造紙機電控系統變頻器的選擇

引言

　　現在造紙機傳動控制基本上全部采用交流變頻傳動控制系統，而市場上變頻器品牌眾多，功能各異。面對如此眾多的變頻器產品，如何選擇變頻器及相應的控制系統成為各廠家的難題，下面簡單介紹造紙機對變頻器的基本要求，以及如何選擇變頻器。

1、紙機傳動特性與變頻器機械特性

　　造紙機傳動屬于恒轉矩負載，所以要求電機采用恒轉矩調速。要求變頻器工作在恒轉矩調速控制狀態，所以應該選用恒轉矩機械負載變頻器。

　　有的公司對于恒轉矩調速和恒功率調速采用不同型號的變頻器，如西門子公司的ECO風機、水泵控制用變頻器和MDV、6SE70恒轉矩變頻器。有的公司對于恒轉矩調速和恒功率調速采用同一型號的變頻器，對于同一臺變頻器采用不同的控制方式所接配的電機不同，變頻器內部參數設置不同。如ABB公司ACS400、ACS600系列變頻器。比如型號為ACS401-0030的變頻器在恒轉矩調速控制接配電機22Kw，在風機、水泵恒功率控制接配電機為30Kw。所以用戶應該了解變頻器的機械特性匹配。

2、頻率分辨率對紙機傳動性能的影響

　　頻率分辨率是衡量變頻器的重要指標。頻率分辨率包含頻率給定分辨率和頻率控制分辨率。

　　1、頻率給定分辨率指變頻器的給定通道對輸入信號的分辨率，一般指模擬輸入通道AD的位數。對于通訊通道一般給定精度遠遠大于模擬通道，所以模擬給定通道若能滿足要求，通訊通道是絕對滿足的。

　　一般紙機對傳動調速的控制精度要求為0.1%，對于一臺確定的造紙機從頻率分辨率的角度來說，若能在最低速滿足給定控制精度，則在高速運行是沒有問題的。下面我們舉例說明：

　　設本臺紙機在低速抄紙，變頻器運行頻率為10Hz，則要求給定精度為：10*0.1%=0.01Hz

　　所以要求變頻器的頻率分辨率必須能夠小于0.01Hz。

　　設本臺紙機在高速抄紙，變頻器運行頻率為50Hz，則要求給定精度為：

　　50*0.1%=0.05Hz

　　所以要求變頻器的頻率分辨率必須能夠小于0.05Hz。

　　所以我們在選擇傳動系統時注意紙機低速時變頻器能否滿足控制精度的要求。而不必擔心高速的給定精度。給定精度也可以通過變頻器參數來進行調節，但缺點是在改變工作狀態時需要重新調整參數。

　　如一臺用于流漿箱控制的上漿泵變頻器，其運行頻率一般在30~50Hz之間，控制采用SR73A調節器，但是流漿箱液位無法穩定，上漿量忽大忽小，變頻器始終調節不能穩定。原因變頻器設定分辨率不夠。給定忽大忽小，1mA對應2.5Hz。我們可以調節參數，變頻器的最小給定為30Hz，即給定0mA對應30Hz，給定20mA對應50Hz，這樣1mA對應1Hz，給定頻率分辨率提高了2.5倍。

　　2、頻率控制分辨率指變頻器的輸出最小分辨率，通常說變頻器是無級調速是相對而言的。變頻器有它的最小分辨率，每次調速頻率的最小變化?，F在變頻器的最小分辨率一般為0.01Hz。用戶在選擇變頻器時應該注意頻率分辨率是否能滿足設備需要。

3、具有轉差補償變頻器對系統穩態精度的影響

　　交流異步電機都存在轉差頻率，電機的輸出轉矩和功率與轉差頻率成正比，變頻器為了提高速度控制精度，對電機控制采用轉差補償。

　　依據異步電機的機械特性，當負載轉矩增大，轉差頻率增大，轉子產生速降。轉差補償就是利用依據負載改變定子同步頻率，以補償轉子因為負載的速降，消除調速靜差，從而保證轉子的速度維持恒定。

　　變頻器的轉差補償依據電機的機械特性進行，變頻器要求輸入電機銘牌參數，依據銘牌參數來確定電機的控制數學模型，轉差補償量應為：

　　由于電機在變頻控制調速過程中，不同公司的電機的阻抗不同，所以轉差補償在有時是欠補償，有時為過補償。因此對系統穩態、動態精度會有一定的影響。

　　所以在使用變頻器的過程中合理使用轉差補償會消除靜差，提高系統的穩態精度。調節轉差補償可以獲得特殊的機械特性，在板紙機、瓦楞紙機調試運行中非常重要。

4、變頻器功能的基本要求

　　紙機對變頻器功能的要求與選擇的上位控制系統有關，不同的控制方式對變頻器的功能有不同的要求。紙機一般要求在操作臺上能夠對變頻器進行起停、爬行/運行、速度微調等控制操作；能夠顯示分部線速度、電機電流等功能；能夠顯示變頻器工作狀態等功能。

　　下面列舉在不同的控制方式下對變頻器的功能要求。

　　1、模擬控制與速度鏈控制器控制：

　　要求變頻器有兩路以上的模擬量輸入和輸出功能；兩路以上的數字量輸入功能；兩路數字量輸出功能。

　　兩路模擬量輸入用于速度給定和反饋輸入，第三路模擬量輸入用于速度附加給定控制。兩路模擬量輸出一路用于顯示分部線速度，一路用于顯示變頻器輸出電流。兩路以上的數字量輸入用于起起停控制和爬行/運行轉換控制。兩路數字量輸出用于顯示變頻器的工作狀態。

　　2、電動電位器控制方式：

　　要求變頻器有兩路模擬量輸出功能；四路以上的數字量輸入功能；兩路數字量輸出功能。

　　兩路模擬量輸出一路用于顯示分部線速度，一路用于顯示變頻器輸出電流。兩路數字量輸入用于起停控制和爬行/運行轉換控制；兩路數字量用于速度微調控制。兩路數字量輸出用于顯示變頻器的工作狀態。

　　3、PLC通訊控制方式

　　PLC通訊控制方式按照操作方式分有兩種控制方式，一種是采用傳統的按鈕操作方式，另一種為觸摸屏操作方式。這兩種控制方式要求變頻器有通訊控制功能和對應的通訊適配器。如Modbus網絡要求有Modbus通訊板；Profibus—DP總線要求有Profibus—DP通訊板。

　?。?）、按鈕控制方式要求變頻器有兩路模擬量輸出功能；兩路的數字量輸入功能；兩路數字量輸出功能。兩路模擬量輸出一路用于顯示分部線速度，一路用于顯示變頻器輸出電流。兩路數字量輸入用于起?？刂坪团佬?運行轉換控制；兩路數字量輸出用于顯示變頻器的工作狀態。

　?。?）、觸摸屏控制方式要求變頻器有一路數字量輸入，用于急停功能。其它顯示控制都在觸摸屏上進行。

5、結 語

　　該特一臺造紙機能否正常運轉并能使所生產出的產品滿足客戶的要求，不僅僅是工藝一方面所能決定，其電氣傳動控制系統起了舉足輕重的作用。因此，如何選擇一套好的傳動系統（即選擇一種此系統的核心裝置—變頻器）就顯得尤為重要，文中為作者從事多年造紙傳動系統設計相關工作的所得，供大家參考。