一、概述

造紙行業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，目前我國(guó)紙漿造紙企業(yè)數(shù)目大、分布廣，在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。

造紙工業(yè)主要包括原料加工、制漿、造紙、制成卷筒或平張成品，以及加工成紙張和紙板等工序。

原料加工：造紙?jiān)显谡糁蠡蚰{前，按蒸煮或磨漿工藝要求進(jìn)行預(yù)處理和加工。

制漿：將植物原料分離成纖維的過(guò)程。

圖1 造紙生產(chǎn)線

二、造紙機(jī)械設(shè)備

造紙機(jī)主要指使紙漿形成紙幅的分部聯(lián)動(dòng)的全套設(shè)備,基本組成部分按照紙張形成的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機(jī)、卷紙機(jī)等。其工藝流程為：流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型，在壓榨部進(jìn)行壓縮使紙層均勻，經(jīng)過(guò)前干燥進(jìn)行干燥，接著進(jìn)入后壓榨進(jìn)行施膠，再進(jìn)入后干燥器烘干處理，然后利用壓光機(jī)使紙張平滑，最后通過(guò)卷紙機(jī)形成母紙卷。其工藝流程圖如下：

圖2 造紙工藝流程圖

造紙工藝是一個(gè)連續(xù)生產(chǎn)過(guò)程，因此生產(chǎn)線的連續(xù)和有序控制成為造紙工藝的關(guān)鍵。以前造紙領(lǐng)域一般使用直流調(diào)速（適用于大中紙機(jī)）和滑差電動(dòng)機(jī)（適用于中小紙機(jī)）控制，近年來(lái)，大量變頻器進(jìn)入造紙行業(yè)，并已取得良好的技術(shù)和市場(chǎng)效果。

三、造紙機(jī)上的七喜HD700變頻器

普通造紙系統(tǒng)以速度控制為基礎(chǔ)，各分部聯(lián)合控制多臺(tái)電機(jī)。廣州七喜智能設(shè)備生產(chǎn)的HD700變頻器以其控制性能優(yōu)異、維護(hù)成本低、適應(yīng)惡劣環(huán)境能力強(qiáng)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于造紙行業(yè)。廣西某造紙廠應(yīng)用的系統(tǒng)中，控制部分主要由PLC和七喜HD700變頻器組成，PLC通過(guò)通訊方式控制變頻器，從而對(duì)電機(jī)變頻調(diào)速，達(dá)到傳動(dòng)的協(xié)調(diào)控制。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖3：

圖3 造紙機(jī)械控制系統(tǒng)

      由紙漿到成紙，需經(jīng)過(guò)壓力噴漿上漿、壓榨、干燥、壓光和卷繞等多個(gè)分部。造紙機(jī)上的紙受到牽引力的作用，在網(wǎng)部和壓榨部產(chǎn)生縱向伸長(zhǎng)，在干燥部縱向繼續(xù)伸長(zhǎng)。當(dāng)紙含水量降低后，縱向伸長(zhǎng)變形減少。在進(jìn)入壓光機(jī)和卷紙機(jī)時(shí)，紙?jiān)俣葼恳扉L(zhǎng)。因此在整個(gè)紙張生產(chǎn)線中，各分部的速度不同可以保持紙幅張力。一般后一級(jí)張力要略大于前一級(jí)，這要求高精度、穩(wěn)定可靠地成比例協(xié)調(diào)控制各分部間線速度，否則會(huì)紙幅松弛或過(guò)度繃緊而斷紙。各分部速度還要獨(dú)立控制，有微升、微降及繃緊等調(diào)節(jié)功能，以調(diào)節(jié)前后兩分部間的速差。同時(shí)，這種速度比例協(xié)調(diào)關(guān)系應(yīng)在改變車(chē)速或重新開(kāi)機(jī)后繼續(xù)保持，不需重新調(diào)節(jié)。另外，造紙機(jī)無(wú)須頻繁起動(dòng)，工藝要求的變速范圍不大，但存在傳動(dòng)慣量較大的分部，如烘缸等，需要平穩(wěn)起動(dòng)，避免引起機(jī)械沖擊、磨損，所以穩(wěn)速是造紙機(jī)控制的最主要目標(biāo)。

圖4：電氣控制示意圖

在造紙傳動(dòng)控制中，多個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)帶動(dòng)一塊網(wǎng)部或多個(gè)傳動(dòng)對(duì)象相互施壓合成一定力矩并同步運(yùn)轉(zhuǎn)，采用負(fù)荷分配控制，各關(guān)聯(lián)傳動(dòng)電機(jī)根據(jù)各自的負(fù)荷按比例合理承擔(dān)功率輸出。負(fù)荷分配調(diào)節(jié)不好，將會(huì)造成整個(gè)負(fù)荷環(huán)路各傳動(dòng)點(diǎn)負(fù)載失衡，線速不同步，無(wú)法正常運(yùn)行。

七喜HD700高性能通用型變頻器具有良好的矢量控制特性和豐富的控制功能，強(qiáng)大的可編程邏輯模塊讓用戶(hù)可以靈活應(yīng)用，滿(mǎn)足復(fù)雜工藝的控制要求。支持Modbus、Profibus DP等通訊，較高的頻率給定分辨率和輸出頻率精度，足以滿(mǎn)足連續(xù)、高效生產(chǎn)應(yīng)用的需求。本例中的造紙機(jī)主要生產(chǎn)包裝用紙，網(wǎng)部的復(fù)壓下輥?zhàn)鳛橹鱾鲃?dòng)，真空壓榨為從傳動(dòng)。主傳動(dòng)采用基本的速度控制方式，從傳動(dòng)采用負(fù)荷分配控制。系統(tǒng)采用Modbus通訊協(xié)議結(jié)合PLC程序來(lái)完成速度鏈的控制，實(shí)現(xiàn)給定的數(shù)字化控制，避免了模擬控制速度鏈給定環(huán)節(jié)的信號(hào)漂移。各分部的七喜HD700變頻器采用開(kāi)環(huán)矢量控制方式或V/F 控制模式，實(shí)現(xiàn)壓榨部負(fù)荷鏈的負(fù)荷分配。在從機(jī)控制中，運(yùn)用七喜HD700變頻器內(nèi)部PID修正頻率主給定，以主傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出作為從機(jī)PID給定值，從傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出經(jīng)低通濾波后作為PID反饋值，調(diào)節(jié)PID給定量和反饋量的增益，保證了控制精度，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

圖5 負(fù)荷分配控制示意圖

二、HD700變頻器在造紙機(jī)械上的特點(diǎn)

廣州七喜智能的變頻器產(chǎn)品線有HD700、HD800、HD710、HD71等多個(gè)系列，現(xiàn)造紙機(jī)械上正使用的HD700變頻器具有低頻力矩大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、精度高、噪音低等優(yōu)點(diǎn)。該產(chǎn)品使用雙CPU控制，控制更加精準(zhǔn)，先進(jìn)的矢量控制算法，使低頻輸出力矩進(jìn)一步提高。在紙機(jī)控制中具有以下特點(diǎn)：

（1）輸出頻率0.01 Hz~2000.0Hz，可設(shè)定的V/F曲線與自定義曲線；

（2）超低噪音，載波頻率可以在1K~15K可調(diào)整；

（3）完善的保護(hù)功能，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性高；內(nèi)置EMC濾波器；

（4）5.5KW及以上功率標(biāo)配直流電抗器，減小電流脈動(dòng)值,改善輸入功率因數(shù)。

（5）全系列產(chǎn)品通過(guò)美國(guó)UL認(rèn)證，產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。

（6）IGBT節(jié)溫模型設(shè)計(jì)及獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，更好適應(yīng)高溫高濕環(huán)境。

（7）具有高級(jí)功能模塊，可自由編程，滿(mǎn)足客戶(hù)特殊需求。

三、總結(jié)

 傳統(tǒng)造紙機(jī)械的弊端：

（1）造紙機(jī)使用電機(jī)功率較大，工頻直接啟動(dòng)對(duì)電網(wǎng)、設(shè)備沖擊大、耗電量大；

  （2）大電流沖擊造成設(shè)備老化快，電機(jī)故障率高，維護(hù)費(fèi)用高；

（3）舊式造紙?jiān)O(shè)備是靠滑差電機(jī)變速，速度精度低，誤差大，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量影響大；

  （4）磨漿工藝中電機(jī)不能調(diào)速使磨漿的精度不夠，粗細(xì)不均；

（5）流量控制是靠手工來(lái)調(diào)整，影響制漿流量的穩(wěn)定，從而導(dǎo)致最后出來(lái)的產(chǎn)品的均勻度收到影響；

（6）烘干設(shè)備的壓力也是靠人工調(diào)整控制，烘干效果受到影響，使得產(chǎn)品的韌性不均勻；

（7）收卷電機(jī)是靠滑差電機(jī)調(diào)速來(lái)完成，調(diào)速精度低，誤差大，造成紙巾拉力不恒定；

（8）出來(lái)的紙巾韌性和均勻度降低，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。調(diào)速不當(dāng)還會(huì)造成紙巾被拉斷的現(xiàn)象。

使用變頻器后造紙機(jī)械的優(yōu)勢(shì)：

（1）電機(jī)以軟啟動(dòng)方式啟動(dòng)，減少對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備的沖擊，有效保護(hù)設(shè)備和電網(wǎng)；

 （2）變頻器的過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、過(guò)熱等多種保護(hù)使電機(jī)和設(shè)備故障率低，維護(hù)成本降低；

 （3）變頻調(diào)速系統(tǒng)提高電機(jī)調(diào)速精度，速度平滑穩(wěn)定，大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量；

（4）變頻調(diào)速可以隨意調(diào)整磨漿泵的速度，大大改善了制漿的均勻度，從而提高制漿環(huán)節(jié)的質(zhì)量和效率；

 （5）通過(guò)變頻系統(tǒng)來(lái)自動(dòng)控制紙漿的流量和烘干系統(tǒng)的壓力，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量；

（6）七喜HD700變頻器可以輸出的模擬信號(hào)、流量控制器信號(hào)、烘干系統(tǒng)的氣壓信號(hào)，三個(gè)信號(hào)一起輸入到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)主機(jī)的速度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)制漿的流量和烘干系統(tǒng)的烘干壓力，從而減少操作環(huán)節(jié)，使操作簡(jiǎn)單方便，實(shí)用性強(qiáng)；

（7）輸入電壓范圍寬，更適用于遠(yuǎn)離電網(wǎng)、電壓波動(dòng)范圍大的場(chǎng)合；

（8）運(yùn)行轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)精度高，速度波動(dòng)范圍小，保證產(chǎn)品的質(zhì)量；

（9）低頻轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快。