纸机传动控制系统的设计说明书(编辑修改稿)

纸机传动控制系统的设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

本原理都是利用纸浆的重力或施加 的压力， 通过堰般控制流量，将流浆均一匀速地流送到网部。 浆板白水白水 湿损纸湿损纸干损纸干损纸干损纸纸机干部系统浆料准备系统纸机湿补系统排放回用填料白水回收系统损纸回收系统成品分切卷取压光干燥压榨部付辊网部流送系统混浆磨浆浆料初步进化碎浆 图 21造纸工艺流程图 1 7 网部 :该部是纸页成形部位，其原理是通过逐步增大的真空脱水作用，使流浆在网部成形。 根据纸张不同，成形网可分为单网、双网、三网，其中单网是常用的成形部，根据其形状可分为长网和圆网，不同类型的纸机其网部具有不同的传动控制，其中单网网部的传动控制依据其传动点只要有～组负荷分配即可，多网网部需要具备单 网所有的负荷分配的控制，同时对各网之间的速差的比值也有一定的要求，所以多网对控制策略的要求更高。 后压榨 卷纸机压光机后干燥前干燥压榨网部 图 22纸机工艺的流程图 2 压榨部 :纸机的压榨部的主要是对纸张进行固结成形以及脱水，提高纸张的疏密强度与表面的光滑度，可看作是从网部开始脱水过程的延伸，其主要流程是纸幅从成形部传递，并在毛毯上受压脱水，使纸幅固结。 (3)纸机干部 干燥部 :该部通过热蒸发脱去残余的水分，湿纸幅经过一系列旋转的蒸汽烘缸，水分被蒸发掉并通过排风被带走， 是提高高速纸机性能的重要环节。 涂布部 :纸机的涂布部是干部的重要组成部分也称作施胶部，其主要作用是在原纸的表面涂上一定量配比的涂料，以提高纸张的外观或使用特性。 基于人们对纸机运行车速日益提高的要求，涂布机也得到了较快的发展，对电气传动控制系统的要求也逐步增高，所以简单的速度链结构的控制和对负荷分配的控制均已无法很好地满足涂布生产运行过程的需要，据此本文可采用基于现场总线的系统结构来解决这个问题 [11] [43]。 压光部 :该部主要是用辊子进行碾压，目的是为了获得光滑的印刷表面。 本文所述的纸机是带有 1个传动点 的四辊压光机，通过这仅有的传动点与纸机整个传动部分上速度链相连接来实现其运行；在正常工作运行时该部退纸辊的电动机处于发电状态，其它两点则相应的置于电动状态，因此采用基于现场总线的 PLC控制对其张力进行控制的方法解决纸张耦合作用的问题 [11]。 卷纸部 :该部将成品的纸张卷成规定的纸卷，近几年所投产的具备辊库设备的卷纸 8 机不但具有自动换辊的功能，而且还具有对纸机的张力控制及其所产纸张的长度显示的功能，尤其还可以通过其辅助的控制部分多方式的控制去实现纸机的单动、联动等控制，在卷纸机生产运行时其转速的计算公式如下 [11]： 22 16 0 6 022vvn r vtr   （ 21） 式中： n 一 卷纸机的转速 (r／ min)； v 一 纸张幅度的运行速度 (m／ min)；  一 纸张的厚度 (m)； 1r 、 2r 一卷纸辊的始、末半径 (m)。 由此可知，在卷纸机正常生产运行时要保持其与前后分部所设计的速度比值的关系，则要求卷纸机滚筒的速度实时的随着所卷曲纸张的厚度的增大而不断降低，仅仅依靠对整体速度链的控制不能保证纸幅卷曲的相对平稳，所以需要在卷纸机及其纸机的其他分部去实施相应的张力控制以确保纸页的良好卷曲。 据此，纸机的整个传动控制系统要采用基于现场总线的控制网络结构，就可以进一步的达到纸机整体电气传动控制系统的要求，更好地确保了纸机生产运行时的稳定性与动态性能 [43]。 纸机生产能力的计算 纸机的生产能力 是人们判断及选购纸机的最关键参考因素，也是工程技术人员对其设计相关控制系统所需要参考虑的最重要的技术数据，其生产能力的计算公式如下 [1]： 1 2 1000VBqk k kQ  （ 22） 式中： Q 一造纸机运行生产的能力 (t/d)； V 一造纸机的车速 (m／ min)； B 一纸的抄宽 (m)； q 一纸的定量 (g/m2)； 1k 一抄造率，即纸机正常产纸运行时的比率，一般为 ； 2k 一成品率，即所生产合格品的比率，对一般纸张要求达到 93％ 98％ ,对薄叶纸张 9 要求达到 88％ 90％ ； 3k 一 平均日作业时间， 即 除换网、换毛毯及小修等，平均每 昼夜运转的小时数，一般取值为 ； 通常讲的一台纸机生产规模是指该纸机的年生产能力，计算时以日生产能力乘以330～ 345即得，这是指每年扣除 1530d的大中修时间。 纸机功率的计算 纸机的功率消耗主要是指在实际生产运行中所有传动装置的输入功率在单位时间内用于克服轴承间辊筒之间的滚动摩擦以及刮刀对辊面和烘缸表面的摩擦等所耗的功率。 单位指标法是一种估算纸机功率消耗的方法，它能够对纸机在实际生产运行中消耗的功率进行较准确的测定，然后再以 lm的纸机幅度宽和车速为 lm／ min时来计算所需用的功 率，计算公式如下 [41]： P Kbv （ 23） 式中： K 一 单位功率耗用指标， kW／ [m (m／ min)]； b 一 纸机的幅门宽度 (m)： v 一 纸机的车速 (m／ min)： 纸机各分部的平均单位功率耗用指标 K可参考表 21。 表 21在纸机上耗用功率的平均单位指标 纸机的分布 耗用的单位指标 （ kW／ [m (m／ min)]） 备注 长网部 普通压榨辊 真空压榨辊 光泽压榨辊 烘干部 压光部 辊数 8时 滚筒式卷纸机 新闻纸或印刷纸等 牛皮纸 10 一般而言，干燥部的功率消耗占造纸机全部功率的 25％ 40％，而伏辊和压光机则各占 12％ 17％。 当纸机空运转时，其功率大致为生产纸张时的 70％ 75％，出纸时，伏辊和压光机的负荷有显著的增加。 纸机的技术参数 本章首先介绍接制动器试验台制动原理，分析了实车制动的受力状态，以及试验台的组成，并对其采用技术进行了简单的介绍，着重介绍了电流驱动技术，为后面章节建立电动机驱动力电流可观测的数学模型的试验、仿真以及控制方法改进奠定了基础。 纸机因其所生产的纸类不同而其机械结构形式、工作车速、纸幅宽度等技术参数也就不同，所以各自所对应的控制系统的具体要求也就不一样，本文结合 2020至 201 1年度陕西西微测控工程有限公司 (原陕西科技大学微机测控研究所 )与陕西西安某纸厂所合作的4400／ 600纸机电气传动控制系统的设计项目，其现场实物如图 23所示，并以该项目的纸机为例可得出如下主要基本参数： 生产品种：高强瓦楞纸； 纸张定量： 100． 1509／ m2； 净纸宽度： 4400 mm； 工作车速： 450600 m／ min； 传动车速： 600 m／ min； 传动形式：变频传动。 图 23 4400／ 600纸机现场实物图 11 纸机的种类不同，其所需要配置的传动参数也就不同，这里结合纸机的具体工艺流程及实际生产情况，上文所述项目中的 4400／ 600纸机所需要控制的 主要传动点其基本配置参数如表 22所示 [41]: 表 22 4400／ 600纸机的基本主传动配置参数 序号 传动点部位 所配电机功率 /Kw 传动点数量 备注 1 面网付辊 132 1 符合分配 从 2 面网 复合辊 75 1 符合分配 主 3 芯网 驱动辊 160 1 符合分配 主 4 芯网复合辊 110 1 符合分配 从 5 底网助动辊 45 1 负荷分配 主 6 真空付辊 315 1 负荷 分配 从 7 底网驱动辊 355 1 负荷 分配 主 8 真空吸移辊 55 2 负荷 分配 从 9 大 压榨辊 132 4 负荷 分配 主 10 第 1组烘缸 160 1 分部传动 11 第 3组烘缸 360 2 分部传动 12 第 4组烘缸 160 1 分部传动 13 施胶机 45 2 分部传动点张控制 14 主压上辊 200 1 负荷分配 主 15 主压下辊 200 1 负荷分配 从 16 水平圆筒卷纸机 75 1 分部传动点张控制 17 引纸辊助动 4 6 分部传动点张控制 18 卷纸辊助动 1 分部传动点张控制 19 引纸绳传动 22 2 分部传动点张控制 纸机对控制 系统的要求 在如今倡导追求绿色节能可持续发展的社会大背景下，人们对纸机性价比的要求及 12 其智能化生产的要求也越来越高，现如今所设计的纸机的电气传动控制系统与以往相比有较大区别，大多数都在研究设计并采用具有全数字信号通讯控制的现场总线的控制系统，整个纸机生产线的控制通过上位机或现场的操作面板就可以集中或部分的去控制各个生产流程，逐步实现了无人现场操作化的现代工厂，推动了造纸工业自动化技术水平的发展迈向了新的阶段。 现根据纸机的工艺流程及其项目所对应的工作车速和幅宽，并结合纸厂的具体情况，纸机的传动系统是一 个较为复杂的控制系统，其传动点多，几个传动点带动一个负荷运动等，在保证纸机正常运行的情况下如何提高纸机的动、静稳态精度、高速化与智能化的水准，得出如下纸机对控制系统的主要具体要求为： (1)纸机传动控制系统最重要的一个技术指标就是维持车速的稳定，纸机工艺的改变、机械传动条件的变化、电源电压的波动及网和毛毡的清洁度等都会带来车速的不稳定，最终造成纸张定量的波动及断头，给企业带了不必要的损失，所以对其速度控制的静态精度≤额定转速的 ％、动态精度≤ ％，两个相邻分部之间的速比控制精度≤ ％ ，在有干扰时的短时间内其速度偏差≤ ％，在加速和制动的过程中其定速期间的短时间内的张力的控制精度≤ 2％，从定速转换到加速或制动状态时的张力的控制精度≤ 5％，只有满足以上要求，才能在动、静态的调整中使纸机得到快速的响应，确保纸机正常高效的生产 [16]。 通常，把按照正常生产运行条件下调整好的各分部车速对纸机干部的卷纸机或烘干部的车速的比值即是所谓的速比 [43]。 假设烘干部的车速为100％，且烘干部各组的车速相同，列出了表 23中几种纸机各分部速比的数据 [41]。 表 23纸机各分部的速比 分部名称 纸机的 速比（单位： %） 付辊 第一压榨部 第二压榨部 第三压榨部 烘干部 压光部 卷纸机 一般工业用纸（如羊皮纸） 8991 9495 9798 100 书写纸和印刷纸等 9697 100 13 (2)为了适应纸机生产不同品种、不同定量的纸张，要求纸机有较宽的调速范围，一般情况下设定调速的范围为：专用造纸机 (如新闻纸 )的调速范围是 l： ()、生产印刷纸和书写纸的纸机的调速范围是 l： 生产工业用纸及高级纸的纸机的调速范围是1:(810)，则就可以较好的满足纸机生产不同品种、不同定量的纸张的要求。 (3)纸机传动的各个分部之间要能够形成一个良好的动态性能的速度链结构，各分部应具备停止、爬行、运行、微升、微降、点动、正向点动 (烘缸 )、反向点动 (烘缸 )、点张、投张／失张、张力给定等功能，且相关联的各传动分部之间应具有单动、联动的功能。 在纸机正常生产一段时间后，需要对其进行整机检查及清洗毛毡的情况，所以需要对其各分部的爬行速度设置为 可调的范围为 1525m/min[10]。 (4)现代纸机的运行负载基本上是一个恒转矩负载，要求其负荷均衡，所以须要选用具有恒定转矩特性的变频器且具备较高的频率分辨率和良好的通讯性能。 (5)据日本工业界权威人士认为，产品的可靠性是未来世界市场竞争的焦点，如果可靠性能够提高 1％，那么即使成本提高 10％也是划算的。 假设一台 4400/600高强瓦楞纸机日生产能力为 220t/D，如停机 一小 时则就会造成损失 3． 5万元人民币，所以为了不断提高纸机的安全可靠性，避免其因各种故障停机而造成的损失，现代纸机需要具备对速度、 电流、负荷、速差、状态、微调、负荷分配关系、故障提示等现场的各种信号的监视功能。 本章小结 本章首先从纸机的干、湿两大部分重点介绍并分析了其生产的工艺流程，给出了纸机的生产能力、功率的计算公式与方法，并结合实际中的具体项目得出了纸机的基本技术参数及其主传动部分参数，最后综合纸机的工艺、技术条件、发展的趋势方向等总结出纸机对电气传动控制系统的要求，为后文的研究设计及应用指明了方向。 14 3 现场总线技术的分析及应用研究 现场总线技术的概述 PROFIBUS是由 Siemens等公司组织 研发的一款性能优越且具备较大开放性的现场总线，它符合欧洲和国际的通信技术标准，并于 2020年成为我国的机械行业标准(JB/)。 现场总线的通信结构简。