复卷机变频传动控制系统

作者：***

来源：《商情》2009年第16期

        [摘要]现采用PLC为控制器,变频器为执行器的全数字现场总线控制系统。把原来的直流传动改造成交流传动;提出直接张力和间接张力相结合的复合张力控制等方法,用直接张力控制精度;用间接张力提高系统的抗扰动能力,以满足复卷时恒张力控制要求。对于前后底辊电机的控制,在分析了负荷分配产生的原因后,提出一种主从控制方法,不仅使两台电机保持同步,而且使后底辊电机很好地跟随前底辊电机转矩的变化,达到负荷分配控制的目的。

        [关键词]复卷机 变频器 恒张力 负荷分配

        1复卷机的结构复卷机一般由放卷辊(又称退纸辊)、引导辊、纵切机构、压纸辊、卷取底辊(包括前底辊和后底辊)等构成。双底辊复卷机的特征是有两根被传动的滚筒来取代并支撑卷取中的卷筒,通常有一根带或不带传动的压纸辊压在卷取中的卷筒顶部。卷取辊是卷取的主要结构(又分别称为前、后底辊),一般情况下前底辊的表面比较粗糙,后底辊的表面相对光滑,它们通过减速箱与电机联在一起。压纸辊又叫负荷辊,其作用是产生一个向下的压力,其压力是自身的重量与负荷辊提升力之差。放卷辊由退纸架、放卷辊联轴器、放卷辊、夹紧机构、放卷电机组成。纵切刀一般有数把井排在同一个轴上,主要用于切掉纸边、根据需要把一定幅宽的薄板纸切成所需要的宽度。张力辊上置有两个张力传感器,用于检测纸幅张力。

        2 复卷机的控制要求

        复卷过程包括退纸、纸幅控制、纸幅分离及纸卷结构控制,其中纸卷结构控制最重要,因为它直接关系到产品的运行稳定性。

        纸卷结构控制(即紧度控制)有三个原则:第一,纸卷在纸芯处要卷得硬些,因为它是支承纸卷其余纸重的基础。如纸芯处太松,则退卷时会出现喇叭形。第二,纸卷在收卷时应卷得软些,否则外层易损伤。第三,纸卷从纸芯处的紧到终卷时的松,硬度必须均匀变化。若中间有突变,纸卷端面将呈现星形的缺陷。为了保证纸卷在运输或保存过程中不变形、不崩裂,优良的成品纸卷应具有足够的硬度且内紧外松,径向硬度分布均匀,因此,紧度是复卷机的主要工艺参数之一。影响纸卷紧度的因素很多,其中最主要的因素是纸幅张力(Tension)、压区应力(Nip load)和转矩(Torque),简称TNT,其余绝大多数都直接或间接影响这三个因索并最终影响纸卷结构。纸卷的紧度主要决定于:

        (1)卷纸时有适当的线压力,并能随着纸卷直径增大而适当调整。

        (2)前后底辊有适当的转矩差或速度差。

        (3)纸幅张力对纸卷质量也有影响,因此要保持纸幅张力恒定。

        复卷机由放卷部、导辊部以及收卷等部分组成,收卷的1个主动底辊分别由1 台直流电机传动(也可以由2台直流电机传动),放卷辊靠纸张的张力牵引而转动,并带动放纸制动发电机,进行放纸辊的制动。纸由放纸辊引出,以导辊引入底辊,然后靠纸卷与底辊之间的磨擦牵引力将纸卷到纸筒上。

        3 复卷机交流传动控制系统

        3.1交流控制系统的组成

        复卷机的传动系统可以分为2个部分,其一是卷取部分,另一个是放卷部分。放卷部分有1台放卷电机,收卷部分有2台卷取电机,这两组电机依靠纸幅张力联系在一起,如图5-1所示,具体说,放卷电机的作用是提供一个反向力矩,在放卷的过程中拉紧纸。把卷取部分看为一个整体,则卷取电机来克服放卷电机所提供的反向力矩,拉平纸幅并卷取纸卷。复卷机传动系统的这三台电机分别由三台变频器控制。变频器挂在USS-通讯协议总线上,现场的传感器信号和各种控制信号接到临近远程ET200M上,并通过USS-通讯协议总线与控制器PLC交换信息。

        3.2变频器主回路配置

        为了适应不同场合的使用,西门子MM420系列变频器有两种形式:①接到三相交流电网上的变频器;②接到直流母线的逆变器,采用整流单元或整流/回馈单元向直流母线供电。

        根据复卷机传动系统的特点,变频器主电路选用西门子整流/回馈单元和3台逆变器构成,如图5-2所示。整流/回馈单元由两个反并联、6脉动晶闸管桥组成且能在两个方向上有电能流动,即能够将电能送回电网(四象限工作)。发电工作桥通过一台自藕变压器和电网相连接。它用于为西门子MM420逆变器提供直流电压整流,回馈单元把交流转换为电压稳定的直流电。即使在逆变器能量回馈到电网时,该电压在规定范围内仍保持恒定。

        逆变器为交流变频调速系统的核心装置,在本次设计中全部选用MM420变频器。每套逆变器装置均用脉冲测编码器量电机转速,构成闭环速度控制系统。每台逆变器与电机之间均配有输出电抗器,以防止逆变器输出电压的变化率太大对交流电机产生不良影响。在通常情况下,整流/回馈单元的容量比所供电的电机或逆变器的线交流电机容量之和要小。这也是使用公共直流母线的一个很主要的优点。

        所选设备型号:

        (1)整流/回馈单元

        装置型号:MM420-1EE85-lAAO

        主要指标:额定输入电压为3AC380V-460V,电流526A;中间回路电压510V-620V。

        (2)逆变器:在这里逆变器的选型一般要比电机有定的裕量,一般要考虑10%的裕量。

        3.3卷取负荷分配控制设计

        西门子公司的MM420系列电压型矢量控制变频器具有速度控制和转矩控制功能,其主从工作方式刚好适合负荷分配控制的要求,利用该变频器自身具有的丰富的软件功能模块,经过合理的组态和设置,采用主从传动控制系统。

        这样不仅可以实现负荷分配控制,同时由于主传动有速度闭环控制,可以使从电机的运行速度也能跟随速度给定值。图中前后底辊的负荷分配系数K来自卷径信号,它是压纸辊的链条带动自整角发送机转动,然后由自整角接收机接收发送机的信号带动电位器转动,将卷径信号转换为电压信号,进入PLC控制器的模拟口,然后在PLC中计算出K值。随着卷径的增大,K值逐渐减小,从而控制前底辊的负荷逐渐减小,而后底辊的负荷逐渐增大,满足复卷机内紧外松的卷纸要求。

        4 PLC的I/O分配表

        5 结论

        本文在对复卷机和变频器分析基础上,设计复卷机的恒张力与负荷分配控制系统,根据复卷机工艺控制要求,完成了控制系统设计并在河南某造纸厂成功应用。

        参考文献:[1]满永奎,韩安荣.通用变频器及其应用[M].机械工业出版社,1997,(11):111-113.[2]李剑锋,唐文林.复卷机的传动控制[M].1998,(5):38-40.[3]袁佑新,程彪.复卷机张力自动控制系统[M].中国造纸,2001,(2).