七喜HD700變頻器在造紙行業(yè)的應(yīng)用
一、概述
造紙行業(yè)是我國的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一,目前我國紙漿造紙企業(yè)數(shù)目大、分布廣,在整個國民經(jīng)濟中占有重要的地位。
造紙工業(yè)主要包括原料加工、制漿、造紙、制成卷筒或平張成品,以及加工成紙張和紙板等工序。
原料加工:造紙原料在蒸煮或磨漿前,按蒸煮或磨漿工藝要求進行預(yù)處理和加工。
制漿:將植物原料分離成纖維的過程。
圖1 造紙生產(chǎn)線
二、造紙機械設(shè)備
造紙機主要指使紙漿形成紙幅的分部聯(lián)動的全套設(shè)備,基本組成部分按照紙張形成的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機、卷紙機等。其工藝流程為:流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型,在壓榨部進行壓縮使紙層均勻,經(jīng)過前干燥進行干燥,接著進入后壓榨進行施膠,再進入后干燥器烘干處理,然后利用壓光機使紙張平滑,最后通過卷紙機形成母紙卷。其工藝流程圖如下:
圖2 造紙工藝流程圖
造紙工藝是一個連續(xù)生產(chǎn)過程,因此生產(chǎn)線的連續(xù)和有序控制成為造紙工藝的關(guān)鍵。以前造紙領(lǐng)域一般使用直流調(diào)速(適用于大中紙機)和滑差電動機(適用于中小紙機)控制,近年來,大量變頻器進入造紙行業(yè),并已取得良好的技術(shù)和市場效果。
三、造紙機上的七喜HD700變頻器
普通造紙系統(tǒng)以速度控制為基礎(chǔ),各分部聯(lián)合控制多臺電機。廣州七喜智能設(shè)備生產(chǎn)的HD700變頻器以其控制性能優(yōu)異、維護成本低、適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強等特點,廣泛應(yīng)用于造紙行業(yè)。廣西某造紙廠應(yīng)用的系統(tǒng)中,控制部分主要由PLC和七喜HD700變頻器組成,PLC通過通訊方式控制變頻器,從而對電機變頻調(diào)速,達到傳動的協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)拓撲圖如圖3:
圖3 造紙機械控制系統(tǒng)
由紙漿到成紙,需經(jīng)過壓力噴漿上漿、壓榨、干燥、壓光和卷繞等多個分部。造紙機上的紙受到牽引力的作用,在網(wǎng)部和壓榨部產(chǎn)生縱向伸長,在干燥部縱向繼續(xù)伸長。當紙含水量降低后,縱向伸長變形減少。在進入壓光機和卷紙機時,紙再度牽引而伸長。因此在整個紙張生產(chǎn)線中,各分部的速度不同可以保持紙幅張力。一般后一級張力要略大于前一級,這要求高精度、穩(wěn)定可靠地成比例協(xié)調(diào)控制各分部間線速度,否則會紙幅松弛或過度繃緊而斷紙。各分部速度還要獨立控制,有微升、微降及繃緊等調(diào)節(jié)功能,以調(diào)節(jié)前后兩分部間的速差。同時,這種速度比例協(xié)調(diào)關(guān)系應(yīng)在改變車速或重新開機后繼續(xù)保持,不需重新調(diào)節(jié)。另外,造紙機無須頻繁起動,工藝要求的變速范圍不大,但存在傳動慣量較大的分部,如烘缸等,需要平穩(wěn)起動,避免引起機械沖擊、磨損,所以穩(wěn)速是造紙機控制的最主要目標。
圖4:電氣控制示意圖
在造紙傳動控制中,多個傳動點帶動一塊網(wǎng)部或多個傳動對象相互施壓合成一定力矩并同步運轉(zhuǎn),采用負荷分配控制,各關(guān)聯(lián)傳動電機根據(jù)各自的負荷按比例合理承擔功率輸出。負荷分配調(diào)節(jié)不好,將會造成整個負荷環(huán)路各傳動點負載失衡,線速不同步,無法正常運行。
七喜HD700高性能通用型變頻器具有良好的矢量控制特性和豐富的控制功能,強大的可編程邏輯模塊讓用戶可以靈活應(yīng)用,滿足復(fù)雜工藝的控制要求。支持Modbus、Profibus DP等通訊,較高的頻率給定分辨率和輸出頻率精度,足以滿足連續(xù)、高效生產(chǎn)應(yīng)用的需求。本例中的造紙機主要生產(chǎn)包裝用紙,網(wǎng)部的復(fù)壓下輥作為主傳動,真空壓榨為從傳動。主傳動采用基本的速度控制方式,從傳動采用負荷分配控制。系統(tǒng)采用Modbus通訊協(xié)議結(jié)合PLC程序來完成速度鏈的控制,實現(xiàn)給定的數(shù)字化控制,避免了模擬控制速度鏈給定環(huán)節(jié)的信號漂移。各分部的七喜HD700變頻器采用開環(huán)矢量控制方式或V/F 控制模式,實現(xiàn)壓榨部負荷鏈的負荷分配。在從機控制中,運用七喜HD700變頻器內(nèi)部PID修正頻率主給定,以主傳動的轉(zhuǎn)矩輸出作為從機PID給定值,從傳動的轉(zhuǎn)矩輸出經(jīng)低通濾波后作為PID反饋值,調(diào)節(jié)PID給定量和反饋量的增益,保證了控制精度,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
圖5 負荷分配控制示意圖
二、HD700變頻器在造紙機械上的特點
廣州七喜智能的變頻器產(chǎn)品線有HD700、HD800、HD710、HD71等多個系列,現(xiàn)造紙機械上正使用的HD700變頻器具有低頻力矩大、動態(tài)響應(yīng)速度快、精度高、噪音低等優(yōu)點。該產(chǎn)品使用雙CPU控制,控制更加精準,先進的矢量控制算法,使低頻輸出力矩進一步提高。在紙機控制中具有以下特點:
(1)輸出頻率0.01 Hz~2000.0Hz,可設(shè)定的V/F曲線與自定義曲線;
(2)超低噪音,載波頻率可以在1K~15K可調(diào)整;
(3)完善的保護功能,系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性高;內(nèi)置EMC濾波器;
(4)5.5KW及以上功率標配直流電抗器,減小電流脈動值,改善輸入功率因數(shù)。
(5)全系列產(chǎn)品通過美國UL認證,產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。
(6)IGBT節(jié)溫模型設(shè)計及獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計,更好適應(yīng)高溫高濕環(huán)境。
(7)具有高級功能模塊,可自由編程,滿足客戶特殊需求。
三、總結(jié)
傳統(tǒng)造紙機械的弊端:
(1)造紙機使用電機功率較大,工頻直接啟動對電網(wǎng)、設(shè)備沖擊大、耗電量大;
(2)大電流沖擊造成設(shè)備老化快,電機故障率高,維護費用高;
(3)舊式造紙設(shè)備是靠滑差電機變速,速度精度低,誤差大,對產(chǎn)品的質(zhì)量影響大;
(4)磨漿工藝中電機不能調(diào)速使磨漿的精度不夠,粗細不均;
(5)流量控制是靠手工來調(diào)整,影響制漿流量的穩(wěn)定,從而導(dǎo)致最后出來的產(chǎn)品的均勻度收到影響;
(6)烘干設(shè)備的壓力也是靠人工調(diào)整控制,烘干效果受到影響,使得產(chǎn)品的韌性不均勻;
(7)收卷電機是靠滑差電機調(diào)速來完成,調(diào)速精度低,誤差大,造成紙巾拉力不恒定;
(8)出來的紙巾韌性和均勻度降低,嚴重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。調(diào)速不當還會造成紙巾被拉斷的現(xiàn)象。
使用變頻器后造紙機械的優(yōu)勢:
(1)電機以軟啟動方式啟動,減少對電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊,有效保護設(shè)備和電網(wǎng);
(2)變頻器的過壓、過流、欠壓、過熱等多種保護使電機和設(shè)備故障率低,維護成本降低;
(3)變頻調(diào)速系統(tǒng)提高電機調(diào)速精度,速度平滑穩(wěn)定,大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量;
(4)變頻調(diào)速可以隨意調(diào)整磨漿泵的速度,大大改善了制漿的均勻度,從而提高制漿環(huán)節(jié)的質(zhì)量和效率;
(5)通過變頻系統(tǒng)來自動控制紙漿的流量和烘干系統(tǒng)的壓力,從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量;
(6)七喜HD700變頻器可以輸出的模擬信號、流量控制器信號、烘干系統(tǒng)的氣壓信號,三個信號一起輸入到控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)根據(jù)主機的速度來自動調(diào)節(jié)制漿的流量和烘干系統(tǒng)的烘干壓力,從而減少操作環(huán)節(jié),使操作簡單方便,實用性強;
(7)輸入電壓范圍寬,更適用于遠離電網(wǎng)、電壓波動范圍大的場合;
(8)運行轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)精度高,速度波動范圍小,保證產(chǎn)品的質(zhì)量;
(9)低頻轉(zhuǎn)矩大,轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快。
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