变频器在板纸机直流传动换代改造中的应用
日期：2008-10-22 23:30:02 来源：中国自动化网
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1 引言
早期的造纸机、印刷机及多数对速度调节控制要求较高的工业设备、传动系统都采用直流调节控制装置，驱动直流电动机进行速度调节控制。直流调节装置大都为模拟器件，调试难度大、稳定性差、故障率高。直流电动机电刷、换向器及测速机损耗大，均为硬接触性磨损，互换性差、稳定周期差、故障率高、维修耗时长、难度大、成本高、设备效率低、产能影响大，此类设备目前在国内尚占有相当比重。近10年来，交流变频调速技术的发展成熟，交流变频调速取代直流调速成为发展趋势。本文以一条1995年制造的分部加总轴直流传动板纸机为例，简要介绍了森兰SB80工程型矢量变频器在旧设备换代改造中的应用。
2 面临问题
我司一条1880mm幅宽板纸机生产线系1995年制造的三圆网、二级压榨、三烘缸造纸机。原传动模式为三网、两压共用一台100kW直流电动机传动；三缸及压光、卷纸机三个分部总轴由一台100kW直流电动机传动；以两套SIED900直流传动装置、模拟速度链构成分部加总轴速度调节控制系统。由于使用年限已久，系统老化，机械吻合褪化造成工艺控制难度加大，经常出现负载不稳定引起速差，成纸纸页频繁断裂，产能及成纸质量下降，设备效率低，且直流控制装置及直流电动机均已接近使用寿命极限。三网两压传动部需考虑更换直流电动机，但造价高，订货周期长，直流控制装置需特别订制，调试难度大。
3 改造思路
根据近年来采用交流电动机变频调速的经验总结，考虑与我司现使用的变频器的通讯及主要控制功能兼容性、投资性价比、工艺控制操作习惯、现有工艺控制、现场布局配置及改造耗时等诸多因素，拟对三网、两压传动点进行局部换代改造。经过对现有变频器市场的大致调研，最后选用森兰SB80工程型矢量控制变频器。该公司属国内领先著名品牌变频器制造商，技术实力雄厚，高、中低档机型系列齐全。所选机属高档机型价位适中，性价比高，主要亮点为：功能强大、通讯兼容性好，可兼容ABB-MODBUS、西门子USS通讯协议及CAN接口的通讯协议，售后服务及技术支持力量雄厚，响应快捷。
对普通鼠笼式电动机进行速度调节控制，根据变频器输出端口重新配置现场操作台速度及电流显示，利用原有控缆进行分离连接控制。根据实际负载情况的测算，拟配置一台SB80－55T4变频器，一台Y－280M6/55kW电动机。
4 控制要求及系统设计
鉴于纸机的设备构成现状及工艺操作习惯，控制要求需包括爬行/运行两种运行状态。爬行状态用于工艺输出准备及调整阶段，习惯上采用固定一定速度低速运行；运行状态即为生产状态，运行速度需根据订单要求进行调节控制。检测传动负载率及运行速度，便于进行及时调控。速度给定习惯上多采用电位器给定形式，与产生滑动触头故障及抗干扰能力差产生扰动，故选用多段速加MOP模式按钮升、降速微调控制加MOP减量保存，使爬行/运行状态切换及记忆能满足工艺操作习惯，增设急停按钮满足安全需求；同时考虑爬行阶段低转速时电动机的散热要求和运行阶段电动机转速低于90％额定转速的散热要求，外置电动机散热风机作为电机保护。
4.1系统构成
（1） 硬件构成
系统构成见图1。
图1 系统硬件组成原理图
（2） 参数设置
系统蚕室设置见附表。
附表 主要参数表
4.2运行调试及使用效果
（1） 调试
核对确认接线无误后，断开负载，根据参数设置表设置电动机参数后，进行电动机参数旋转自整定，然后根据控制要求进行相应参数设置，并开机试运行，检验各功能，按钮符合设计控制要求后，使用E3－30，31；E3-32，33对A01，A02口进行显示电流，速度参数修正，即可投入正式运行。控制精度要求较高时，可根据用户手册对速度调节器参数进行相应调节设定，以达到满意的控制效果。
（2） 使用效果
通过一个阶段的运行实验验证，改造完全达到预期目标；现有系统虽变为交流变频调速加直流调速混合系统，断开了速度链耦合，但消除了原速度链引发的前后调节扰动，变为准分部调节方式。速度调控平稳，灵活自如，运行稳定；同时消除了直流控制装置爬行/运行切换调控不当造成的过载冲击跳闸和零起动（给定伺服为零的异地起动）状态；成纸断纸率下降65％～80％，设备效率明显提升，产能提高25％～29％，能耗下降8％；性价比：以略高于原配置型号一台直流电动机的投资，完成了包括电动机、工程变频器的系统置换改造。改造部分分属硬特性要求较高的分部，采用矢量控制模式，节电效果不甚明显。总轴部分的改造，拟采用V/F控制模式，即可满足工艺要求，则节电效果可望达到20％以上。系统改造易于实现：以一个工作日的时间，完成系统的拆旧、更新改装接线及调试工作。工程量小，特别适合旧设备改造企业应用借鉴。
5 结束语
目前，国内中小企业拥有的6～10年的老式直流传动控制设备为数不少，大多已进入换代周期，交流变频调速传动技术已臻成熟，成为换代首选。国产变频器的性价比已高，质量技术指标已可与国外著名品牌相媲美，维护及技术支持方便快捷、费用低廉，越来越受到企业的青睐。本文选用的SB80矢量系列变频器，系国产主要品牌，高、中、低应用档次系列齐全，对主要国际著名品牌机的兼容性较为全面。下一步：我们拟用该品牌SB80B系列对西门子MM440系列变频器进行直接代换及通讯兼容应用尝试，以期进一步降低企业应用成本。
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早期的造纸机、印刷机及多数对速度调节控制要求较高的工业设备、传动系统都采用直流调节控制装置，驱动直流电动机进行速度调节控制。直流调节装置大都为模拟器件，调试难度大、稳定性差、故障率高。直流电动机电刷、换向器及测速机损耗大，均为硬接触性磨损，互换性差、稳定周期差、故障率高、维修耗时长、难度大、成本高、设备效率低、产能影响大，此类设备目前在国内尚占有相当比重。近10年来，交流变频调速技术的发展成熟，交流变频调速取代直流调速成为发展趋势。本文以一条1995年制造的分部加总轴直流传动板纸机为例，简要介绍了森兰SB80工程型矢量变频器在旧设备换代改造中的应用。
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2 面临问题
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我司一条1880mm幅宽板纸机生产线系1995年制造的三圆网、二级压榨、三烘缸造纸机。原传动模式为三网、两压共用一台100kW直流电动机传动；三缸及压光、卷纸机三个分部总轴由一台100kW直流电动机传动；以两套SIED900直流传动装置、模拟速度链构成分部加总轴速度调节控制系统。由于使用年限已久，系统老化，机械吻合褪化造成工艺控制难度加大，经常出现负载不稳定引起速差，成纸纸页频繁断裂，产能及成纸质量下降，设备效率低，且直流控制装置及直流电动机均已接近使用寿命极限。三网两压传动部需考虑更换直流电动机，但造价高，订货周期长，直流控制装置需特别订制，调试难度大。
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3 改造思路
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根据近年来采用交流电动机变频调速的经验总结，考虑与我司现使用的变频器的通讯及主要控制功能兼容性、投资性价比、工艺控制操作习惯、现有工艺控制、现场布局配置及改造耗时等诸多因素，拟对三网、两压传动点进行局部换代改造。经过对现有变频器市场的大致调研，最后选用森兰SB80工程型矢量控制变频器。该公司属国内领先著名品牌变频器制造商，技术实力雄厚，高、中低档机型系列齐全。所选机属高档机型价位适中，性价比高，主要亮点为：功能强大、通讯兼容性好，可兼容ABB-MODBUS、西门子USS通讯协议及CAN接口的通讯协议，售后服务及技术支持力量雄厚，响应快捷。
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4 控制要求及系统设计
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鉴于纸机的设备构成现状及工艺操作习惯，控制要求需包括爬行/运行两种运行状态。爬行状态用于工艺输出准备及调整阶段，习惯上采用固定一定速度低速运行；运行状态即为生产状态，运行速度需根据订单要求进行调节控制。检测传动负载率及运行速度，便于进行及时调控。速度给定习惯上多采用电位器给定形式，与产生滑动触头故障及抗干扰能力差产生扰动，故选用多段速加MOP模式按钮升、降速微调控制加MOP减量保存，使爬行/运行状态切换及记忆能满足工艺操作习惯，增设急停按钮满足安全需求；同时考虑爬行阶段低转速时电动机的散热要求和运行阶段电动机转速低于90％额定转速的散热要求，外置电动机散热风机作为电机保护。
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4.1系统构成
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（1） 硬件构成
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系统构成见图1。
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（2） 参数设置
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（2） 使用效果
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通过一个阶段的运行实验验证，改造完全达到预期目标；现有系统虽变为交流变频调速加直流调速混合系统，断开了速度链耦合，但消除了原速度链引发的前后调节扰动，变为准分部调节方式。速度调控平稳，灵活自如，运行稳定；同时消除了直流控制装置爬行/运行切换调控不当造成的过载冲击跳闸和零起动（给定伺服为零的异地起动）状态；成纸断纸率下降65％～80％，设备效率明显提升，产能提高25％～29％，能耗下降8％；性价比：以略高于原配置型号一台直流电动机的投资，完成了包括电动机、工程变频器的系统置换改造。改造部分分属硬特性要求较高的分部，采用矢量控制模式，节电效果不甚明显。总轴部分的改造，拟采用V/F控制模式，即可满足工艺要求，则节电效果可望达到20％以上。系统改造易于实现：以一个工作日的时间，完成系统的拆旧、更新改装接线及调试工作。工程量小，特别适合旧设备改造企业应用借鉴。
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目前，国内中小企业拥有的6～10年的老式直流传动控制设备为数不少，大多已进入换代周期，交流变频调速传动技术已臻成熟，成为换代首选。国产变频器的性价比已高，质量技术指标已可与国外著名品牌相媲美，维护及技术支持方便快捷、费用低廉，越来越受到企业的青睐。本文选用的SB80矢量系列变频器，系国产主要品牌，高、中、低应用档次系列齐全，对主要国际著名品牌机的兼容性较为全面。下一步：我们拟用该品牌SB80B系列对西门子MM440系列变频器进行直接代换及通讯兼容应用尝试，以期进一步降低企业应用成本。
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