4400450瓦楞纸机变频传动技术方案.docx
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4400450瓦楞纸机变频传动技术方案
变频传动控制系统
技
术
文
本
一、概述
二、纸机主传动控制系统介绍
三、纸机传动工艺控制主要特点
四、纸机辅助传动
五、传动系统供货明细表
六、技术服务
一、概述
1.设计依据
本控制系统的设计是依据贵公司提供的纸机配置文件，在保证设备的性能与本技术文件所描述的完全一致的前提下，我们结合其他同类型纸机的设计、调试的实际经验，以控制可靠、技术先进、操作简单、维护方便的原则，设计出适合该纸机的电气配置、控制技术方案。
2.系统设备运行条件
2.1环境条件
位置：
室内
海拔高度：
低于1000米AMSL无需降容
温度：
5%至95%，无凝结
储存温度：
-40℃至+45℃
2.2交流电源系统
电压误差：
+/-10%，最大
频率误差：
+/-5%，最大
相位不平衡：
+/-2%，最大
电网频率：
50HZ
2.3电压
进线柜输入电压：
400伏，3相
控制电压：
220伏，单相
3.纸机数据
3.1纸机工艺参数：
主要产品：
高强瓦楞原纸
定量范围：
80~130g/m2
纸机幅宽：
4600mm
装机容量：
22个传动点，1499.5KW
设计车速：
400m/min
工作车速：
350m/min
爬行车速：
30m/min
传动形式：
分部传动。
采用交流变频调速方式。
3.2纸机主传动点配置
序号
名称
功率（KW）
数量（台）
操作台
1
真空伏辊
160
1
1#
2
驱网辊
200
1
3
导网辊
22
1
4
真空吸移辊
37
1
5
1#大辊径压榨下辊
110
1
6
1#大辊径压榨上辊
110
1
7
真空吸移辊
37
1
2#
8
2#大辊径压榨下辊
110
1
9
2#大辊径压榨上辊
110
1
10
第一组烘缸
90
1
11
第二组烘缸
90
1
12
第三组烘缸
90
1
13
引纸辊一
4
1
3#
14
施胶上辊
55
1
15
施胶下辊
55
1
16
引纸辊二
4
1
17
引纸辊三
4
1
18
第四组烘缸
37
1
19
第五组烘缸
110
1
20
卷纸引纸绳
5.5
1
4#
21
卷纸引纸辊
4
1
22
卷纸机
55
1
共计22个传动点，总功率为1499.5KW
二、纸机主传动控制系统介绍
AC
变频器
变频器
变频器
……
现场主站PLC
MMM…
PROFIBUS
4#操作台
1#操作台
2#操作台
3#操作台
触摸屏触摸屏触摸屏触摸屏
1.传动形式：
分部传动。
主传动部分调速采用交流变频调速方式。
2.控制方式：
三级控制：
2.1现场级：
选用ABBACS800系列变频器为驱动单元。
2.2控制级：
选用西门子S7-300系列可编程控制器为控制中心，PLC通过高速PROFIBUS-DP网络接口与各传动点和人机界面进行数据交换，构成先进的PROFIBUS-DP通讯网络，完成纸机传动点之间速度链及逻辑控制。
2.3操作级：
现场沿机安装多个显示操作终端，实行人机对话和运行监控。
2.4监控级（选项）:
选用DELL品牌电脑作为上位机，监控纸机的运行情况。
2.5反馈方式（选项）:
变频器加装速度反馈卡接受速度反馈信号，实现闭环控制。
3.通讯网络：
PROFIBUS-DP通讯总线能实现快速通讯，最高通讯速度为12M/S。
⏹现场级
ABBACS800系列变频器
ABBACS800系列变频器最大的优点就是全功率范围内统一使用了相同的控制技术，例如启动向导、自定义编程、DTC控制、通用备件、通用的接口技术。
先进的DTC技术的核心就是直接转矩控制，它是目前最先进的交流异步电机的控制方式。
DTC稳定杰出的性能，使ACS800变频器产品适用于各种工业领域。
ABBACS800系列变频器的主要性能
●工作电压：
AC380V-15%～415V±10%
●输入频率：
50HZ±5%
●输出频率：
0HZ～50HZ，分辨率：
0.1转
●频率稳定度：
0.01%
●过载能力：
可规划的150%过载
●通讯速度响应时间：
1000r/30ms
●支持LONWORKS、Profibus、DeviceNet、ModbusRTU等工业总线协议
●速度、力矩调节，自适应的速度调节，速度超调抑制，零速抗漂移
●负荷分配，过载控制
●电机电位计，多段速功能，4段加减速斜坡
●PID调节功能，主从控制
●内装永久性存储器存储设定的参数
●通过磁通电流控制自动进行负载补偿
●变频器过热、过电压、欠电压、短路保护，完善的电磁兼容性
●传动控制盘
●参数的设置和存储
●参数的上装和下载
●给定值和实际值的显示
●状态信息和故障记录的显示
●本地和远程操作可切换
●可同时监视三个数据（如：
频率、电流、转速），可有多种选择
变频器上加装PROFIBUS-DP通讯网卡，变频器与PLC可以通过PROFIBUS现场总线进行通讯，接受运行控制命令和运行速度指令，并反馈运行状态和实际运行频率、输出电流、转矩、负载率给PLC。
脉冲编码器反馈卡检测电机速度反馈信号，实现闭环控制。
在采用主从控制的变频器上加装DDCS通讯模块，实现主从控制，达到负荷分配平衡的目的。
⏹控制级
S7-300可编程控制器的主要特点：
●运算速度快、PLC循环周期短。
●编程功能强。
S7-300PLC可以用于复杂功能的编程与控制，且可以采用STEP7或STEP7-Lite编程软件，利用多种编程语言进行编程。
●通讯功能强。
S7-300PLC的所有CPU模块至少带有1个标准的RS-485/422串行通讯接口，可以支持MPI多点通信（最多125个接点），可用于连接编程器、文本显示器、触摸屏、操作控制面板等外部设备，需要时也可以与其他PLC连接，构成PLC网络系统。
●扩展性能好。
S7-300PLC不仅具有众多的开关量I/O扩展模块，而且还具有众多的特殊功能模块可供选择，大大提高了PLC的控制性能。
在本传动控制系统中，主控站采用西门子S7-300系列高性能可编程控制器，CPU选用S7-313C-2DP，带有PROFIBUS-DP通讯接口，它适用于高性能控制领域，它采用了模块化无风扇设计，坚固耐用，具有强大和容易扩展的网络通讯能力，容易实现分布式结构并具有友好的用户操作特性。
主站作为系统的核心，通过PROFIBUS-DP现场总线网络连接所有驱动器（22台变频器）、4台触摸屏，以协调和管理整个传动控制系统，实施速度链功能、负荷分配功能、总车速升/降、各分部点速度升/降及链速和收纸功能的控制，并将纸机各传动点的运行数据传送给触摸屏并显示。
当有异常现象发生时，作出判断和相应的控制处理，并在报警电路中进行报警指示。
CPU模块的MPI接口连接到PC机作为监控系统数据采集用。
系统还另配开关量输入模块作为系统连锁的输入用。
我们在STEP7编程软件上编制的纸机控制软件，是针对每台纸机的特点并结合长期以来我们的经验而开发的。
我们以提供给用户最方便、简洁的操作为原则，以求达到最佳的控制效果。
同时，控制软件还对变频器进行了大量的数据采集工作，方便上级管理器以及上层管理网络查阅和调用。
控制器实现以下功能:
1）速度给定
2）逻辑控制（启动/停止、升速/降速、收紧等）
3）人机界面的远程通讯
4）变频器的远程通讯
5）负荷分配的控制
6）速差控制
7）速度变化率的控制
8）连锁控制（如报警等）
9）张力控制
10）信号采集
⏹人机界面
全新设计，性能显著增强的多功能面板。
突出特点：
1）操作方便
●全图形化7.5"/10.4"TFT显示屏，64K色
●分辨率640x480
●内置PROFINET/以太网
●支持Sm@rtService和Sm@rtAccess
●具有可追溯性（符合FDA）
●免维护、非易失性报警缓存器
●脚本，归档
●WindowsCE5.0
2）性能
●与MP270相比，性能显著增强
●6MB用户存储器，取代以前的4MB
3）灵活性好
●可从TP/OP/MP270转换（例外：
RS232和CF卡）
●与xP270兼容
●SD/多媒体卡组合插槽
●多达5种语言在线切换，全球通用（包括亚洲和西里尔语言）
在现场便于用户操作的位置分组设置有4个操作台，操作台上即安装有触摸屏。
同时，在操作台上设置急停开关。
系统选用WEINVIEW10”Touch彩色液晶触摸屏，可以通过Profibus-DP现场通讯总线网络与主站S7-300PLC进行通讯，进行现场操作。
WEINVIEW10”Touch彩色液晶触摸屏用SIMATICWINCCflexible专用组态软件进行编程二次开发，形成可视化的图形，使现场操作人员可以方便直观地发布操作命令和观察系统各部位的运行状态。
触摸屏上分每个传动点设计一组启动、停止、升速、降速按钮和链速、收紧功能键，报警指示灯。
根据需要，触摸屏上设计有各分部传动点运行状态的显示以及整台纸机的车速显示功能。
可以实时显示每台变频器的输出频率、电流、转矩、负载率等。
触摸屏上还可以根据厂方的要求设立带密码锁定的管理菜单（如设定限定车速、网部微调等生产相关的管理数据）。
在本控制系统中，通过组态可实现以下功能：
1）启动/停止控制分部电机的启动/停止。
2）爬行/运行用于低速调试或检修/正常运行的切换。
3）单动/联动用于各传动点的单动/联动控制。
4）速度微调用于分部传动点的速度微量升降控制。
5）负荷分配功能负荷系数微调。
6）显示功能实时显示传动点的速度设定值与实际值、电流值等
7）口令保护
8）纸机速度设定
另外，在每个操作台上还有紧急停车按钮。
在出现意外情况时，可保护设备和人身安全。
⏹系统功能
●启停功能：
控制系统设有总启/停、分部启/停、分启停。
总启/停主管整机的启停功能；分部启/停主管各需要负荷分配或连锁启停的传动点；分启/停控制各分部传动点的启停，只对本点进行独立的控制，不影响其他传动点的正常运行。
●运行/爬行功能：
在纸机传动控制系统的速度控制中，可选择爬行或运行速度运行。
在启动、试车调试或机械检修时选择爬行速度运行，爬行速度运行时，纸机运行在较低的车速。
纸机正常运行时选择运行速度。
●总升降功能：
1#操作台的总控部分设有速度总升、总降按钮，1#操作台的触摸屏上也设有速度总升、总降按钮，通过操作该功能按钮可以实现整台纸机车速的同步升高或降低，车速调节范围为爬行–最高车速。
●车速设定功能：
可以在1#操作台的触摸屏上设定需要的车速，底网驱网辊作为纸机速度的基础，达到设定的车速，其它各传动点也将按已调好的速度链达到设定的车速，方便生产。
●单点速度升降功能：
单点速度调节时，通过操作该传动点对应的升速、降速按钮，可以调节对应点的速度。
调节范围为爬行–最高车速。
各传动点的速度可单独调整。
●链速功能：
链速功能即同步速度调节，选择链速升速键或链速降速键，不仅可以调节对应点的速度，而且它后面的传动点按其与当前点的比例同步变化。
调节范围为最大车速的正负5%。
●收纸功能：
在引纸和拉纸过程中有断纸时，可能会有堆纸现象，收纸功能就可以解决这一问题。
通过操作收纸功能键，这一点的速度会提升一个恒定的值，它后面的传动点按其与这一点的比例同步提升，提升的程度可以调节。
放开按钮后，车速不保持，快速回到提升前的车速。
●反爬功能：
对于某些传动点（如烘缸部），在出现断纸或一些其它情况停车时传动点从高速运转直到完全停止时，不可避免的有一些断头缠绕在传动体上，这就给下次开车带来许多不便，而反爬功能恰恰能够在此时通过缓慢的反向旋转，把断纸脱离开传动体，极大地方便工人的操作，提高工作效率。
●速度软化控制：
在纸机的干部，为适应和控制纸品的伸缩在一定的范围内，各分部间需要保持一个合适的张力，在以速度传递的控制方式下，是采用速差来模拟这个张力的。
由于速差是由操作工根据实际情况进行调整的，不可避免存在着调节偏差，由于速度对时间在长度上会产生累积，最终使张力发生变化，有可能使纸品挂套或绷断。
速度的软化控制就能消除累积，避免断纸。
●速度存取功能：
系统设置有二组车速的存储和读取功能，可以对于调节好的车速进行记忆和恢复，使变换生产品种更加方便。
●显示功能：
通过触摸屏可以自由地组态画面，通过画面的切换动态地运用文字、数字、形图、棒图等来显示各传动点的工作状态（如启动/停止、运行/爬行、故障报警）和运行参数（电机电流、转矩、分部线速度等）
●触摸屏互动功能：
每个触摸屏之间可以互动，可显示相同的内容，实现一个传动点在不同地点显示和操作。
●负荷自动平衡功能
在网部和压榨部、施胶的传动点均采用独立的传动装置，在工艺上要求这些个相关的传动点除速度必须保持始终一致（包括启动、停止和升、降速过程）外，还要求这两些点的负荷需要自动平衡。
采用ABB专门的主从控制，具体控制为：
1）驱网辊为主传动为速度控制；
真空伏辊作为辅传动为转矩控制；
导网辊为辅传动为转矩控制；
2）大辊径压榨下辊为主传动为速度控制；
大辊径压榨上辊作为辅传动为转矩控制；
真空吸移辊作为辅传动为转矩控制；
3）施胶下辊为主传动为速度控制；
施胶上辊为辅传动为转矩控制；
●连锁控制：
网部、压榨部、施胶需要负荷分配的传动点，除进行启/停连锁控制以外，各相应传动点间还设置互为连锁控制的保护功能，当其中一处传动点发生故障和运行状态发生改变引起停机故障时，其相应部位应立即停机。
●对变频电机风扇电机的控制：
对每一台变频电机的风扇电机实施启停控制，在变频器启动运行后，所对应的风扇电机将自动启动，变频器停止运行，所对应的风扇电机也自动停止。
既节能，又延长了风扇电机的使用寿命。
⏹控制柜及操作台
●电源进线柜
柜型：
GGD
材料：
冷轧钢板
保护等级：
IP20
控制柜尺寸：
800*2000*600
●变频控制柜
柜型：
GGD
材料：
冷轧钢板
保护等级：
IP20
控制柜尺寸：
800*2000*600
传动柜电源从铜母排引下
控制柜的排列根据现场实际情况来定
根据变频器的大小，一台传动柜内装有二台或多台变频器及配套的低压电器。
●操作台
操作台箱体为冷轧钢板，面板为不锈钢。
操作台上装有多功能面板。
操作台上装急停。
三、纸机传动工艺控制主要特点
⏹网部
为保证网部各传动点在温度、润滑情况、负载变化，以及生产品种、定量、车速、网的张紧程度不同时，保证速差，实现自动负荷分配，在本控制系统中，利用ABB变频特有的主从控制功能，对网部驱网辊作为主机为速度控制，而同一张网上的真空伏辊、第一导网辊传动作为从机，采用转矩控制，确保各传动点速度的稳定、实现自动负荷分配控制。
⏹压榨部
控制方法与网部基本相同。
压榨下辊作为主机采用速度控制，压榨上辊作为从机采用转矩控制，确保各传动点速度的稳定、实现自动负荷分配控制。
在ABB变频的主从控制中，还特有窗口控制的功能。
只要启动窗口功能，窗口控制就监视速度偏差值（速度给定值减去实际速度值），在正常的运行范围内，窗口控制会保持速度调节器的输入为零，但当速度偏差超过了窗口范围，偏差值的超出部分将被输入到速度调节器，速度调节器产生一个与输入和增益相关的给定输出，加入到转矩的给定，这样就能自动调整转矩的给定。
⏹烘干部
湿纸进入烘干部后，水份蒸发，纸张已经建立了张力，干部以控制张力为目标，对张力容易发生变化的区域的传动点采用转矩控制；对张力不容易发生变化的区域的传动点采用速度控制。
施胶下辊作为主机采用速度控制，施胶上辊作为从机采用转矩控制，开启窗口控制，实现自动负荷分配。
各烘缸、卷纸为保证一定的张力，运行时存在速差，采用本控制系统中的速度软化控制，可以消除累积，避免断纸。
⏹系统连锁
为保证设备和人身安全，保证设备连续正常运行，所有纸机传动的运行都由西门子可编程控制器统一控制，系统连锁包括：
1）安全连锁：
每个主传动点都有速度限幅，防止断纸时出现飞车现象。
2）工艺连锁：
网部、压榨部、施胶机由于存在软性或硬性连接，要求有负荷分配自动控制。
它们之间要求速度同步，同时要求负载率均衡，以保证正常生产。
所以这几组传动部分的传动点之间要求有负荷分配自动控制功能。
3）启动连锁：
润滑系统没有工作，烘缸不能启动。
因此，两者之间设有连锁装置，稀油泵没有开启，则烘干部不能启动。
4）停机连锁：
网部停车时，高压移动喷水管自动停止，烘干部停车时，相应地移动刮刀自动停止。
5）断纸连锁
6）故障连锁：
在具有负荷分配的传动点中，只要有一个调速器出现故障，负荷分配区的所有传动点自动停机。
⏹系统保护
1）欠压监测
2）过压监测
3）过流保护
4）缺相保护
4）编码器信号丢失报警和保护
5）超频、超速报警和保护
6）接地故障报警
7）通讯故障报警
⏹传动控制系统精度
系统频率分辨率0.01Hz;稳速精度≤0.01%;自动负荷分配不平衡度≤2.5%。
五.传动系统供货明细表
主传动控制系统供货配置清单
一、电气传动主驱动器（采用ABB800重载系列变频器）
序号
名称
功率（KW）
规格型号
数量（台）
备注
1
真空伏辊
160
ACS800-04-0260-3
1
从
2
驱网辊
200
ACS800-04-0320-3
1
主
3
第一导网辊
22
ACS800-04-0040-3
1
从
4
真空吸移辊
37
ACS800-04-0060-3
1
从
5
1#大辊径压榨下辊
110
ACS800-04-0165-3
1
主
6
1#大辊径压榨上辊
110
ACS800-04-0165-3
1
从
7
真空吸移辊
37
ACS800-04-0060-3
1
从
8
2#大辊径压榨下辊
110
ACS800-04-0165-3
1
主
9
2#大辊径压榨上辊
110
ACS800-04-0165-3
1
从
10
第一组烘缸
90
ACS800-04-0135-3
1
11
第二组烘缸
90
ACS800-04-0135-3
1
12
第三组烘缸
90
ACS800-04-0135-3
1
13
引纸辊一
4
ACS800-04-0009-3
1
14
施胶上辊
55
ACS800-04-0100-3
1
从
15
施胶下辊
55
ACS800-04-0100-3
1
主
16
引纸辊二
4
ACS800-04-0009-3
1
17
引纸辊三
4
ACS800-04-0009-3
1
18
第四组烘缸
37
ACS800-04-0060-3
1
19
第五组烘缸
110
ACS800-04-0165-3
1
20
卷纸引纸绳
5.5
ACS800-04-0011-3
1
21
卷纸引纸辊
4
ACS800-04-0009-3
1
22
卷纸机
55
ACS800-04-0100-3
1
二、纸机电控柜及配套附件
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
电源柜
800*600*2000（GGD）
只
1
上海
2
总空气开关
DW15-3000
只
1
正泰
6
变频柜
800*600*2000（GGD）
只
10
上海
7
操作台
只
4
上海
8
空气开关（变频器用）
只
22
9
空气开关（变频风机用）
只
22
10
急停开关
只
4
11
24V直流电源
S-35-24
只
4
12
24V直流电源
S-100-24
只
1
三、控制器、上位机等
序号
名称
规格
单位
数量
备注
1
可编程控制器
S7-313C-2DP
套
1
西门子
2
Profibus-DP网络适配器
RPBA-01
块
22
ABB
3
DDCS通讯板
RDCO-03C
块
11
ABB
4
触摸屏
WEINVIEW10’
只
4
5
控制电缆
实际用量
备注：
1．变频器柜内二次控制电缆由供方承担，一次电缆由用户提供。
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