一   概述
1. 造紙機對電氣傳動(dòng)自動(dòng)化控制的要求
1.1 穩速的要求：
    造紙機由紙漿到形成紙張，需經(jīng)過(guò)多個(gè)分部，因此是一個(gè)多單元的速度協(xié)調系統，各個(gè)分部間的速度要求嚴格配合，根據工藝流程，一般有以下關(guān)系：只要其中一個(gè)分部速度不穩，就會(huì )無(wú)法維持生產(chǎn)，紙幅不是斷裂，就是松垮下來(lái)。如果整臺紙機車(chē)速不穩，就不能保證紙張的定量（每平方米紙頁(yè)的重量）不變。因此要求紙機的各分部都能穩速。但是,在實(shí)際運行中，有許多干擾因素破壞速度的穩定，例如電網(wǎng)電壓的波動(dòng)、頻率的變化、負載的波動(dòng)、溫度的變化等等，對電氣傳動(dòng)自動(dòng)化控制的要求是克服這些干擾的影響，保證車(chē)速的穩定。不同紙機，對穩速精度的要求是不同的，所以對電氣傳動(dòng)的要求也有區別，一般來(lái)說(shuō)，薄型紙或大型高速紙機對此要求較高些。
1.2 變速的要求：
    紙機正常工作時(shí)，由于工藝上的變化而改變速度的范圍不大，一般只在10－15％左右，在紙機調整時(shí)，如檢查銅網(wǎng)、壓榨部換毛毯，烘干部換大布或預熱等需低速爬行，車(chē)速將降至20米/分左右，此時(shí)對穩速沒(méi)有要求。
1.3 平穩起動(dòng)的要求：
    紙機中有的分部要求平穩起動(dòng)，例如網(wǎng)部起動(dòng)太快就會(huì )損壞銅網(wǎng)；烘缸和壓光兩個(gè)分部傳動(dòng)慣量比較大，起動(dòng)太猛會(huì )把機械連軸扭斷，因此要求整個(gè)系統能平穩起動(dòng)，而且各分部要能單獨起動(dòng)和停止。
1.4 各分部調速的要求：
    如圖一，造紙機工藝流程圖，紙機上的紙受到牽引力的作用，在濕部產(chǎn)生縱向伸長(cháng)，在干部開(kāi)始時(shí)紙張的縱向繼續伸長(cháng)，當紙張含水量降低后，紙張減少縱向伸長(cháng)變形，在紙張進(jìn)入壓光機和卷紙機時(shí)，紙張再度牽引而伸長(cháng)，因此在整個(gè)紙機生產(chǎn)線(xiàn)中，各個(gè)分部的速度是不同的，這樣可以保持紙幅張力。同時(shí)，紙機各分部的速度必須是可以調節的，這樣可以避免紙幅松弛或繃緊而斷頭，各分部的速度調節范圍為±(10－15％)。
    由于造紙機無(wú)須頻繁起動(dòng)，而工藝要求的變速范圍也不大，所以達到穩速是電氣傳動(dòng)自控最主要的目標。

2. 2400/160紙機概況
    2400/160紙機生產(chǎn)定量為17－30g/m²的薄頁(yè)紙，設計車(chē)速為160米/分，紙幅在長(cháng)網(wǎng)中成形，通過(guò)復合壓榨脫水，再經(jīng)五組烘缸烘干，紙幅經(jīng)過(guò)冷缸后分切，由卷紙機卷成母紙卷。紙機分為部傳動(dòng)，共15個(gè)傳動(dòng)點(diǎn)，總裝機容量為202kW。如圖二，紙機傳動(dòng)圖

二   系統配置
    在控制系統中，采用S7－200系列PLC運用USS協(xié)議通訊控制不同分部的MM440變頻器，MM440對電機變頻調速，從而達到紙機傳動(dòng)的控制，采用操作臺控制按鈕操作。具體配置如下：
    CPU226
    DI模塊
    DO模塊
    總線(xiàn)連接器
    屏蔽雙絞線(xiàn)
    MM440變頻器（軟件版本：V1.16）
    進(jìn)線(xiàn)電抗器

三   MM440變頻器特點(diǎn)
    1. 豐富的控制功能：
    可以滿(mǎn)足各行業(yè)的驅動(dòng)控制要求，在本控制系統中，采用矢量控制方式來(lái)驅動(dòng)各分部電機；
    2. 強大的通訊功能：
    具有標準的RS485接口，方便上位機通訊，PROFIBUS通訊可選件可以將MM440掛上開(kāi)放的、快速的DP網(wǎng)上，實(shí)現高性能的通訊控制
    3. 自由功能塊和BICO技術(shù)：
    MM440具有區別一般通用變頻器的自由塊和BICO技術(shù)，可以實(shí)現靈活的組態(tài)設計，完成工藝復雜的控制要求；
    4. 多種參數設置方式：
    通過(guò)基本操作板、高級操作面板進(jìn)行參數設置，也可利用SIMOVIS和 DRIVEMONITER 調試軟件進(jìn)行參數設置，同時(shí)可以運用調試軟件監視控制中的過(guò)程值。
四   2400/160紙機的電氣控制
    1. 紙機速度鏈
    由于各分部傳送著(zhù)生產(chǎn)過(guò)程中的紙張，根據造紙工藝的要求，各分部間要求達到線(xiàn)速度比例協(xié)調（相鄰兩個(gè)分部間的線(xiàn)速度比值應保持恒定），高精度地、可靠地保持這個(gè)比例系數是保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)正常運行的重要條件，任何原因破壞這種比例協(xié)調，就會(huì )降低產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)，紙機的這種速度比例協(xié)調關(guān)系應在該變車(chē)速或停機后重新開(kāi)機時(shí)繼續保持，而不需重新調節。其次，這種比例協(xié)調應具有微調功能，以調節相鄰兩分部間的速差，避免紙張在傳送過(guò)程中的松弛和繃緊現象，并且速度微調應該靈敏、可靠，不應在調過(guò)程中有明顯的滯后現象。比例協(xié)調關(guān)系如下：
    N1＝K1(N0＋DN0)N2＝K2(N1＋DN1)N3＝K3(N2＋DN2)N4＝K4(N3＋DN3)
   
    在2400/160紙機中，采用USS協(xié)議通訊結合PLC程序來(lái)完成速度鏈的控制，避免了運算放大器的速度鏈給定環(huán)節的信號漂移，提高了穩定性。
2. 速度控制
    不同紙機、同一紙機生產(chǎn)不同紙種，在速度控制要求上，有不同的要求。但紙機對電氣傳動(dòng)控制統一要求為穩速、變速，對低速紙機的速度控制，控制系統只需達到此要求即可滿(mǎn)足紙機的連續運轉。本控制系統中，由于MM440給定由S7－226通訊傳輸實(shí)現，改變傳輸值就可達到變速要求。
    本臺紙機生產(chǎn)薄頁(yè)紙，對速度的穩定性及動(dòng)態(tài)響應性有較高的要求。由于MM440的矢量控制，在對電機進(jìn)行優(yōu)化處理過(guò)程中，自動(dòng)調整速度控制重要參數的設置值，大大提高靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的控制精度，避免了斷紙，提高了生產(chǎn)效率。
3. 負荷分配控制
    在壓榨部中，多個(gè)傳動(dòng)共處于同一毛布圈路內。如圖：負荷分配控制圖。這幾處傳動(dòng)要求負荷進(jìn)行比例分配，即負荷分配控制。主傳動(dòng)采用基本的速度控制方式，從傳動(dòng)采用負荷分配控制。在控制中，運用MM440內部PID調節器，主傳動(dòng)的電流實(shí)際值作為給定值（V_SP），從傳動(dòng)的電流實(shí)際值作為反饋值（V_PV），經(jīng)PID調節后生成的值，作為附加給定疊加到速度給定通道。（如圖：負荷分配控制。）實(shí)現負荷分配的過(guò)程控制。

五   控制系統特征
    1. 控制系統簡(jiǎn)單且經(jīng)濟
    在系統中采用S7－200PLC自由通訊口方式通訊，且在MM440上具有RS485接口，從而可以方便實(shí)現變頻器給定的數字化控制。在控制系統要求不高的場(chǎng)合，本系統簡(jiǎn)單而經(jīng)濟，不僅PLC程序簡(jiǎn)單，而且硬件上無(wú)需添加通訊接口。
    2. 進(jìn)線(xiàn)電抗器保護變頻器
    由于實(shí)際工作現場(chǎng)的復雜環(huán)境，往往會(huì )導致電網(wǎng)的波動(dòng)，產(chǎn)生高次諧波。進(jìn)線(xiàn)電抗器避免了這些因素對變頻器的影響，保護了變頻器的整流單元。
    3. 矢量控制
    MM440變頻器的矢量控制，提高動(dòng)態(tài)響應能力，克服紙機由于工藝參數的變化引起的速度波動(dòng)，保證紙機速度的穩定性。
六   結論
    本控制系統，是為隸屬華川紙業(yè)集團浙江義烏雙峰紙業(yè)有限公司2400/160薄頁(yè)紙機配套的傳動(dòng)控制系統。自5月初調試運行至今，紙機正常生產(chǎn)，MM440變頻器運行良好。
    在控制系統中，采用軟件版本V1.1.6的MM440，控制方式為開(kāi)環(huán)控制。2400/160薄頁(yè)紙機，其設計車(chē)速為160m/min，而MM440變頻器的設定值在串行通訊時(shí)為0.01Hz，在分部之間速度調節改變牽引力時(shí)，能夠滿(mǎn)足本臺紙機的控制要求。當在高速、生產(chǎn)低定量紙種的紙機傳動(dòng)系統中運用MM440時(shí)，其軟件版本應高于V2.0以上，使速度控制方式為閉環(huán)矢量控制，增加PROFIBUS通訊模塊，將MM440作為DP網(wǎng)絡(luò )的從站，提高紙機傳動(dòng)控制精度，達到高速紙機的要求。
    MM440是SIEMENS全新一代變頻器，其許多功能類(lèi)似于6SE70變頻器，但其功能不如6SE70強大，分辨率、控制精度也低于6SE70。但是，在版本V2.0推出且功率達到250KW之后，在國內中小型造紙機中，MM440變頻器將廣闊的應用。