变频调速控制系统在造纸机中的应用 造纸机控制系统
关键词:变频调速控制 恒转矩 恒功率 电流环
中图分类号:TP276 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)07(a)-0129-02
在80年代初期为了顺应工业生产自动化的发展要求,一种新的技术发展起来,开辟了一个全新的电机时代,这种技术被称之为变频调速技术。一改传统电动机的低效能调速方式,变频调速技术运用下的电动机及其拖动负载在无须任何改动即可按照生产工艺要求调整转速输出,大幅度降低了电动机功耗,从而达到系统高效运行的目的。20世纪80年代末,该技术正式引入我国并得到了大力推广。现已在造纸、化工、食品等多个行业的电机传动设备中得到实际应用。
1 变频调速控制系统的优异特性
1.1 高效节能
变频调速控制系统能够根据生产负载的变化情况有效地调节输出功率,有效降低系统的损耗,其节能效能是显著的。
1.2 提高系统控制精度,增强系统稳定性
相对传统的调速方式,交流变频调速控制采用计算机控制技术和交流电动机矢量变换控制技术,采取正弦波脉宽调制方式,具备宽的调速范围、高稳态精度、动态响应快、工作效率高以及可以四象限运行等优异性能,其静、动态特性均可以与直流调速系统相媲美。
1.3 具备完善的保护功能及对电网的冲击小
变频调速控制运行中,对过压、欠压、电机过热、过流等现象均能自动保护,增长设备安全运行时间,避免小故障引起的设备损坏。电气传动中电机启动电流低,能够减少对电网的冲击,有效保护电网还能达到节点的效果。
2 传动系统电气自动化控制要求
造纸业的传动系统电气控制主要是速度和转矩的控制,调速范围广,启动稳定平滑,控制精度高以及调速反应及时是现代传动控制发展的方向。
2.1 起动要求
纸机的驱动中,对电气传动控制要求极高,启动时转矩的提升要以合适的斜率曲线上升。它常常在控制环路中引入张力控制以控制纸的松紧度,因此整个纸机各传动点的速度协调非常重要。在一条造纸线中,大约有几十个变频控制的传动点,其中相当一部分存在较大的转动惯量,如烘干部。这些大惯量负载在启动时必需进行惯量补偿(在控制软件程序中可根据经验调整),才能使其平滑、稳定地启动运行,避免引起机械连轴器的损坏。同时,在停车时,由于其大惯量的作用,电机将处于发电状态,必须把它回馈给电网,或用设备就地消耗掉。否则,系统母排将会产生过压危及设备。
2.2 速度要求
由造纸工艺流程可知纸机是一个多单元的速度协调控制系统,各个分部间的速度有着较严谨的速度比例关系,否则会造成断纸或者过度松驰影响成纸质量,因此纸机的各部分要有精度较高的稳速性能。纸机正常工作时,工艺上的变化速度的调节范围不大,一般只在10%～15%。在纸机调整时如检查网部毛布、烘干部预热时要低速爬行,车速约为15～20m/min,此时对稳速没有要求。
2.3 分部调速的要求
纸机上的纸受到牵引力的作用在网部和压榨部产生纵向伸长,在干部纵向继续伸长,当纸含水量降低后,纸张减少纵向伸长,进入压光机和卷取机时,纸张再度牵引而伸长,因此在整个造纸生产线中,各个传动部分的速度是不同,这样可以保持纸幅张力,同时纸机各部分的速度必须是可以调节的,每一部分都有几个传动点,每个传动点都是以上游为基准调节速差,这样可以避免纸幅松驰或过度绷紧而断纸。由于造纸机无需频繁起动且工艺要求的频繁变速范围不大,所以保持速度稳定是纸机传动控制的最主要目标。
3 纸机传动系统的结构组成
3.1 公共母线结构
冠龙纸业公司的传动系统采用AB公司(原RELIANCE公司)的AUTOMATION系统和SA3100交流变频器,本系统所有变频器的供电电源采用直流母线式供电,由于系统传动点较多,因而采用分部直流母线供电。分别是网部,压榨部及干部三个整流电源柜,其中网部和压榨部采用直接整流通过公共母线传送到各逆变器的供电方式,而干部由于考虑烘缸断纸机会较多,且烘缸的转动惯量较大,干部变频装置采用直流母线带回馈单元供电方式且这种方式最大的优点是节能。公共直流母线主要应用于多电机大容量传动系统中,其目的主要使系统在制动过程中产生的再生能源加以合理利用和回收。因为各逆变器是挂接在公共直流母线上的,且各电机的容量各不相同,负载的惯量也各不相同,它们的运行及工作状态也不完全一致。采用公共直流母线可使工作在电动状态的电机从母线上获取电能,而某些传动点,可能由于转动惯量大,在减速、停车或被拖动运行时,会处于再生发电状态而向公共直流母线馈电,为其它电机提供电能,从而达到节能的目的,同时也大大均衡了各逆变器的无功能量,功率因素大为提高,电网谐波较低。
3.2 控制系统配置结构
整个系统的组成如图1。它主要由四个系统机架、上位机、sigma、FlexI/O、及远程操作面板、变频器组成。其中A00为总机架,另外三个支架为从支架,系统机架A00在整个系统中起着协调和分派任务的作用。它利用网络卡和网络适配器通过系统BUS与另三个站点机架及SIGMA进行实时通讯。A00总机架还装有两个REMOTEI/O卡,通过现场总线方式分别与现场FLEXI/O及操作面板PANELVIEW进行通讯。并且它还采用MODBUS协议与(外系统)纸机DCS组成以太网通讯。三个从机架除了CPU、内存卡、网络通讯卡外,还装有许多UDC卡,各UDC卡通过光纤与对应的变频器通讯。
3.3 纸机传动的结构原理
纸机的传动由前往后分以下几段:网部,压榨部,前烘干部,施胶部,红外干燥部,后烘干部,压光部。而每一段都有几个传动点,每个传动点都是以上游为基准调节速差。线速度链的给出是由网部给定,纸机提速就是增加速度链的给定值(即网部驱网辊电机),其他传动点即根据设定的速差,自动跟进。当然也可以单点提速。QCS可通过Ethernet链路获得车速改变参数,及时地控制网前流浆箱的各个稀释水阀的喷浆量,从而精确的控制纸张定量。(见图2)
3.4 负荷分配控制
负荷分配结构如图3所示,在造纸机传动控制中多个点带动一块网或多个传动对象,相互施压合成一定力矩且同步运转的情况,需要进行负荷分配控制,例如在纸机网部中(如图3所示),有真空伏辊和驱网辊2个传动点,利用2台不同功率的电动机驱动同一张网,各传动点之间不是刚性的硬连接而是通过网之间的一种软性接触,这是必然会出现两电机之间的负荷分配问题。
负荷分配的原则理论上要求各个传动点表面辊筒的线速度一致。但由于各传动点的电机功率所驱辊筒的直径及包角都不同,因而具体分配原则也不同,在本系统中驱网辊(主传动)与真空伏辊(从传动)的负荷分配一般设为40%～60%之间。
在控制过程中(如图4所示),运用AUT OMAX机架内部的PID调节器,主传动的电流实际值作为给定值,从传动的电流实际值作为反馈值,经PID调节后生成的输出作为附加给定叠加到速度给定通道,从而实现负荷分配的控制过程。
参考文献
[1] 王占奎,等.变频调速应用百例[M].北京:科学出版社,1999.
[2] 黄煊,撒继铭.造纸机交流变频调速控制系统[J].技术文库,2009,12.
自动数控车床都有哪些结构部件组成?
a)数控装置数控装置的核心是计算机及其软件,它在数控车床中起“指挥”作用:数控装置接收由加工程序送来的各种信息,并经处理和调配后,向驱动机构发出执行命令;在执行过程中,其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置,以便经处理后发出新的执行命令。数控机床是一种装有程序控制系统(数控系统)的自动化机床。该...
海事专业常识
船舶电子电气工程专业主要专业基础课和专业课有:电路原理、模拟电子技术基础、数字电子技术基础、电力电子学、通讯电子线路、自动控制原理、微机原理及应用、船舶局域网技术及应用、可编程序控制器及其通信网络、电机学、交流变频调速系统、船舶电站、船舶电力拖动系统、船舶主机监测与控制系统、船舶辅助控制装置、船舶综合驾...
中国制造电动执行器的企业有哪些?
显示、智能、高效、人性化的结构设计，阀位测量永无磨损，双密封、双保护，非侵入式密封;力矩测量终身不变；可选择Modbus、Profibus、FF等现场总线变频调速控制。应用于火电、水电、油（气）田、炼油厂、输油（气）、钢铁、化工、印染、造纸、水处理等自动化控制系统中。
基于单片机控制的变频器调速控制系统
变频调速作为交流电机调速的主要手段已经在工业领域中应用的十分广泛,其具有的调速范围宽、稳速精度高、动态响应快、适用范围广、运行可靠等技术性能,已逐步取代直流电机调速系统。变频器的控制方式主要有三种:1.通过变频器面板操作,即通过操作面板改变频率的输出和其他运行参数;2.在变频器模拟量输入端输入0～10V或4～...
电动平车主要做什么用的?
电动平车主要应用于冶金、煤炭、机电、重工、造船、轻工业等企业中。具有结构紧凑、承载力强、外形美观、定位准确、自动化程序高、操作简单、转弯行驶平稳、爬坡能力强、行驶距离远、噪音低、易维护、远程操作等优点、适用于各种搬运环境。1、电动平车的电机控制件：采用的是高频调速控制系统，与国内采用的...
在晶闸管可逆调速系统中对逻辑装置的要求有哪些
1、在控制系统中，当一组可控制硅工作时，用逻辑电路封锁另一组的触发脉冲，使该组可控硅完全处于阻断状态，从根本上切断环流的通路。2、不能根据控制系统中的转速给定信号Vgn的极性来确定脉冲封锁的取舍。因为不只是反转时应该开放反组可控硅，在正转制动(或降速)时，也要利用反组。两种情况下，都要...
国产变频器十大名牌是哪些?
成立于1997年，业务范围涵盖智慧能源系统解决方案及应用产品、工业自动化控制系统及电气传动系统解决方案等领域。5、德力西变频 德力西（杭州）变频器有限公司是德力西集团控股的高新技术企业，也是国内最具规模的集研发、生产、销售和技术服务为一体的变频调速器专业厂家之一。6、三变科技 三变科技股份有限公司...
单相永磁同步电机是什么原理?
故异步电动机变频调速在许多场合迅速取代了直流调速系统。交流永磁同步电动机由于其体积小、重量轻、高效节能等一系列优点,越来越引起人们重视,其控制技术日趋成熟,控制器已产品化。中小功率的异步电动机变频调速正逐步为永磁同步电动机调速系统所取代。电梯驱动就是一个典型的例子。电梯的驱动系统对电机的加速、稳速、...
plc电梯实训小结
在分析考虑铁损时异步电机数学模型与磁链优化算法的基础上,以DSP和IPM为核心组成的矢量控制变频调速系统,可以有效地解决实际矢量控制实现时运算量太大而引起的实时性问题。控制系统的硬件结构简单、稳定可靠,且具有动态响应快,控制精确度高的优点,是一种理想的矢量控制实现方案,可广泛应用于以电梯电机为驱动装置的电气传...
转速反馈闭环直流调速系统有哪些局限性
转速反馈闭环直流调速系统的局限性在于对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。对于闭环速度控制器而言，输入量是转速差，而撤掉负反馈后，输入直接变为速度，数量级得到极大的...
黄临四神： 在应用领域而言,变频器在我国各行各业均已得到应用,如冶金、化工、造纸、机械等行业.具体应用更广泛,小型的应用如各行各业的鼓风机、输送机、给料机、搅拌机、研磨机、粉碎机、切纸机、压延机、挤压机、阀门、压缩机、冷却踏、...
都江堰市15882708924： 变频器在印刷机上有什么应用? - ？
黄临四神： 变频调速技术不但较传统调速技术大量节约能源,而且还节约了大量的用于传动和调速的大量自然资源,使设备的结构大大简化.尤其变频器在张力控制、复卷、分切,以至在独立驱动设备上的应用,将进一步开拓变频器的应用领域.目前,在应用相当广泛的切纸机上还没有应用变频器的实例,应引起变频器制造企业的关注.
都江堰市15882708924： 低压变频器主要应用在哪些领域 - ？
黄临四神： 风机、水泵、空调、工业机械、化工等很多方面,可以说很多领域,一句话,只要有需要交流电机变速的场合,都可以应用变频器,一是用于平滑变速,二是用于自动控制,三是用于节能.
都江堰市15882708924： 变频调速技术的原理是什么,有什么应用? - ？
黄临四神： 变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系:n=60f(1-s)/p,(式中n、f、s、p分别表示转速、输入频率、电机转差率、电机磁极对数);通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的.变频器就是基于上...
都江堰市15882708924： 变频调速在什么上应用?有什么好处?变频调速在什么上应用? - ？
黄临四神： 对有调速要求的转动机械上都能应用 有什么好处? 在变频调速实现之前(理论上早已实现,但是真正实现是在电力电子器件发明之后)传统调速采用直流,直流调速的缺点是: 1、直流电机结构复杂,维护成本高 2、由于换向器的存在,直流电机功率已经没有多少上升空间. 因此变频调速的好处在于: 1、可以使交流电机得到比直流调速一样优异的调速性能 2、交流鼠笼式异步电机维护简单方便 3、交流电机功率不存在换向器的限制
都江堰市15882708924： 变频器的作用是什么?能应用于哪些方面? - ？
黄临四神： 变频调速已被公认为是最理想、最有发展前途的调速方式之一,采用通用变频器构成变频调速传动系统的主要目的,一是为了满足提高劳动生产率、改善产品质量、提高设备自动化程度、提高生活质量及改善生活环境等要求;二是为了节约能源...
都江堰市15882708924： 变频器在各个方面的应用 - ？
黄临四神： 变频器在节能方面的应用: 风机、泵类负载采用变频调速后,节电率可达到20%--60%,这是因为风机、泵类负载的实际消耗功率基本与转速的3次方成比例.以节能为目的的变频器的应用,在最近几十年来发展非常迅速,据有关方面统计,我...
都江堰市15882708924： 纸厂设备节能措施 - ？
黄临四神： 变频作用不大,你把他功率下来了,你个工艺要求达不到了,碎浆效果都差了,还谈什么节能,如果觉得电流大做个软启动就好了,比变频要便宜
都江堰市15882708924： 变频器的控制方式与负载特性 - ？
黄临四神： 变频器的选型: 变频器的正确选择对于控制系统的正常运行是非常关键的.选择变频器时必须要充分了解变频器所驱动的负载特性.人们在实践中常将生产机械分为三种类型:恒转矩负载、恒功率负载和风机、水泵负载.恒转矩负载:负载转...
都江堰市15882708924： 怎么可以调节电机转速 ？
黄临四神： 控制电机的转速,可以使用调压、变频的方式.现在普遍使用的是变频方式,通过变频器改变电机的运行频率而改变电机的转速.变频器的频率是可以随意设定的,不同的...
