造纸机传动控制系统设计应用

造纸机电气传动全数字自动化控制系统研究摘要：造纸机电气传动系统在整个工程中发挥了巨大作用，全数字自动化设备提高了工程智能化水平，具有巨大发展潜力。

关键词：造纸机；电气传动；自动化控制系统一、造纸机电气传动控制系统造纸机是使纸浆形成纸幅的分部联动的全套设备总称，包括流浆箱、网部、压榨部、烘干部、压光机、卷纸机及传动部等主机和汽、水、真空、润滑、热回收等辅助系统。

在正常情况下，造纸机电气传动包括两种传动方式，即分部、总轴传动。

其中，总轴传动也称单机传动，主要由主变频电机提供动力，可应用于工作效率低的造纸机。

分部传动也称多电机传动，由多个主变频电机提供动力，以保持其正常工作。

分部传动可靠性高，操作简单，能充分保证造纸质量，保证造纸机速度比稳定。

与其他传动方式相比，其具有较高环保性，能减少各种能源消耗，符合可持续发展战略。

要想保证造纸机长期安全稳定运行，就要保证机械电气传动控制系统的稳定性，这直接决定着纸张质量。

在实际工作中，相关企业应做好以下工作：调整机械设备；确保工作车速处于稳定状态；调整机械各部分状态；确保分部间定速比关系无变化；确保机械爬行速度稳定可靠。

此外，在造纸机运行中，应采取科学合理措施控制电力传动系统。

具体来说，可从以下方面入手：速度链控制，确保每个传动点速度稳定，促进造纸机安全稳定运行；负荷分配控制；纸幅张力控制。

在造纸机运行中，纸张质量与分部件张力值密切相关。

目前纸机传动方式发生了重大变化，造纸机正逐步引入一些先进技术及工作理念，以更好地适应时代发展，满足人们对造纸机的要求，促进其可持续发展。

调查结果表明，造纸机最常用传动控制系统是三级控制模式，以数字、模拟控制为控制方式。

造纸机模拟控制系统构造简单，操作流程简单明了，对工作人员技术要求不高，能降低操作失误概率，延长造纸机使用寿命。

造纸机在模拟控制模式下具有较高工作效率和可靠性，并能长时间工作。

数字控制系统是社会快速发展的产物，主要用于一些高速纸机，通过科学合理应用数字通信技术，使纸机逐步向全数字化发展，充分保证设备良好运转。

纸机传动控制系统的设计与应用李明辉孟宪坤（陕西科技大学机电工程学院陕西西安710021）摘要：根据纸机的工艺结构及要求，提出了采用光纤主/从宏连接的方法，并根据偏差信号的大小选择先进的PID控制算法来调节实现对负荷分配的控制；利用二叉树数据结构算法实现速度链结构的控制，设计了基于Profibus的纸机传动控制系统。

实际运行结果表明，其控制稳定性好，可靠性高，较好地满足了对纸机控制精度和稳定性的要求。

关键字：纸机；传动控制；现场总线；变频器；PLC中图分类号：TP273文献标识码：BDesign and A pplication of T ransmission C ontrol S ystem for P aperM achineLi minghui Meng xiankun（College of Mechanical&Electrical Engineering,Shannxi University of Scince&Techology，Xi’an 710021,China）Abstract：According to the technology structure and requirements of paper machine,Proposed approach using optical fiber master/slave macro connection，and according to the size of the error signal to choice the advanced PID control algorithm to adjust to achieve the load distribution control;used binary tree data structure algorithm to achieve speed control of chain structure,designed the drive control system of paper machine based on Profibus.The operation shows that the system is stable and reliable,it can meet the precision and stability requirement of Paper Machine。

关于造纸机电气传动控制系统的应用与质量控制摘要：随着全球造纸业及其相关行业的发展，人们不仅对纸页的依赖性越来越强，还对纸页的质量要求越来越严格。

尤其是近几年，造纸业已经成为国际自动化程度非常高的行业之一，一个国家各类纸张的消费水平，从某种程度上标志了这个国家的文明程度。

本文主要探讨的就是关于造纸机电气传动控制系统的应用与质量控制。

关键词：造纸机；电气传动；控制系统；质量控制引言：国外造纸业对纸机系统的研究已经取得了丰硕的成果，尤其是大大提升了纸机电气传动控制系统的整体自动化水平。

1.国内纸机传动现状目前，国内的造纸业发展迅速，进入二十一世纪我国单台纸机能力的记录频频被刷新，我国已成为了世界上大型新纸机最多的国家。

大型纸机如海南金海浆纸的PM2，纸幅宽度达到12米，车速为2000米/分钟，产量约为120万吨/年，总传动容量为40157kW，189个传动点。

在这种大容量、高车速，高精度的纸机传动系统产品供应中，国际电气的巨头西门子、ABB占据着主要供应商的位置，其他国际品牌像GE、东芝、三菱等则由于水土不服，一直鲜有供货的案例，而杭州华章、上海华欣、上海造纸电控所等国内电气企业则主要还是占据着中小纸机传动的市场。

未来纸机的电气传动的发展，取决于电力电子技术的进一步发展。

根据当前的发展趋势，我们预计未来造纸机速度将进一步加快，纸机负载容量将进一步增加，纸机电气传动需要进一步发展在以下方面：（1）电力的传输能力，目前需要更高的供电电压来满足供电需求，电压越高，所有的电损就越小；（2）调速的精度提出了更高的要求，随着纸机速度加快，速度控制的小错误可能引起断纸，因此，对高精度调速的要求将会越来越多；（3）节能减排的要求，将采用更低损耗的技术，如：直接转矩控制、能量回馈技术；（4）由于大量使用交流变频驱动，导致电网谐波产生，如何更加经济的抑制谐波，是未来电气传动发展面临的问题。

2.造纸机工作原理造纸机是一种由多个设备分部联动的机器，从第一个初步制造成品纸的机器在1803年到目前为止，造纸机总体机械结构逐渐完美，有固定的造纸行业技术规范，即整个制作过程由湿部和干部组成：其中湿部包括：纸浆流送系统、流浆箱、成形网和压榨部；干部包括：前烘，施胶，后烘，涂料，压光和卷纸。

造纸机电气传动控制系统的设计与实现造纸机电气传动控制系统的设计与实现摘要：随着现代纸张工业的发展，造纸生产线的自动化程度越来越高。

为了提高生产效率和质量，电气传动控制系统在造纸机中起着至关重要的作用。

本文主要介绍了造纸机电气传动控制系统的设计和实现，包括系统结构、硬件设计和软件开发等方面的内容。

一、引言纸张工业作为国民经济的支柱产业之一，在我国经济发展中占有重要地位。

随着纸张需求的不断增长，提高造纸生产线的自动化水平成为迫切的需求。

电气传动控制系统在提高生产效率和质量方面发挥着重要作用。

本文旨在设计和实现一种高效、稳定的电气传动控制系统，以满足造纸机的自动化需求。

二、系统结构设计电气传动控制系统主要由电机、传感器、控制器和执行器组成。

电机作为主要动力装置，通过传感器采集参数，并由控制器对电机进行控制，最后通过执行器实现纸张的运动。

1. 电机选择造纸机电气传动控制系统中常采用交流变频电机作为驱动源。

其具有调速范围广、转矩稳定等优点，适用于不同工况的需求。

2. 传感器应用在电气传动控制系统中，传感器主要用于采集各种参数，如纸张的长度、宽度、张力等。

根据传感器输出信号的特点，可以对纸张的运动状态进行实时监测和控制。

3. 控制器设计控制器是电气传动控制系统的核心部分，主要负责对电机进行控制和调节。

可以采用PLC（可编程逻辑控制器）作为控制器，通过编写程序实现对电机的启停、正反转等功能。

4. 执行器选择在电气传动控制系统中，执行器主要负责将控制信号转换为运动，并实现纸张的进给、送纸等功能。

可选用液压缸、气动缸等执行器，根据纸张的要求和系统的可靠性进行选择。

三、硬件设计1. 电气传动装置的安装根据造纸生产线的实际情况，将电气传动装置合理地安装在机器的关键位置，以便实现对纸张的精准控制。

2. 传感器布置传感器布置应与纸张运动轨迹相匹配。

通过合理布置，可以实现对纸张宽度、张力等参数的实时监测。

3. 控制器接线控制器与电机之间的接线应准确、牢固。

造纸机的电气传动系统设计随着现代社会的快速发展，纸张作为必不可少的物质之一，其需求量日益增大，需要大量的生产加工来满足需要。

在纸张生产过程中，造纸机是非常重要的生产设备，而其电气传动系统的设计则是决定其工作效率和稳定性的重要因素。

本文将介绍造纸机的电气传动系统设计。

一、造纸机的简介造纸机是指将纸浆喷洒在毛毯上，经过刮刀和避震梁的作用，调整纸浆厚度，并旋转将纸浆挤至排水网上进行脱水处理，最后经过烘干设备，完成纸张的生产。

造纸机涉及的过程较为复杂，需要多机联动协作完成。

因此，其电气传动系统设计非常重要。

二、电气传动系统的设计要点(一)总体方案设计造纸机的电气传动系统需要根据其生产要求和使用要求进行总体方案设计。

要考虑的主要因素有：产量、设备的运转速度、状态检测、用户交互界面、定义数据格式、控制模式等方面。

总体框架设计可以采用三层次结构，即上位机、下位机和I/O层。

下位机通过工控机与上位机进行通讯，I/O层则负责控制各个设备的开关和信号传输。

(二) 驱动控制方案设计驱动控制方案设计要考虑的主要因素为：驱动电机的功率、转速范围、CNC系统性质、设备的互动性要求等。

在造纸机的控制系统中，要实现对设备的控制和监测，可以采用伺服控制技术。

伺服控制系统能够实时检测设备的运转状态，可以通过控制电机转速，达到控制设备的效果。

此外，如果设备运转过程中遇到故障，也能通过伺服控制系统快速响应，并进行记录与诊断。

因此，采用伺服控制技术是造纸机的电气传动系统的更优选择。

(三)三维模型方案设计三维模型方案设计是针对造纸机的结构、驱动、控制等因素进行的模型设计。

通过三维模型，可以快速的模拟出机器运转状态、检测细节等。

在模型设计过程中需要注意的是，尽量减小电机的振动幅度，减少系统的噪音和震动，以使机器在运转过程中不会产生过大的动态变化。

(四)安保系统的设计安保系统的设计是为了保障造纸机的正常运转，确保在不应出现的状况下能够保障机器和人员的安全。

1 引言1.1 课题设计的背景及意义从古文明开始，还没有纸的出现，直到东汉才出现了纸，这是蔡伦制成的。

纸在初现期间，并没有得到广泛应用，直到魏晋南北朝时期，才广泛流传。

直到现在，纸在我们的生活中随处可见。

随着我国工业的发展，人们生活水平的提高，纸在我们的生活中应用越来越广泛，已经成为不可替代的生活用品，比如书籍、报纸、作业纸、包装纸、卫生纸等等，在我们的生活中随处可见。

除了生活用纸外，纸在其他领域也有广泛的应用，如工业用纸、农业用纸和医疗用纸等。

从这些方面可知，纸在我们的日常生活中的影响越来越大，人们的生活早已离不开纸。

人们对纸的需求量日益增长，对纸的种类需求也越来越多，从作业纸到书籍用纸，从包装纸到卫生纸，再到餐巾纸等，纸的种类真的是多种多样，这就导致对纸的生产工艺和生产质量有了更高的要求。

造纸术是我国的四大发明之一，对世界的文明有着深远的历史意义，从以前的手工制纸发展到现在的机制纸，可见我国的造纸技术有了很大的进步和发展。

但这还远远不够，人们对纸的需求量的多样化，需要不断提高造纸工业的自动化水平，加快造纸行业的发展，才能满足人们对纸的需求。

提高造纸业的自动化水平，对我国的造纸业有深远的指导意义。

1.2 课题设计的研究现状纸的制造是一个非常复杂的过程，近年来，大型化、自动化和智能化是世界各国工业的发展趋势。

为了提高纸张的质量、降低生产成本、节约自然资源、减少废气排放以及提高纸的产量，造纸业的自动化水平在不断地提高。

造纸业早期的控制方式比较简单，使用的是应用常规仪器调节仪表的简单控制，目前大多数都使用PLC来控制，大大的提高了造纸业的自动化水平。

PLC具有可靠性高、抗干扰能力强，编程比较简单、容易掌握，功能比较完善、使用灵活方便，体积小、质量轻、功耗低等优点。

基于PLC控制的造纸机不仅大大的提高了自动化水平，还节约成本。

而PCC代表的是目前自动化领域最先进的自动化控制技术，不仅综合了PLC和工业可编程控制器（PC）两者的技术优势，而且还有PLC和PC所没有的优势。

造纸机的电气传动系统设计摘要造纸术是我国古代四大发明之一，有着悠久的文明历史。

随着日常生活对纸张品质要求的不断提高，造纸机也正向着大型、高速、高效的方向迅速进展，这就对造纸机的电气传动系统提出了更加严格的要求。

面对日趋猛烈的市场竞争，我国造纸业差不多步入“质量效益主导型”的新时期，其中造纸机的电气传动操纵系统作为保证纸张质量的关键技术，差不多引起了我国造纸企业的高度重视。

第一，本文对造纸机电气传动系统的国内外进展现状做了简要的介绍，并介绍了造纸机的机械结构以及造纸的工艺流程。

接着，详细的分析了速度链、负荷分配以及纸幅张力等阻碍电气传动操纵系统的诸多因素，并给出了造纸机对电气传动操纵系统的差不多要求。

通过对电气传动操纵系统工艺的进一步分析，运罢了阻碍电气传动品质的相关参数。

同时给出了速度链、动态负荷、张力需求的运算公式以及电机电磁转矩的离散化方程。

最后，依照交流变频调速系统的应用，给出了造纸机在实际应用中变频器的相关参数及变频器的选型并对造纸机电气传动操纵系统进行了合理的设计。

关键词：造纸机；电气传动操纵；速度链；张力操纵；交流变频调速;变频器THE DESIGN OF PAPER MACHINEELECTRICAL DRIVING SYSTEMABSTRACTPaper-making technique is one of ancient China's four great inventions,has a long history of civilization.With the increasing demand for paper quality,paper machine towards the development of large-scale,high-speed,efficient direction,which also put forward higher requirements for paper machine control system.With increasingly fierce market competition, Chinese paper industry has started to enter into a new development stage of “quality and efficiency-oriente d”.And the paper machine electrical driving control as the paper quality protection technology,has been widely favored by the paper companies at home.First,the article made a presentation on the paper machine control system development in the world.At the same time,introduces the mechanical structure and the technological process of papermaking.Then analyzed the speed chain,load distribution and paper tension on the driving control system and many factors of the influence of the electrical drive control system, and give the basic requirements of the electric drive control system.In this thesis analyzed the theoretical transmission parameters of the driving system,calculated all the relevant factors affecting the transmission quality to achieve a good control effect.At the same time, the speed link,the dynamic load and the tension demand are calculated,and the electromagnetic torque of the motor is discretized.Finally,according to the application of AC variable frequency speed control system,the correlation parameters of the inverter and the converter selection of the inverter in practical application are given.And the paper makes a reasonable design for the electric drive control system of paper machine.Keywords:Paper machine;Electric drive control;Speed chain;Tension control;AC frequency converter;Frequency converter名目摘要............................................................................................................................................. ABSTRACT.. (I)1绪论 01.1 课题研究背景 01.2造纸机电气传动操纵系统国内外的研究现状及已有成果 (1)1.3本文要紧工作 (2)2造纸机机械结构及造纸工艺流程 (4)2.1造纸机机械结构 (4)2.1.1 造纸机网部 (5)2.1.2 造纸机压榨部 (5)2.1.3 造纸机压光部 (5)2.1.4 造纸机干燥部和卷取部 (5)2.2 造纸工艺流程 (5)2.3 本章小结 (6)3 造纸机电气传动操纵策略分析 (7)3.1 造纸机电气传动概述 (7)3.1.1 造纸机电气传动操纵系统的差不多要求 (7)3.1.2造纸机传动功率运算 (7)3.1.3造纸机生产能力运算 (8)3.2 造纸机电气传动系统操纵策略分析 (8)3.2.1速度链操纵 (8)3.2.2负荷分配操纵 (9)3.2.3纸幅张力操纵 (10)3.3 造纸机电气传动操纵工作原理图 (11)3.4 本章小结 (13)4 造纸机电气传动操纵系统参数分析 (14)4.1 纸辊电机电磁转矩运算 (14)4.2 纸辊卷径运算分析 (15)4.3 速度链运算分析 (15)4.4 纸幅张力值的估算与分析 (16)4.4.1 基于纸辊参数的纸幅实际张力估算 (16)4.4.2 张力值的估算 (17)4.4.3 张力传感器张力值检测 (17)4.5 本章小结 (18)5 造纸机电气传动系统的设计 (20)5.1 造纸机电气传动系统设计参数及运算依据 (20)5.1.1 造纸机传动系统技术参数 (20)5.1.2 造纸机电气传动系统纸辊电机设备参数 (20)5.1.3 纸辊电机转速、功率的运算及选择 (21)5.2 造纸机电气传动系统的硬件配置 (22)5.2.1 交流变频调速差不多原理 (22)5.2.2 ACS800 变频器性能 (23)5.2.3 ACS800 变频器要紧参数设置 (24)5.2.4 变频器的容量选择 (26)5.3 造纸机电气传动系统操纵方案设计 (27)5.3.1 电气传动操纵系统的整体结构 (27)5.3.2 纸辊电机的操纵策略 (28)5.4 造纸机电气传动系统软件选型 (30)5.4.1 操纵系统概述 (30)5.4.2 S7-400H 冗余系统 (30)5.4.3 过程设备治理 (30)5.5 本章小结 (31)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)1绪论1.1课题研究背景随着全球造纸业及其相关行业的快速进展，人们不仅对纸张质量要求越来越严格，同时对纸张依靠性也变的越来越强。

• 变频多传动控制 •收稿日期：2006-10-09(修改稿)造纸机械变频多传动控制系统的基本原理及应用李方园（浙江工商职业技术学院，浙江宁波，315012）摘　要：详细介绍了速度同步、主从控制和负荷分配时造纸机械变频多传动控制系统的基本控制原理和应用方式。

关键词：造纸机械；变频器；多传动；通讯中图分类号： TS736 文献标识码：A 文章编号：0254-508X(2007)06-0053-04现代工业生产中，多台电动机交流调速系统的应用日益广泛，尤其在造纸机械的许多生产设备，如造纸机、复卷机、涂布机、压光机、切纸机、铸涂机、分切机等。

多台电动机控制系统要求多台电动机之间按照一定的控制规律快速而协调地运行，其性能的好坏直接影响造纸生产能否正常进行和造纸产品质量能否符合要求。

多电动机传动是相对于单电动机传动而言的，也就是说在1条生产线或者1套设备有2个或2个以上的变频器并列运行，且安装位置相邻，如多缸造纸机的传动部分。

这些设备都要求精确速度控制、多单元同步传动或比例同步(牵伸)传动等。

在造纸机械应用变频器可以提高工艺要求、提升产品质量，同时减轻人工的劳动强度、提高生产效率。

这种类型的多电机传动控制系统又被称为变频多传动控制系统。

以某多缸长网造纸机为例，其变频多传动控制系统的安装如图1所示，该造纸机的基本组成部分按照纸张成形的顺序分为网部、压榨、前烘缸、施胶、后烘缸、压光、卷纸等。

对于造纸机械的变频多传动控制而言，其控制特点和工艺要求具有特殊性，本文将对此做一分析总结和归纳探讨。

1　变频多传动控制系统的速度同步在造纸机械的变频多传动控制系统中，速度同步运行是最基本的控制方式，它可以采取以下3种方式(如图2所示)。

1.1　模拟量同步控制当造纸机械的1台单体设备或1条生产线中各个传动单元分别由独立的变频器驱动时，为了保证整机在一个主令转速的设置下，各单元同步协调工作，需要配置同步控制器(如图2a 所示)。