設(shè)備上都有了新的突破。而造紙行業(yè)的不斷進(jìn)步，并且加上我國的政府的協(xié)助，有了市場(chǎng)需求的刺激，相關(guān)設(shè)備制造行業(yè)也必然會(huì)迎來新的發(fā)展熱潮。而造紙機(jī)對(duì)于紙張的形成有著決定性的作用，結(jié)合有關(guān)的先進(jìn)技術(shù)，并且在我國現(xiàn)今科學(xué)技術(shù)不斷突破的時(shí)代背景下，必定在將來的五年計(jì)劃中有著本質(zhì)上的突破。1.2 造紙機(jī)的工藝流程（1）打漿與配漿打漿從其概念上進(jìn)行分析，就是將紙漿中的纖維進(jìn)行處理，使其更加緊密，并且纖維在進(jìn)行這步操作時(shí)吸水可以潤(rùn)脹，從而達(dá)到提升彈性的目的。而為了符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并且完善紙張中的不足，提升抄造性能，提升原料利用率，在實(shí)際操作當(dāng)中往往將數(shù)量大于等于二的品種的紙漿以及步驟進(jìn)行時(shí)不小心產(chǎn)生的損紙進(jìn)行調(diào)配，將這個(gè)流程稱作配漿。（2）紙料的篩選與凈化而為了進(jìn)一步提升得到的紙張的品質(zhì)，提高抄造速度，并且減少原料的浪費(fèi)率，需要對(duì)紙料當(dāng)中的雜質(zhì)進(jìn)行剔除。（3）輔料的添加輔料的作用是是的紙張的功能可以多樣化，其組成為填料、膠料、色料和所需的其他化學(xué)助劑。（4）施膠這步操作作用在于紙和紙板之間的液體可以達(dá)到更好的擴(kuò)散和滲透的效果，為書寫提供便利，同時(shí)還避免了受潮的可能性。（5）染色和調(diào)色染色是指在紙張加工時(shí)將所需的色料，使其達(dá)到吸收不需要的光譜，發(fā)射所需的光盤的目的。而調(diào)色是在紙漿當(dāng)中添加符合標(biāo)準(zhǔn)的藍(lán)色、紫藍(lán)色或紫紅色，使其與紙漿中可能表現(xiàn)出的淡橙、淺黃或橙黃色經(jīng)過調(diào)配最終呈現(xiàn)出白色。（6）加填在纖維懸浮液中添加和水的溶解度極小的顏料，提升和擴(kuò)展其性質(zhì)。（7）助留和助濾劑助留的目的是將體積較小的纖維或者填料變成絮聚物，使其可以與纖維進(jìn)行粘附，從而使其可以不被剔除。助濾是為了提升脫水的效率以及使得濾水達(dá)到新的質(zhì)量層次，而使用頻率較高的是陽離子高分子聚合物。（8）增強(qiáng)劑分為增濕以及增干強(qiáng)度劑兩類。（9）紙料上網(wǎng)其目的在于不影響機(jī)器的車速和最終獲得的產(chǎn)品品質(zhì)的前提下，將紙料流經(jīng)過上網(wǎng)前期步驟處理后，使其得以一種穩(wěn)定的狀態(tài)上網(wǎng)。（10）紙頁成形紙料在網(wǎng)上經(jīng)過濾水操作得到濕紙幅。（11）壓榨脫水濕紙幅借助毛毯到達(dá)壓榨元件之間的空隙當(dāng)中，利用壓力進(jìn)行脫水。（12）紙頁干燥工作的開展位置是干燥部，這個(gè)部件的作用在于對(duì)從上一步當(dāng)中獲取的濕紙幅進(jìn)行干燥操作，使獲得的紙的強(qiáng)度以及平滑度得以進(jìn)一步提升。（13）紙頁壓光操作時(shí)要借助壓光機(jī)，其目的在于不影響其他方面的基礎(chǔ)上，提升獲取的紙張的平滑度光澤度、厚度和紙幅的均勻性。（14）紙頁卷取卷紙機(jī)其作用是將抄造出來的紙卷成卷筒。（15）紙頁的完成和整飾包括復(fù)卷、切紙、選紙、數(shù)紙、打包和貯存等過程。1.3 與傳動(dòng)相關(guān)的造紙機(jī)主要分部簡(jiǎn)介1.3.1 紙漿流送設(shè)備與流漿箱流送系統(tǒng)的工作范圍從紙機(jī)貯漿槽到流漿箱的堰板。沖漿泵循環(huán)回路中主要完成的步驟是紙漿的稱量、濃度降低，并且將所需的助劑加入，同時(shí)開展所需的篩選凈化流程。而在特殊情況下，將漿槽和精磨機(jī)也納入上述系統(tǒng)。而一般情況下即便紙漿在貯漿槽中已經(jīng)清理完全，但仍需利用篩選機(jī)和除砂器進(jìn)行更深層次的清理，雖然在這一步篩除的殘?jiān)恳矘O少。而這類系統(tǒng)根據(jù)機(jī)器的各種性質(zhì)以及參數(shù)和紙張的品質(zhì)的變化流程會(huì)有所差異，但基本上是沒有區(qū)別的。其基本流程如圖1-2所：圖1-2 流送系統(tǒng)基本流程圖流漿箱在造紙機(jī)當(dāng)中是至關(guān)重要的一部分，其作用于圓管內(nèi)的流漿，使其均一化，并且在液體中沒有絮聚和漿道（條痕）。這種設(shè)備雖然并不是制成最終紙張的，但仍然制約著紙張是否均已，若是獲得的漿流并沒有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，那到后期進(jìn)行調(diào)整所需要的時(shí)間會(huì)更多。若是在這一步就完善到位，到網(wǎng)案時(shí)就只需要進(jìn)行流程當(dāng)中的操作就行，而這個(gè)設(shè)備的性能能否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵部件在于流通系統(tǒng)和流漿箱。其基本組成如圖1-3所示。圖1-3 流漿箱基本組成A布漿器 B堰池 C堰板 1方錐形總管 2孔板（均布元件）3勻漿輥（布漿器的整流消能裝置） 4堰池 5勻漿輥（整流元件） 6胸輥 7溢流槽 8箱體 9旋轉(zhuǎn)噴水管這個(gè)系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備和步驟對(duì)最終獲取的紙張以及運(yùn)行時(shí)的順暢有著極大的作用。流送系統(tǒng)應(yīng)該滿足下述要求：（1）在一定的造紙機(jī)車速下，送上造紙機(jī)的纖維量（按質(zhì)量計(jì)）應(yīng)保持穩(wěn)定，其偏差不應(yīng)超過造紙機(jī)產(chǎn)品定量的允許偏差值；（2）保證紙漿中各種組成的配比穩(wěn)定；（3）保證送上造紙機(jī)的紙漿濃度、溫度、酸堿度等工藝條件穩(wěn)定；（4）供漿纖維量可按造紙機(jī)車速的變動(dòng)或產(chǎn)品紙種定量要求進(jìn)行調(diào)節(jié)；（5）保證紙漿的精選質(zhì)量。1.3.2 成形裝置這個(gè)裝置的目的就在于將紙料經(jīng)過一系列處理之后變成濕紙幅。需要利用紙料在網(wǎng)上的時(shí)間間隔達(dá)到目的，經(jīng)過濾水和其他所需步驟之后，使其均一化程度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，并且所需性能符合要求。而紙張最終形成是利用成形網(wǎng)，因此又將其稱為成型部。部件當(dāng)中成形器是關(guān)鍵的部件，按照構(gòu)架的差異分為圓網(wǎng)、長(zhǎng)網(wǎng)和多網(wǎng)。而較受人們青睞的是長(zhǎng)網(wǎng)和夾網(wǎng)成形。其主要由下列部件組成（如圖1-4所示）。圖1-4 一種長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)網(wǎng)案結(jié)構(gòu)示意圖1胸輥 2成型板 3溝紋案板 4案板 5濕吸箱 6真空吸水箱 7真空伏輥 8驅(qū)網(wǎng)輥 9導(dǎo)網(wǎng)輥 10銅網(wǎng)張緊器 11銅網(wǎng)校正器布漿器的作用就在將獲取的流漿在網(wǎng)上噴灑均勻，并且流漿流動(dòng)的速度和網(wǎng)的速度達(dá)到一致。而兩者的速度決定著流漿箱的型號(hào)。全封閉水力式的工作是利用對(duì)沖漿泵壓力的調(diào)整達(dá)到控制速度的目的，其主要應(yīng)用于速度較高的紙機(jī)；而氣墊式著手調(diào)整的方向是借助氣墊壓力，開敞式利用箱內(nèi)漿位高度達(dá)到目標(biāo)，前者較多應(yīng)用于速度中等的，后者用于速度較低的。成形網(wǎng)的類型基本上采用無端環(huán)狀網(wǎng)，并且在結(jié)構(gòu)上兩個(gè)輥部件之間因?yàn)闃?gòu)件之間的空間以及高低形成一個(gè)平直網(wǎng)面，用于脫水，一般將其成為網(wǎng)案，類型上一般是長(zhǎng)網(wǎng)。而若是將這個(gè)裝置設(shè)置在圓形網(wǎng)籠上，使其形狀變成弧形，那么稱作圓網(wǎng)。而若是將有孔眼的設(shè)為網(wǎng)面，利用將其空間內(nèi)形成真空的方式，加快脫水的速度，那么一般將其稱作真空?qǐng)A網(wǎng)或者真空成形網(wǎng)。而若是紙漿的脫水利用兩張長(zhǎng)網(wǎng)之間的壓力進(jìn)行，那么部件就稱作夾網(wǎng)成形器。這些不同類型的設(shè)備，利用的元件也有所差異，其目的都在于加快脫水。而元件根據(jù)其運(yùn)作方式分為靜態(tài)、動(dòng)態(tài)以及兩者兼?zhèn)?。第一種如脫水板、弧面真空箱等，第二種如案輥、真空成形輥等。而除了這些基本的紙機(jī)之后，還有借助多種類型的網(wǎng)綜合形成的成形部。夾網(wǎng)成形器其結(jié)構(gòu)是利用兩張網(wǎng)之間的空間達(dá)到目的的部件（如圖1-5所示）。和上述提到的兩種器械之間的差異就在于濕紙幅的最終完成形式上的差異。夾網(wǎng)成形器的出現(xiàn)解決了長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)和圓網(wǎng)造紙機(jī)存在的紙頁兩面性差嚴(yán)重、微觀勻度差和紙頁的Z向結(jié)構(gòu)分布不均一等問題，雙網(wǎng)的夾持成形克服了“自由網(wǎng)面”的不穩(wěn)定性，使紙機(jī)的車速得到了很大的提高，已成為造紙工業(yè)界的主流成形裝備。其結(jié)構(gòu)上有很多分類方式，按照安裝的位置差異分為立式、水平式和傾斜式；按照利用的脫水元件不同分為刮板、輥筒和輥筒刮板成型器。圖1-5 夾網(wǎng)成型器的幾種結(jié)構(gòu)類型簡(jiǎn)圖（a）夾網(wǎng)成型器 （b）夾網(wǎng)輥筒成型器（Dominion工程公司） （c）夾網(wǎng)刮板成型器（Black Clawson公司）（d）夾網(wǎng)輥筒刮板成型器（Valmet公司）1.3.3 壓榨裝置壓榨裝置的作用在于使得濕紙頁在完成前面的流程之后在更高的壓力下脫去更多的水分。如圖1-6、1-7所示。雙輥壓榨的構(gòu)成是兩根壓榨輥，上下形成空間。雙輥壓榨是最基本的壓榨形式，不僅廣泛應(yīng)用于低速紙機(jī)得到壓榨部同時(shí)也應(yīng)用于現(xiàn)代化高速造紙機(jī)的壓榨部，由多輥組成的復(fù)式壓榨也是在它的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。按照其結(jié)構(gòu)上的差異可以將其劃分為普通、真空、溝紋、盲孔、平滑壓榨等等。并且依照壓榨部的構(gòu)件上的數(shù)量上的差異分為雙輥和復(fù)式壓榨，材料的性質(zhì)上有硬和軟兩種，并且還有兩者混合使用的，如石輥和膠輥相配。圖1-6中速造紙機(jī)壓榨部的一種布置方式1驅(qū)網(wǎng)輥 2傳遞壓榨 3真空壓榨 4吸風(fēng)式真空壓榨 5烘缸 6壓榨上輥的加壓提升裝置 7毛毯張緊器 8毛毯洗滌裝置（真空毯壓榨） 9真空吸移輥圖1-7 應(yīng)用復(fù)式壓榨的一種壓榨部布置方式1真空伏輥 2真空吸移輥 3網(wǎng)毯壓榨的襯網(wǎng) 4毛毯 5毯壓榨 6石輥 7平滑壓榨輥 8烘缸 9真空壓輥 10溝紋壓輥壓榨毛毯對(duì)于壓榨部而言極為重要，和最終脫水的結(jié)果以及紙張最后的性能息息相關(guān)，其作用在于將濕紙幅進(jìn)行傳遞，將多余的水吸收，并且使得濕紙幅各個(gè)位置受到的壓力相等，避免不均勻的現(xiàn)象的出現(xiàn)，使得紙張的性能進(jìn)一步提升，利用真空、溝紋和盲孔壓榨都可以將壓力進(jìn)行平均化，避免出現(xiàn)“影痕”的現(xiàn)象，并且使得壓榨部可以順利運(yùn)行。在工作時(shí)，借助毛布將紙張拖起來，并且壓力均勻分布，將不需要的水分進(jìn)行吸收，同時(shí)進(jìn)一步提升脫水的效率和性能。而速度較低的機(jī)器利用2060的線壓力，較高的采用高達(dá)210線壓力，若是借助高沖量使得速度進(jìn)一步提升，可將線壓力進(jìn)一步提升到350，如濕抄機(jī)壓榨，將包膠輥制成真空壓輥、溝紋壓輥、襯網(wǎng)壓輥、盲孔壓輥等，以更有效地將壓榨水帶離壓區(qū)，這些都是50年代以來采用提高壓榨脫水效率的新技術(shù)。之后又采用復(fù)式壓榨結(jié)構(gòu)形成封閉引紙，它由二組或三組壓榨合并組成，由真空吸移輥將濕紙從成形網(wǎng)上剝離，而利用毛布使其順利到達(dá)壓榨部件，并且紙張傳遞空間就在壓輥間。彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的紙張還要受到自重的限制，從最大程度上避免了斷頭出現(xiàn)的可能性。現(xiàn)在壓榨的紙頁干度可以從過去的3037提高到4345，有的甚至達(dá)到50。紙頁接觸光滑的硬輥面的次數(shù)或是粗糙膠面的次數(shù)以及各面的脫水量的多少，都會(huì)影響紙頁的表面質(zhì)量。處理合理則可以明顯減少紙頁兩面平滑度的差異，反之也可以造成兩面平滑度差異增大。1.3.4 干燥裝置干燥裝置絕大多數(shù)是由齒輪傳動(dòng)或由毛布帶動(dòng)若干個(gè)烘缸為一組，然后由若干組的烘缸構(gòu)成干燥部。而這個(gè)部件根據(jù)最終獲取的紙張品種上的差異，借助干燥元件、蒸汽系統(tǒng)、冷凝水排除和處理系統(tǒng)、表面施膠系統(tǒng)（根據(jù)實(shí)際情況）等達(dá)到目的。其中烘缸為干燥部干燥元件的主體。如圖1-8所示。干燥部按照烘缸的個(gè)數(shù)不同可分為單烘缸干燥部和多烘缸干燥部。后者可以按照內(nèi)部烘缸的排列的差異分為多排和單排兩種。并且內(nèi)部烘缸的工作效率可以按照實(shí)際需求上的差異，進(jìn)行調(diào)整，利用速度上的微小變化和紙張?jiān)诟稍镞^程中可能產(chǎn)生的收縮現(xiàn)象進(jìn)行互補(bǔ)。出干燥部的紙頁干度一般在9294左右。在干燥部末端，一般配有冷缸，使水氣能在冷缸面上凝聚。冷凝水可以濕潤(rùn)紙頁表面以利于在整飾中得到較佳的表面平滑度。其通過實(shí)際操作后可以發(fā)現(xiàn)直徑1.5m最符合標(biāo)準(zhǔn)。而單面光紙可以借助直徑較大的獲取光澤度較高的紙張，而其直徑波動(dòng)范圍在37.5m之間。圖1-8 傳統(tǒng)多缸紙機(jī)雙排烘缸的干燥裝置1機(jī)架 2下排烘缸 3上排烘缸 4烘毯缸 5導(dǎo)毯輥 6自動(dòng)張緊器 7自動(dòng)校正器 8刮刀 9引紙輥 10下帆毯 11上帆毯 12引紙繩 13引紙繩自動(dòng)張緊器 14裸露（不包毯）烘缸1.3.5 壓光機(jī)和卷紙機(jī)壓光機(jī)對(duì)于紙張而言作用便在于后期的修飾和調(diào)整，使其更加均勻和光亮，同時(shí)紙張更加平滑。紙張的毛刺更少，為后期的操作提供便利。壓光機(jī)分機(jī)（造紙機(jī)）內(nèi)和機(jī)外兩種，機(jī)內(nèi)壓光機(jī)位于紙機(jī)干燥部與卷紙機(jī)之間，通常是由冷激鑄鐵或淬硬鋼或紙粕輥等材質(zhì)制造的若干個(gè)輥?zhàn)咏M成，垂直或者以一定的角度重疊安裝在機(jī)架上。經(jīng)過上述流程后，紙張的水分基本上脫去，下一步就是輥壓，在這一步操作之后便是到達(dá)卷紙部。壓光輥的數(shù)量根據(jù)紙機(jī)的速度變化進(jìn)行調(diào)整，速度較低一般使用三至六根，速度較高的則使用八至十根，特殊情況可以使用十根以上。而壓光機(jī)根據(jù)材料和組成的不同可以分為硬的和軟的兩種，其主要組成如下圖所示。圖1-9 壓光機(jī)（a）雙側(cè)機(jī)架 （b）單側(cè)機(jī)架1底輥 2中間輥 3頂輥 4機(jī)架 5加壓及提升機(jī)構(gòu) 6壓縮空氣引紙裝置 7、8弧形舒展桿 9走臺(tái) 10中間輥軸承臂卷紙機(jī)是配置在造紙機(jī)最末端的一個(gè)聯(lián)動(dòng)設(shè)備。其作用在于使得到達(dá)這個(gè)部件的紙張卷起來，為下面的流通提供便利。而輥式卷紙機(jī)的主要構(gòu)成為卷紙缸和一對(duì)搖臂支架，后者還包括卷紙軸。其位置在于前者的上分，前者的運(yùn)行方式趨于自動(dòng)化，將紙卷起來是借助兩者之間因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)和壓力產(chǎn)生的摩擦力進(jìn)行的，所以紙張之間的緊密和兩者之間的壓力息息相關(guān)，而傳統(tǒng)的機(jī)器中，就沒有這方面的調(diào)整不見。而若想紙張之間緊密沒有差異，在之后的設(shè)計(jì)當(dāng)中加入了氣動(dòng)加壓缸裝置。而此外，為了降低換輥對(duì)紙張緊密程度的影響，有些機(jī)器設(shè)置了待卷紙軸的加速裝置。如圖1-10所示。圖1-10 軸式卷紙機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1機(jī)架 2傳動(dòng)側(cè)機(jī)座 3卷芯軸 4紙卷芯 5紙卷 6減速箱 7電動(dòng)機(jī) 8離合器 9引紙輥 10軸承座卷紙機(jī)在進(jìn)行工作時(shí)并不是自主進(jìn)行的，要依靠其他部件進(jìn)行控制，而母卷的直徑和所需的相同時(shí)，就會(huì)轉(zhuǎn)移到換卷的位置上，而卷軌道又回到新的紙張來的地方，而空紙軸達(dá)到相應(yīng)的目的之后，到達(dá)卷取滑架上。而到這里紙張就可以被切斷，而一頭重新再進(jìn)行卷紙，這樣往復(fù)循環(huán)。從中可以看出，在進(jìn)行換卷的操作時(shí)，需要借助所需的設(shè)備進(jìn)行控制，而其中母卷脫離和空軸啟卷兩步操作的銜接處于被控制的狀態(tài)，可以達(dá)到順暢的狀態(tài)，使得兩者上的紙張受損的可能性降到最低，進(jìn)而保障紙張浪費(fèi)達(dá)到最少。1.3.6 傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)是將紙機(jī)各部位聯(lián)接同步運(yùn)轉(zhuǎn)，使機(jī)械電氣構(gòu)成一體。由機(jī)械減速裝置、調(diào)速穩(wěn)速裝置、分部傳動(dòng)裝置等構(gòu)成，均采用電力為動(dòng)力源。分為三級(jí)控制：（1）執(zhí)行對(duì)交流電動(dòng)機(jī)的速度、電流、張力等參數(shù)的控制。（2）操作臺(tái)配置智能化操作面板與PLC實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信。后者是對(duì)紙機(jī)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使得不同部件之間可以銜接順暢，并且對(duì)于獲取的指令可以嚴(yán)格執(zhí)行，此外，對(duì)于部件的下一步可以進(jìn)行嚴(yán)格控制。（3）監(jiān)控系統(tǒng)的作用就在于嚴(yán)格控制所有的傳動(dòng)點(diǎn)，并且保障系統(tǒng)運(yùn)行順暢。監(jiān)控系統(tǒng)要留有通用管理接口，供工程維護(hù)用。2 造紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.1 造紙機(jī)傳動(dòng)控制概述一般的造紙機(jī)如圖2-1所示，由流漿箱、成形裝置、壓榨裝置、干燥裝置、冷缸、壓光部、卷取部等部分組成。機(jī)器工作時(shí)，其工作的流程主要是第一，將制漿車間傳遞過來的紙漿進(jìn)行成形，后脫水，再烘干，最后卷成卷紙。而流漿在傳動(dòng)過程中形成紙張，過程中由于伸縮度上的差異，使得不同的構(gòu)件速度有所不同，將其稱作速查。此外，為了使得兩者也就是伸縮度和速度之間相匹配，就需要增加一個(gè)速度控制系統(tǒng)，進(jìn)而保障機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定和紙張的平均。不同的紙機(jī)，控制的速差也不一樣，一般低速紙機(jī)約為0.1%左右，高速紙機(jī)約為0.050.01%左右。圖2-1 長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總圖1流漿箱 2成型部分 3壓榨部分 4烘干部分 5水平施膠壓榨 6壓光機(jī) 7卷紙機(jī) 傳動(dòng)方面根據(jù)不同的部件劃分為總軸和分部?jī)煞N。前者因?yàn)楦鞣矫娴南拗?，尤其是速度方面已?jīng)基本上不再使用，目前大多數(shù)機(jī)器選擇都是后種。而過去利用電氣系統(tǒng)進(jìn)行傳動(dòng)，也進(jìn)行了創(chuàng)新，擺脫了模擬可控硅調(diào)速方式，利用科技上的突破，研發(fā)出利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行控制速度的系統(tǒng)，也就是公共直流母線系統(tǒng)，控制級(jí)上也有所突破，轉(zhuǎn)變?yōu)槿?jí)控制方。而在這方面的控制上系統(tǒng)的運(yùn)行速度以及負(fù)載一般不會(huì)發(fā)生變化，而根據(jù)特性上的差異將其劃分為速度、轉(zhuǎn)矩、負(fù)荷分配三種。而對(duì)其要求便是速度保持一致不變，一旦發(fā)生變化可以迅速進(jìn)行調(diào)整，減小其影響。而其主要控制系統(tǒng)為下列幾種：至下一分部第一分部第二分部第三分部總車速加速減速第一臺(tái)變頻器b1加速減速緊紙松紙第二臺(tái)變頻器b2加速減速緊紙松紙第三臺(tái)變頻器圖2-2 造紙機(jī)速度鏈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（1）全數(shù)字速度鏈控制：利用的是自動(dòng)化的方式，從第一個(gè)點(diǎn)開始，逐個(gè)進(jìn)行控制，形成數(shù)字化的銜接。如圖2-2所示。（2）速度閉環(huán)控制：借助電機(jī)進(jìn)行控制，而頻率上有所變化，電流方式可分為交流和直流，并且依照實(shí)際要求，利用光電編碼器進(jìn)行控制和調(diào)整，速度控制精度在0.0010.1%。如圖2-3所示。調(diào)節(jié)器晶閘管主給定附加給定圖2-3 造紙機(jī)速度閉環(huán)控制簡(jiǎn)圖（3）傳動(dòng)組間負(fù)荷分配控制：其控制主要是針對(duì)不同的電機(jī)之間負(fù)荷是否不會(huì)對(duì)機(jī)器有所影響而進(jìn)行的，對(duì)于設(shè)備對(duì)電機(jī)的要求相匹配，控制精度一般在25%。如圖2-4所示。變頻器1去下分部變頻器3變頻器2負(fù)荷分配控制器速度鏈速度鏈速度鏈圖2-4 造紙機(jī)負(fù)荷分配簡(jiǎn)圖（4）張力控制：間接或直接張力控制方式。利用逐個(gè)擊破的方式，也就是不同部件分別控制速度的形式來控制張力，控制精度一般在25%。如圖2-5所示。調(diào)節(jié)器晶閘管張力傳感器張力調(diào)節(jié)圖2-5 造紙機(jī)張力控制閉環(huán)簡(jiǎn)圖2.2 公共直流母線技術(shù)這類系統(tǒng)在速度較大的紙機(jī)中廣受人們青睞，其具有強(qiáng)大的性能，如在控制方面可以達(dá)到高度同步，對(duì)所需的制動(dòng)裝置數(shù)量限制到最低等，如圖2-6所示。相關(guān)新型技術(shù)的不斷突破，在造紙行業(yè)帶來的便是對(duì)紙機(jī)的控制更為智能化，基本上都采用了全數(shù)字交流變頻傳動(dòng)控制技術(shù)，并且降低了電能的浪費(fèi)率，運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定系數(shù)高，減少了維修的次數(shù)，盡管這方面費(fèi)用有所提升。此外，變頻調(diào)速這種操控方式，使得電動(dòng)機(jī)在即將開始工作時(shí)，電壓在整流橋兩端增加，并且反向進(jìn)行，而對(duì)系統(tǒng)輸入電壓之后，變化為不可逆二極管整流，所以最終的結(jié)果便是電壓過高，系統(tǒng)跳閘。并且再生制動(dòng)能量產(chǎn)生的速度比消耗速度高，變頻跳閘、停機(jī)是必然會(huì)發(fā)生的，導(dǎo)致機(jī)器不能正常工作。而上述提到的技術(shù)便是用于這類情況中，借助整流/回饋裝置使得系統(tǒng)獲得功率不變的直流電壓，利用逆變器和母線進(jìn)行銜接，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)狀態(tài)逆變器根據(jù)這種結(jié)構(gòu)獲取電能；發(fā)電狀態(tài)，能量利用這種結(jié)構(gòu)回到電網(wǎng)，進(jìn)而不僅僅減少了能量的損耗，同時(shí)使得系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定，由此維修次數(shù)可以進(jìn)一步減少，系統(tǒng)的體積也會(huì)降低。而若沒有特殊情況，整流或者整流回饋單元的容量小于所供電的電機(jī)或逆變器的全線交流電機(jī)容量之和。圖2-6 公共直流母線系統(tǒng)基本圖具體的說，公共直流母線有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）高效節(jié)能。由上述可以得知這個(gè)系統(tǒng)利用了新型的傳動(dòng)技術(shù)，所以減少了電能的浪費(fèi)率，并且再加上集中整流技術(shù),因此在過去的基礎(chǔ)上再減少了815%左右的能量。（2）抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)定性好。借助集中整流技術(shù)使得不同的逆變器在內(nèi)部電壓達(dá)到一致，并且母線優(yōu)勢(shì)突出，在穩(wěn)定方面性能更強(qiáng)，這類系統(tǒng)對(duì)于外界環(huán)境的變化適應(yīng)性更強(qiáng)，例如對(duì)于三相輸入電壓擾動(dòng)可以很快適應(yīng)，而這種控制方式在精細(xì)度方面也有喊打的優(yōu)勢(shì)，在諧波方面可以有效抑制。（3）結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省空間。這類系統(tǒng)在逆變器上利用的是變頻的類型，因此將整流結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為公共單元，減小了空間浪費(fèi)，并且工作性能好，若是出現(xiàn)突發(fā)狀況，如發(fā)電功率過高，這時(shí)候可以借助一個(gè)總制動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而減少了這類外圍設(shè)備的數(shù)量，不再需要額外的制動(dòng)單元、電阻等，和單臺(tái)的類型相對(duì)比，尺寸較小，對(duì)于熔斷器、開關(guān)及網(wǎng)側(cè)進(jìn)線電抗器等可以集中利用，減少了空間，不需要經(jīng)常維護(hù)，是的設(shè)備更加穩(wěn)定，性能更高。（4）安全性高，可靠性好。這類新型系統(tǒng)在泵升壓時(shí)可以控制其不過度，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，可以使得因?yàn)槠渌蛩赜绊憣?dǎo)致在發(fā)電的電機(jī)多余的能量回到母線上，帶動(dòng)其他電機(jī)工作，除了這些能量大于其他電機(jī)工作所需的能量，剩余的才需要回到電網(wǎng)或者利用制動(dòng)將能量使用，這樣一來，減少了跳閘等系統(tǒng)不穩(wěn)定造成的現(xiàn)象產(chǎn)生的可能性。并且其供電單元變成了可逆整流時(shí)，能量達(dá)到了循環(huán)的狀態(tài)，因此構(gòu)成了一種四象限系統(tǒng)，附加有回饋制動(dòng)，例如在速度較大的機(jī)器當(dāng)中就能很好的適用。理想狀態(tài)中供應(yīng)的電壓呈現(xiàn)的應(yīng)當(dāng)是正弦波形，但在實(shí)際操作中，波形會(huì)因?yàn)橄嚓P(guān)因素的影響而達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，也就是導(dǎo)致了諧波的額外產(chǎn)生。究其原因，根源在于需要供電的設(shè)備還包括一些沒有線性的電氣設(shè)備。這種現(xiàn)象導(dǎo)致的后果就是：加大了能量的損耗和浪費(fèi)；相應(yīng)設(shè)備利用的效率有所降低；需要供電的設(shè)備不能順利運(yùn)行；導(dǎo)致電壓過高或者電流過大，使得變壓器熱度過高；導(dǎo)致設(shè)備當(dāng)中電容器、電纜熱度過大，減少了使用周期；導(dǎo)致公用電網(wǎng)局部諧波，有可能還會(huì)造成兩種聯(lián)接方式的諧振；使得裝置在工作時(shí)出錯(cuò)的概率進(jìn)一步增加。此外，諧波可能會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備無法順利運(yùn)行，如使其產(chǎn)生額外的振動(dòng)、噪聲，其使用周期會(huì)進(jìn)一步縮短；相關(guān)用于測(cè)量的儀器精密度達(dá)不到應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)和其相鄰對(duì)設(shè)備系統(tǒng)造成負(fù)面影響，程度較輕的是使其無法順利工作，產(chǎn)生過高的噪音，程度較重導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失。由此看來，諧波導(dǎo)致的負(fù)面影響涉及各方面，因此借助一些設(shè)備對(duì)其進(jìn)行控制是必不可少的。整流器在實(shí)際運(yùn)用中在各個(gè)領(lǐng)域都較多，而在設(shè)備當(dāng)中，交流電源電流類型基本上都是矩形波，其來源于電流和諧波電流兩部分，借助傅氏級(jí)數(shù)獲得高次諧波分量（第n次諧波電流有效值）與基波分量（基波電流有效值）之比最大為，觸發(fā)控制角的減小和換相重疊角的增大帶來的是諧波分量的增大，各主要國家高次諧波管理標(biāo)準(zhǔn)比較，如表2-1所示。表2-1各主要國家高次諧波管理標(biāo)準(zhǔn)比較電壓畸變率%諧 波系統(tǒng)電壓/KV奇次%偶次%英國431.956.611美國一般電力5，專用82.469德國5.83、7次1030澳大利亞5233日本30.75配電系統(tǒng)中國1052配電系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)的研究數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行探討可以發(fā)現(xiàn)：整流器如何進(jìn)行工作和諧波電流之間息息相關(guān)，因此在針對(duì)這方面進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可以借助重疊角、換相壓降以及諧波測(cè)算，進(jìn)一步提升運(yùn)行的穩(wěn)定性，控制角接近40°，重疊角在8°左右時(shí)通常這時(shí)候諧波最大，因此利用計(jì)算的方式，選擇較為正確的變壓器，從而減小諧波。2.3 PLC在紙機(jī)傳動(dòng)中的應(yīng)用我國經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，帶動(dòng)人們對(duì)于紙張的品種要求更多，而借助自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備可以解放勞動(dòng)力，并且還可以提升其品種和產(chǎn)量。在涉及到的有關(guān)行業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，如塑料、印染等，涉及到的同步傳動(dòng)單機(jī)數(shù)量都較大，并且各自運(yùn)行。還要求不同的單元生產(chǎn)的產(chǎn)品在線速度上沒有差異，也就是同步運(yùn)動(dòng)。而造紙機(jī)器從其類型上而言較多，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)差異較大，但基本組成是相同的，即壓榨、烘干、壓光、卷取等構(gòu)成，并且不同的構(gòu)件各自帶有電機(jī)。而至今為止對(duì)于速度的調(diào)控性能最高的是變頻的方式。而其控制一般是借助兩種類型進(jìn)行的，其一是PLC控制，另一類是IPC機(jī)或工控機(jī)控制。而其關(guān)鍵的器件包括計(jì)算機(jī)PLC、DCS等。而規(guī)模較大的器械構(gòu)成的系統(tǒng)需要電機(jī)的一般都大于二十個(gè)，電機(jī)之間也緊密聯(lián)系，在單個(gè)環(huán)節(jié)導(dǎo)致的誤差都往往高于造紙。因此在對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí)要根據(jù)相關(guān)參數(shù)的設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，而PLC在開關(guān)量控制方面就較為有利。下面以西門子S7-400系列為例簡(jiǎn)要說明造紙機(jī)機(jī)械的控制系統(tǒng)結(jié)。觸摸屏CPU通訊板I/O模板現(xiàn)場(chǎng)變頻器操作臺(tái)MPI接口圖2-7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-7所示，PLC的通訊板進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸是利用485通訊與各變頻器進(jìn)行的，工作方式一般都是主動(dòng)地，而變頻器自己就帶有通訊地址。需要進(jìn)行傳輸?shù)男盘?hào)包括控制和轉(zhuǎn)臺(tái)兩方面，前者包括啟動(dòng)、停止、速度設(shè)定值，后者包括：報(bào)警、當(dāng)前速度。而此外，和其相連的還有觸摸屏，借助MPI接口連接CPU，這個(gè)部件的作用就在于隨時(shí)更改和調(diào)整速度，并且可以進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)有關(guān)的數(shù)據(jù)及時(shí)記錄，并將其進(jìn)行存儲(chǔ)以備以后使用。PLC與操作臺(tái)相連方式是借助開關(guān)量。紙機(jī)的規(guī)模和操作臺(tái)數(shù)量息息相關(guān)，一般在五至七個(gè)之間，分別是網(wǎng)部1個(gè)、烘干部2個(gè)、干部2個(gè)、卷紙1個(gè)。一般的操作臺(tái)上自備緊急停車、單臺(tái)電機(jī)的啟動(dòng)、停止，單臺(tái)電機(jī)速度微升、微降的按鈕。并且借助開關(guān)量使指示燈開始工作。3 造紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)主要設(shè)備的介紹3.1 多傳動(dòng)模塊3.1.1 逆變器的選型逆變器選型時(shí)要確定以下幾點(diǎn)： （1）采用變頻的目的：恒壓控制或恒流控制等。（2）逆變器的負(fù)載類型：如葉片泵或容積泵等，特別注意負(fù)載的性能曲線，性能曲線決定了應(yīng)用時(shí)的方式方法。（3）逆變器與負(fù)載的匹配問題： （a）電壓匹配：逆變器的額定電壓與負(fù)載的額定電壓相符。 （b）電流匹配：普通的離心泵，逆變器的額定電流與電機(jī)的額定電流相符。而特殊的裝備就要依照有關(guān)的參數(shù)，根據(jù)其能夠承受的最高的電流對(duì)其性能進(jìn)行確定。（c）轉(zhuǎn)矩匹配：這種情況在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或有減速裝置時(shí)有可能發(fā)生。（4）在利用逆變器帶動(dòng)電機(jī)工作時(shí)，因?yàn)殡姍C(jī)速度較高的狀態(tài)下電抗較小，因此會(huì)導(dǎo)致高次諧波的提升，對(duì)外的電流增加，所以在進(jìn)行選擇逆變器類型時(shí)，容量方面要適當(dāng)增加標(biāo)準(zhǔn)。（5）而其在使用時(shí)要利用長(zhǎng)電纜，就需要考慮其對(duì)地耦合電容的控制影響，減少變頻器的壓力，因此，對(duì)容量上的要求會(huì)更高，或者采取額外安置一個(gè)輸出電抗器的途徑。（6）對(duì)情況特殊的場(chǎng)合，如溫度過高、海拔較高等，逆變器的容量會(huì)有所降低，所以對(duì)其要求要有所提升。3.1.2 ABB-ACS800逆變器這個(gè)類型的逆變器在屬于率先借助新型技術(shù)的類型，其利用直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)（DTC）使得不需要光碼盤或測(cè)速電動(dòng)機(jī)就能達(dá)到精準(zhǔn)控制電動(dòng)機(jī)的速度和轉(zhuǎn)的目的。（1）將DTC技術(shù)和模糊控制理論合二為一，構(gòu)成高性能、低成本的逆變器調(diào)速產(chǎn)品，并且性能大大優(yōu)于矢量控制逆變器。（2）定子磁通和轉(zhuǎn)矩是最重要的需要控制的變量，將新型智能化的處理器結(jié)合相關(guān)的電機(jī)模型使得其更新速度高達(dá)40000次/秒，在狀態(tài)上明顯更有優(yōu)勢(shì)，并且各種相關(guān)的值不斷變化，逆變器開始運(yùn)行以及停止運(yùn)行都可以被控制，也就是傳動(dòng)可以收到更精準(zhǔn)的控制，并且對(duì)于外界環(huán)境的變化可以進(jìn)行對(duì)應(yīng)的調(diào)整。此外，其不需要額外增加的PWM調(diào)制器，所以在斬波頻率上無法進(jìn)行限制，再具體操作時(shí)，也不會(huì)產(chǎn)生額外的造成，那么在電能上的損耗可以進(jìn)一步降低。（3）ACS800的標(biāo)準(zhǔn)配置內(nèi)置電抗器，在輸入方面有效減少諧波含量，大大降低了逆變器的電磁輻射，同時(shí)濾波電容器免受電壓、電流的沖擊。（4）豐富、靈活的輸入輸出口定義功能，可在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)用戶要求而不需要附加任何附加電路。（5）ACS800的控制盤有4種不同額鍵盤模式：實(shí)際信號(hào)和故障記錄顯示模式、參數(shù)模式、功能模式和傳動(dòng)選擇模式。在實(shí)際信號(hào)顯示模式中可以同時(shí)監(jiān)視3個(gè)實(shí)際信號(hào)，諸如頻率、轉(zhuǎn)速、電流、流量等信號(hào)。（6）ACS800的優(yōu)越性能（a）電流斷電時(shí)的運(yùn)行。ACS800將利用正在旋轉(zhuǎn)著的電動(dòng)機(jī)的功能繼續(xù)運(yùn)行，只要電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生能量，ACS將繼續(xù)運(yùn)行。（b）零速滿轉(zhuǎn)矩。由ACS帶動(dòng)的電動(dòng)機(jī)能夠獲得在零速時(shí)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，并且不需要光碼盤或測(cè)速電動(dòng)機(jī)的反饋。（c）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。DTC提供精確的轉(zhuǎn)矩控制使得ACS800能夠提供可控且平穩(wěn)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩能達(dá)到200%。（d）自動(dòng)起動(dòng)。超過一般變頻器的分升起動(dòng)和積分起動(dòng)的性能。因?yàn)锳CS800能在幾ms內(nèi)測(cè)出電動(dòng)機(jī)的狀態(tài)，不管什么情況都可以在0.48s內(nèi)迅速起動(dòng)。而矢量控制逆變器則需大于2.2s（e）磁通優(yōu)化。在優(yōu)化模式下，電動(dòng)機(jī)磁通被自動(dòng)地適應(yīng)于負(fù)載以提高效率，同時(shí)大幅度降低電動(dòng)機(jī)的噪聲。因?yàn)榇磐ㄐ阅苌系奶岣?，基于不同的?fù)載，逆變器和電動(dòng)機(jī)的總效率可提高1%10%。（f）磁通制動(dòng)。可以借助對(duì)磁場(chǎng)的提升使得速度能夠迅速降低。借助ACS對(duì)電動(dòng)機(jī)可以實(shí)時(shí)監(jiān)視，并且在磁通制動(dòng)步驟時(shí)監(jiān)視可以同步進(jìn)行，這個(gè)步驟對(duì)于電動(dòng)機(jī)的停止工作以及轉(zhuǎn)速之間的變動(dòng)有極大的作用，但其他品牌的這類設(shè)備就沒有這種作用。（g）精確速度控制。ACS800的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差在開環(huán)應(yīng)用時(shí)為0.4%s，在閉環(huán)應(yīng)用時(shí)為0.1%s。而矢量控制逆變器在開環(huán)時(shí)大于0.8%s,閉環(huán)時(shí)為0.3%s。ACS800逆變器的靜態(tài)精度為0.01%。（h）精確轉(zhuǎn)矩控制。動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩階躍響應(yīng)時(shí)間，在開環(huán)應(yīng)用時(shí)能達(dá)到15ms，而矢量控制逆變器在閉環(huán)時(shí)需1020ms，開環(huán)時(shí)為100200ms。（7）ACS800的技術(shù)數(shù)據(jù)（a）供電電網(wǎng)連接 三相供電電壓： V V V 頻率： 4863Hz 短路能力： IEC 439 功率因數(shù)： （基波） （總值） 額定功率時(shí)效率： >98%（b）電動(dòng)機(jī)連接 三相輸出電壓： 頻率控制： 0±300Hz 弱磁點(diǎn)： 8300Hz 電動(dòng)機(jī)控制軟件： ABB的直接轉(zhuǎn)矩控制（DTC） 轉(zhuǎn)矩控制： 轉(zhuǎn)矩階躍上升時(shí)間： 開環(huán) <5ms（在額定轉(zhuǎn)矩下） 閉環(huán) <5ms（在額定轉(zhuǎn)矩下） 非線性： 開環(huán) ±4%（在額定轉(zhuǎn)矩下） 閉環(huán) ±1%（在額定轉(zhuǎn)矩下）（c）速度控制 靜態(tài)精度： 開環(huán) 10%（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差） 閉環(huán) 0.01%（額定速度） 動(dòng)態(tài)精度： 開環(huán) 0.3%0.4%s（100%轉(zhuǎn)矩階躍） 閉環(huán) 0.1%0.2%s（100%轉(zhuǎn)矩階躍）（d）標(biāo)準(zhǔn)控制線的連接 3個(gè)差動(dòng)模擬輸入口： 1個(gè)電壓源信號(hào)，2個(gè)電流源信號(hào) 6個(gè)數(shù)字輸入口： DC24 2個(gè)模擬輸入口： 020mA 3個(gè)繼電器輸入口： 5A/AC220V 無緣觸電（e）柜體 防護(hù)等級(jí)： IP21（標(biāo)準(zhǔn)） 噴漆顏色： 淺米色RAL70353.1.3 ABB-ACS800 多傳動(dòng)模塊簡(jiǎn)介ABB工業(yè)傳動(dòng)在靈活性上極高，對(duì)于客戶的各種層次上的需求都能夠滿足。而大部分商品的去處都是系統(tǒng)集成商、OEM廠商和最終用戶。這些傳動(dòng)產(chǎn)品涵蓋了很寬的功率和電壓范圍，其中包括最高為690V的工業(yè)電壓。多傳動(dòng)屬于產(chǎn)品中的一種品種，主要組成是公共直流母線，并且還包括其他有關(guān)的模塊。這種母線的作用是輸出電壓。而這種電壓的來源只有整流單元。整流單元的類型有很多，包括二極管整流單元和有源IGBT整流單元。圖3-1 ABB多傳動(dòng)模塊如圖3-1所示，ABB多傳動(dòng)可以應(yīng)用于任何多個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)組成的單一控制過程。多傳動(dòng)的公共整流單元實(shí)現(xiàn)了裝置的整體安全性和控制功能。工業(yè)傳動(dòng)電機(jī)的軸承的耦合程度可大可小。在強(qiáng)耦合的應(yīng)用中，如造紙機(jī)，在多個(gè)傳動(dòng)模塊間，每一個(gè)單獨(dú)的ABB傳動(dòng)模塊提供轉(zhuǎn)矩和控制信號(hào)的高速通訊，可以控制紙張的張力。而在工業(yè)傳動(dòng)電機(jī)的軸承沒有強(qiáng)耦合的應(yīng)用中，如離心榨糖機(jī)，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊可以編程設(shè)定速度，以達(dá)到整體節(jié)電的目。(1) 基本設(shè)計(jì)理念（a）公共直流母排；（b）單一輸入功率連接；（c）不帶制動(dòng)斬波器或不帶再生式供電單元時(shí)，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的逆變器之間內(nèi)部分配能量，有發(fā)電，有電動(dòng)；（d）降低輸入線電流；（e）節(jié)能；（f）節(jié)約電纜、安裝、維護(hù)成本；（g）不需要使用獨(dú)立的MCC（電動(dòng)機(jī)控制中心）；（h）集成化和緊湊設(shè)計(jì)；（i）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模塊化和冗余性；（j）全球產(chǎn)品，全球支持；（k）公共ABB傳動(dòng)技術(shù)，與單傳動(dòng)相似。（2）冗余設(shè)計(jì)（a）并聯(lián)模塊具有冗余功能；（b）每一塊模塊都是一臺(tái)完整的三相逆變器；（c）如果一臺(tái)模塊故障，其他仍能繼續(xù)輕載運(yùn)行；（d）減少故障停機(jī)時(shí)間，恢復(fù)快；（e）傳動(dòng)設(shè)計(jì)獨(dú)特ABB以前的傳動(dòng)沒有，其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手也沒有這設(shè)計(jì)。（3）ACS800的減輕負(fù)載運(yùn)行若是其中一臺(tái)儀器不能正常運(yùn)行，將其進(jìn)行隔離，并且將相關(guān)信息傳送到控制臺(tái)中，用戶需要認(rèn)可，并對(duì)電流進(jìn)行控制后不影響其運(yùn)行。一個(gè)ABB多傳動(dòng)組成如下圖所示。將其稱為多傳動(dòng)單元（如圖3-2所示），其中最重要的單元有：輔助控制（ACU）、進(jìn)線（ICU）、傳動(dòng)（INU）、二極管整流（DSU）、IGBT整流（ISU）、晶閘管整流（TSU）、動(dòng)態(tài)制動(dòng)（DUB）和控制（可選）。圖3-2 ABB多傳動(dòng)組成單元（a）輔助控制單元（ACU）為傳動(dòng)和進(jìn)線單元中的輔助設(shè)備提供電源。24V電源掉電時(shí)發(fā)出急停功能?？蛇x的AC電壓變和電流表、接地監(jiān)測(cè)和電弧監(jiān)測(cè)都位于輔助控制單元中。（b）進(jìn)線單元（ICU）電源電纜進(jìn)入進(jìn)線單元并連接到供電單元，5250KVA以內(nèi)的供電單元可置于進(jìn)線單元內(nèi)部。根據(jù)電網(wǎng)條件選擇接觸器或空氣斷路器、進(jìn)線刀熔開關(guān)柜、頂部進(jìn)線為可選配置。（c）傳動(dòng)單元其內(nèi)部包括一個(gè)額外的電容，作用在于對(duì)電壓進(jìn)行控制，使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，和母線相連的電氣有保護(hù)措施，借助熔斷開關(guān)可以對(duì)傳動(dòng)單元的運(yùn)行進(jìn)行全方位的調(diào)控，而美國逆變器都帶有一個(gè)傳動(dòng)控制單元，包括RMIO板和可選的輸入/輸出(I/O)模塊。功能模塊也多種多用，涉及的性能有所差異，并且對(duì)于接口模塊上容納性也較高，另外還包括安全互鎖以防止逆變器誤啟動(dòng)的功能。（d）二極管整流單元（DSU）二極管整流單元用于沒有能量回饋的傳動(dòng)系統(tǒng)，它將三相交流電壓整流為直流電壓。12脈波橋結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用在由兩個(gè)副邊相位相差30度的三繞組變壓器供電的單元。（e）IGBT整流單元（ISU）IGBT整流單元用于有能量回饋的傳動(dòng)系統(tǒng)，它將三相交流電壓整流為直流電壓。在功率控制中，它提供如同DTC技術(shù)在電機(jī)控制中那樣穩(wěn)定和可靠的性能。主電路包括主開關(guān)、濾波器和變流器。變流器與傳動(dòng)單元硬件兼容。在無源模式中，變流器的工作方式與整流器相同。在有源模式中，控制IGBT以保持直流電壓的恒定和線電流的正弦度。同時(shí)，控制系統(tǒng)提供接近1的功率因數(shù)?？刂菩阅艿膬?yōu)異是因?yàn)槭褂昧撕虳TC 技術(shù)相同的極快的控制技術(shù)。功率因數(shù)為1的全能量回饋IGBT整流單元不需要功率因數(shù)補(bǔ)償。當(dāng)線電壓偏低時(shí)，ISU可以提高電機(jī)電壓。由于使用DTC技術(shù)和LCL濾波技術(shù)，極大降低了諧波含量。（f）晶閘管整流單元（TSU）晶閘管整流單元用于有能量回饋的傳動(dòng)系統(tǒng)，它將三相交流電壓整流為直流電壓?？煽毓枵鲉卧蓛蓚€(gè)反并聯(lián)連接的6脈波可控硅橋組成。它具有向電網(wǎng)回饋能量的功能，在制動(dòng)能量很大的應(yīng)用中具有可觀的節(jié)電效果。12脈波橋結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于由三繞組變壓器供電的兩個(gè)晶閘管整流單元。這個(gè)結(jié)構(gòu)可以減少供電電網(wǎng)中的諧波。（g）動(dòng)態(tài)制動(dòng)單元（DBU）在電阻制動(dòng)時(shí)，一旦設(shè)備當(dāng)中某個(gè)回路的電壓過高，斬波器就會(huì)開始作用，將其連接到制動(dòng)電阻。一般安裝時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)電阻和其他柜體分開，若是阻值不小于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)以及電阻散熱功能符合要求，這時(shí)候可以不需要標(biāo)準(zhǔn)電阻。（h）控制單元（可選）多傳動(dòng)包括了AC800M和S800I/O控制單元。控制單元配備有通訊接口、電源和自動(dòng)控制設(shè)備所需的前端裝置。3.1.4 ABB-ACS800 多傳動(dòng)模塊的主要優(yōu)點(diǎn)（1）節(jié)省了連線、安裝和維護(hù)費(fèi)用。（2）節(jié)省了空間。（3）減少了器件數(shù)量，提高了可靠性。（4）減小線電流并且簡(jiǎn)化了制動(dòng)裝置。（5）使得電能可以循環(huán)利用，各個(gè)電機(jī)之間自主制動(dòng)，不需要進(jìn)行能量回饋（6）多傳動(dòng)的單元使得設(shè)備穩(wěn)定性能得以提升，并且控制上更為精準(zhǔn)。表3-1 多傳動(dòng)主要特性優(yōu)點(diǎn)特性集成化和緊湊的尺寸尺寸小可選件內(nèi)置于傳動(dòng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單模塊化冗余設(shè)計(jì) 更少的配件 改進(jìn)的設(shè)計(jì)多種可選件ABB提供滿足用戶要求的標(biāo)準(zhǔn)解決方案通用性的ABB傳動(dòng)技術(shù)工業(yè)傳動(dòng)技術(shù)平臺(tái)友好的用戶接口簡(jiǎn)單快捷的調(diào)試和操作多種連接和通訊方式標(biāo)準(zhǔn)I/O端口可以滿足多數(shù)需求 支持多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議擴(kuò)展編程功能使用靈活。在一些應(yīng)用中可以替代繼電器甚至PLC3.2 直接轉(zhuǎn)矩控制原理3.2.1 直接轉(zhuǎn)矩控制的主要特點(diǎn)直接轉(zhuǎn)矩控制變頻調(diào)速技術(shù)也叫作DTC,是一種新型的高效頻調(diào)速技術(shù) 。在1985年的時(shí)候，狄普布洛克教授第一次提到了根據(jù)六邊形乃至圓形磁鏈軌跡的直接轉(zhuǎn)矩控制理論，該理論沒有繁瑣的坐標(biāo)變換，它是通過在電機(jī)定子坐標(biāo)上計(jì)算轉(zhuǎn)矩的大小與磁鏈的模，然后利用轉(zhuǎn)矩與磁鏈的直接跟蹤從而做到PWM脈寬調(diào)制和系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能。這種方法極大的改善了矢量控制中控制、運(yùn)算繁瑣，特性容易被交流電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化而干擾的情況。而且該方法的出現(xiàn)，就因?yàn)樗碌目刂扑悸罚?jiǎn)明扼的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，較好的靜、動(dòng)態(tài)特性從而備受關(guān)注，然后逐漸的開始發(fā)展。（1）直接轉(zhuǎn)矩控制在定子坐標(biāo)系下研究交流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 , 控制交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與磁鏈,不