如何選擇造紙機電控系統(tǒng)變頻器

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引言

現(xiàn)在造紙機傳動控制基本上全部采用交流變頻傳動控制系統(tǒng)，而市場上變頻器品牌眾多，功能各異。面對如此眾多的變頻器產(chǎn)品，如何選擇變頻器及相應的控制系統(tǒng)成為各廠家的難題，下面簡單介紹造紙機對變頻器的基本要求，以及如何選擇變頻器。

1、紙機傳動特性與變頻器機械特性

造紙機傳動屬于恒轉(zhuǎn)矩負載，所以要求電機采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。要求變頻器工作在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制狀態(tài)，所以應該選用恒轉(zhuǎn)矩機械負載變頻器。

有的公司對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速采用不同型號的變頻器，如西門子公司的ECO風機、水泵控制用變頻器和MDV、6SE70恒轉(zhuǎn)矩變頻器。有的公司對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速采用同一型號的變頻器，對于同一臺變頻器采用不同的控制方式所接配的電機不同，變頻器內(nèi)部參數(shù)設(shè)置不同。如ABB公司 ACS400、ACS600系列變頻器。比如型號為ACS401-0030的變頻器在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速控制接配電機22Kw，在風機、水泵恒功率控制接配電機為 30Kw。所以用戶應該了解變頻器的機械特性匹配。

2、頻率分辨率對紙機傳動性能的影響

頻率分辨率是衡量變頻器的重要指標。頻率分辨率包含頻率給定分辨率和頻率控制分辨率。

1、頻率給定分辨率指變頻器的給定通道對輸入信號的分辨率，一般指模擬輸入通道AD的位數(shù)。對于通訊通道一般給定精度遠遠大于模擬通道，所以模擬給定通道若能滿足要求，通訊通道是絕對滿足的。

一般紙機對傳動調(diào)速的控制精度要求為0.1%，對于一臺確定的造紙機從頻率分辨率的角度來說，若能在最低速滿足給定控制精度，則在高速運行是沒有問題的。下面我們舉例說明：

設(shè)本臺紙機在低速抄紙，變頻器運行頻率為10Hz，則要求給定精度為：10*0.1%=0.01Hz

所以要求變頻器的頻率分辨率必須能夠小于0.01Hz。

設(shè)本臺紙機在高速抄紙，變頻器運行頻率為50Hz，則要求給定精度為：

50*0.1%=0.05Hz

所以要求變頻器的頻率分辨率必須能夠小于0.05Hz。

所以我們在選擇傳動系統(tǒng)時注意紙機低速時變頻器能否滿足控制精度的要求。而不必擔心高速的給定精度。給定精度也可以通過變頻器參數(shù)來進行調(diào)節(jié)，但缺點是在改變工作狀態(tài)時需要重新調(diào)整參數(shù)。

如一臺用于流漿箱控制的上漿泵變頻器，其運行頻率一般在30~50Hz之間，控制采用SR73A調(diào)節(jié)器，但是流漿箱液位無法穩(wěn)定，上漿量忽大忽小，變頻器始終調(diào)節(jié)不能穩(wěn)定。原因變頻器設(shè)定分辨率不夠。給定忽大忽小，1mA對應2.5Hz。我們可以調(diào)節(jié)參數(shù)，變頻器的最小給定為30Hz，即給定0mA對應 30Hz，給定20mA對應50Hz，這樣1mA對應1Hz，給定頻率分辨率提高了2.5倍。

2、頻率控制分辨率指變頻器的輸出最小分辨率，通常說變頻器是無級調(diào)速是相對而言的。變頻器有它的最小分辨率，每次調(diào)速頻率的最小變化?，F(xiàn)在變頻器的最小分辨率一般為0.01Hz。用戶在選擇變頻器時應該注意頻率分辨率是否能滿足設(shè)備需要。

3、具有轉(zhuǎn)差補償變頻器對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的影響

交流異步電機都存在轉(zhuǎn)差頻率，電機的輸出轉(zhuǎn)矩和功率與轉(zhuǎn)差頻率成正比，變頻器為了提高速度控制精度，對電機控制采用轉(zhuǎn)差補償。

依據(jù)異步電機的機械特性，當負載轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)差頻率增大，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生速降。轉(zhuǎn)差補償就是利用依據(jù)負載改變定子同步頻率，以補償轉(zhuǎn)子因為負載的速降，消除調(diào)速靜差，從而保證轉(zhuǎn)子的速度維持恒定。

變頻器的轉(zhuǎn)差補償依據(jù)電機的機械特性進行，變頻器要求輸入電機銘牌參數(shù)，依據(jù)銘牌參數(shù)來確定電機的控制數(shù)學模型，轉(zhuǎn)差補償量應為：

由于電機在變頻控制調(diào)速過程中，不同公司的電機的阻抗不同，所以轉(zhuǎn)差補償在有時是欠補償，有時為過補償。因此對系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)、動態(tài)精度會有一定的影響。

所以在使用變頻器的過程中合理使用轉(zhuǎn)差補償會消除靜差，提高系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差補償可以獲得特殊的機械特性，在板紙機、瓦楞紙機調(diào)試運行中非常重要。

4、變頻器功能的基本要求

紙機對變頻器功能的要求與選擇的上位控制系統(tǒng)有關(guān)，不同的控制方式對變頻器的功能有不同的要求。紙機一般要求在操作臺上能夠?qū)ψ冾l器進行起停、爬行/運行、速度微調(diào)等控制操作；能夠顯示分部線速度、電機電流等功能；能夠顯示變頻器工作狀態(tài)等功能。

下面列舉在不同的控制方式下對變頻器的功能要求。

1、模擬控制與速度鏈控制器控制：

要求變頻器有兩路以上的模擬量輸入和輸出功能；兩路以上的數(shù)字量輸入功能；兩路數(shù)字量輸出功能。

兩路模擬量輸入用于速度給定和反饋輸入，第三路模擬量輸入用于速度附加給定控制。兩路模擬量輸出一路用于顯示分部線速度，一路用于顯示變頻器輸出電流。兩路以上的數(shù)字量輸入用于起起?？刂坪团佬?運行轉(zhuǎn)換控制。兩路數(shù)字量輸出用于顯示變頻器的工作狀態(tài)。

2、電動電位器控制方式：

要求變頻器有兩路模擬量輸出功能；四路以上的數(shù)字量輸入功能；兩路數(shù)字量輸出功能。

兩路模擬量輸出一路用于顯示分部線速度，一路用于顯示變頻器輸出電流。兩路數(shù)字量輸入用于起?？刂坪团佬?運行轉(zhuǎn)換控制；兩路數(shù)字量用于速度微調(diào)控制。兩路數(shù)字量輸出用于顯示變頻器的工作狀態(tài)。

3、PLC通訊控制方式

PLC通訊控制方式按照操作方式分有兩種控制方式，一種是采用傳統(tǒng)的按鈕操作方式，另一種為觸摸屏操作方式。這兩種控制方式要求變頻器有通訊控制功能和對應的通訊適配器。如Modbus網(wǎng)絡(luò)要求有Modbus通訊板；Profibus—DP總線要求有Profibus—DP通訊板。

（1）、按鈕控制方式要求變頻器有兩路模擬量輸出功能；兩路的數(shù)字量輸入功能；兩路數(shù)字量輸出功能。兩路模擬量輸出一路用于顯示分部線速度，一路用于顯示變頻器輸出電流。兩路數(shù)字量輸入用于起?？刂坪团佬?運行轉(zhuǎn)換控制；兩路數(shù)字量輸出用于顯示變頻器的工作狀態(tài)。

（2）、觸摸屏控制方式要求變頻器有一路數(shù)字量輸入，用于急停功能。其它顯示控制都在觸摸屏上進行。

5、結(jié) 語

該特一臺造紙機能否正常運轉(zhuǎn)并能使所生產(chǎn)出的產(chǎn)品滿足客戶的要求，不僅僅是工藝一方面所能決定，其電氣傳動控制系統(tǒng)起了舉足輕重的作用。因此，如何選擇一套好的傳動系統(tǒng)（即選擇一種此系統(tǒng)的核心裝置—變頻器）就顯得尤為重要，文中為作者從事多年造紙傳動系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)工作的所得，供大家參考。（CIO時代網(wǎng)）