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一 系統(tǒng)概述
某造紙廠生產(chǎn)線1600紙機(jī)自84年投入使用，每年都創(chuàng)造著良好的經(jīng)濟(jì)效益，特別是自從96年以來通過一系列的改造（如二次涂布的改造、二組烘缸提高干燥能力的改造、上網(wǎng)絕干量控制的改造以及新增3米大缸的改造）之后，其產(chǎn)質(zhì)量已得到了飛躍的提高，產(chǎn)量由過去的年產(chǎn)1.１萬噸增加到1.7萬噸，質(zhì)量也今非昔比。隨著產(chǎn)量的提高，紙機(jī)暴露出設(shè)計(jì)車速較低的問題，生產(chǎn)車速已經(jīng)達(dá)到傳動(dòng)系統(tǒng)的最高設(shè)計(jì)車速75米/分，并且原來的直流總軸傳動(dòng)方式表現(xiàn)出來的速度慢、傳動(dòng)效率低、耗能高、控制方式落后、維護(hù)困難等缺點(diǎn)，大大制約了紙廠的進(jìn)一步發(fā)展。為了使產(chǎn)品在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，決定通過改變紙機(jī)的傳動(dòng)方式，以提高紙機(jī)的生產(chǎn)車速，擴(kuò)大產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率，減少設(shè)備故障和設(shè)備維護(hù)成本，以創(chuàng)造更大效益。
二 系統(tǒng)要求
原有紙機(jī)采用單直流電機(jī)總軸傳動(dòng)，通過機(jī)械分配轉(zhuǎn)速的方式，如下圖所示。由于在生產(chǎn)過程中機(jī)械磨損、皮帶的打滑等因素，造成速度匹配失調(diào)，容易形成斷紙、厚薄不均等現(xiàn)象。同時(shí)由于現(xiàn)場(chǎng)高溫潮濕，使直流電機(jī)維護(hù)量增加。為了優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，取消直流電機(jī)及其動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)部分，在每一個(gè)傳動(dòng)分部安裝交流電機(jī)，采用交流分部傳動(dòng)方式。

在這次改造中我們采用了西門子公司的交流傳動(dòng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，通過先進(jìn)的控制方式，方便的人機(jī)交互系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的全自動(dòng)化，改造的基本目標(biāo)如下：
1． 提高生產(chǎn)車速：紙機(jī)的車速由原來的最高75米/分提高至125米/分。
2． 操作方便：由于采用了人機(jī)接口，可以直觀的了解設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)及狀況，操作簡(jiǎn)單，便于調(diào)試。
3． 節(jié)能：由于棄用了原機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，大大降低了機(jī)械損耗，而且由于交流變頻傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)一部分變頻器處于發(fā)電狀態(tài)，進(jìn)一步節(jié)省了電能，初步估計(jì)比原系統(tǒng)節(jié)電40％左右。
4． 可靠性高：由于棄用了機(jī)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)的可靠性，節(jié)約了維護(hù)的費(fèi)用，簡(jiǎn)化了維護(hù)的過程。
5． 產(chǎn)品質(zhì)量的提高：避免了直流電機(jī)的電刷粉塵對(duì)紙張質(zhì)量的影響， 各部分的負(fù)荷控制和傳動(dòng)的管理比較方便，便于生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制和調(diào)整，降低維護(hù)費(fèi)用和節(jié)省勞動(dòng)力。
三 系統(tǒng)配置與功能實(shí)現(xiàn)
1．系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：


2．系統(tǒng)原理概述：
通過交流變頻器控制每個(gè)傳動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，經(jīng)過減速箱傳遞給各個(gè)部分的傳動(dòng)軸，電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過光電編碼器反饋回變頻器，通過矢量運(yùn)算，變頻器能夠確定和控制轉(zhuǎn)矩和磁通的電流分量，從而獲得同直流傳動(dòng)相媲美的動(dòng)態(tài)特性。上位控制系統(tǒng)通過總線的通訊方式控制每一臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)工藝要求實(shí)現(xiàn)全線的速度同步、張力控制和加減速控制等，實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的監(jiān)視與參數(shù)調(diào)節(jié)。
3．設(shè)備組成：
交流傳動(dòng)系統(tǒng)采用西門子MasterDrives全數(shù)字變頻調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高精度的矢量控制方式。整個(gè)系統(tǒng)采用公用直流母線工作方式，由一臺(tái)整流單元，23臺(tái)逆變單元等構(gòu)成。傳動(dòng)電機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)4極電機(jī)，增量型編碼器作為速度反饋裝置。每臺(tái)逆變單元中安裝現(xiàn)場(chǎng)總線控制卡CBP，可將調(diào)速裝置中的各種工作狀態(tài)和工作參數(shù)傳送給上級(jí)控制系統(tǒng)西門子S7-300 PLC，實(shí)現(xiàn)全線高精度的速度同步。整流單元將三相380V的交流電轉(zhuǎn)換成540V的直流電供給逆變器，當(dāng)系統(tǒng)處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，可以通過制動(dòng)單元制動(dòng)。
四 使用效果分析
紙機(jī)傳動(dòng)改造工程自籌備開始，在短短的3個(gè)月內(nèi)就完成了由設(shè)計(jì)、采購到安裝調(diào)試的全過程。在停機(jī)改造期間，我們克服了種種困難，加班加點(diǎn)使新的傳動(dòng)系統(tǒng)按時(shí)完成并進(jìn)行了連續(xù)72小時(shí)無故障運(yùn)行的測(cè)試，其各項(xiàng)指針均達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。主要表現(xiàn)在：
1．系統(tǒng)調(diào)速精度高，性能安全、可靠、穩(wěn)定。
由于系統(tǒng)的性能提高，而且操作監(jiān)測(cè)方便，操作人員在引紙時(shí)的斷紙現(xiàn)象大為減少，并且改變了過去因車速不穩(wěn)定而不能解決的問題：在底層先引好紙后再上面漿，這就大大減少了生產(chǎn)過程中面漿的損耗，節(jié)約了生產(chǎn)材料。
2．切紙機(jī)的精度大為改善
切紙機(jī)的長(zhǎng)刀過去采用的是機(jī)械調(diào)速方式，當(dāng)生產(chǎn)中需要改變紙的分切長(zhǎng)度時(shí)，操作人員就要手動(dòng)調(diào)節(jié)長(zhǎng)刀的機(jī)械傳動(dòng)比，這種調(diào)節(jié)方式精度差，調(diào)刀時(shí)間長(zhǎng)，這次改造中我們運(yùn)用PLC來自動(dòng)計(jì)算切紙長(zhǎng)度與長(zhǎng)刀電機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系，然后通過控制長(zhǎng)刀電機(jī)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到分切長(zhǎng)度準(zhǔn)確、調(diào)刀方便快捷的功能，其分切精度由過去的±0.2％提高到±0.1％，而調(diào)節(jié)時(shí)間由過去的10分鐘減少到現(xiàn)在的30秒，各項(xiàng)指標(biāo)創(chuàng)造了國(guó)內(nèi)同類切紙機(jī)的新記錄。
3．節(jié)能效果明顯
紙機(jī)交流分布傳動(dòng)的改造的順利完成，為企業(yè)帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，并為公司的長(zhǎng)久發(fā)展打下了堅(jiān)定的基礎(chǔ)。