矢量控制是將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia、Ib、Ic、通過三相-二相變換,等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1、Ib1,再通過按轉子磁場定向旋轉變換,等效成同步旋轉坐標系下的直流電流Im1、It1(Im1相當于直流電動機的勵磁電流,It1相當于與轉矩成正比的電樞電流)既將力矩電流,勵磁電流分量進行解耦。使解耦的磁通與力矩控制器使二者互不影響,而使電機的速度,力矩連續可調。從而可實現在低速狀態時的平滑運行和高力矩高精度的速度、力矩控制。
具有4種控制方式可選:(1)無PG矢量控制;(2)帶PG矢量控制;(3)無PG V/F控制;(4)帶PG V/F控制。Auto-tuning(自學習)功能可以對不同電機實現高精度矢量控制。特別是帶PG矢量控制方式以其極高的速度控制精度(+0.02%)極高的零起動轉矩(0r/min時150%)并可實現力矩控制,與PLC配合使用,可以實現速度鏈控制、自動負荷控制、自動速差控制等功能,在造紙機傳動中得到大量應用,并取得了較好的控制效果。
2 紙機傳動對電氣控制系統的要求
(1) 該紙機為1880/250 m/min長網多缸文化紙機,生產40~65g/m2**文化用紙,紙機結構簡如圖1所示。

該紙機由長網部、真空吸移+四輥二壓區復合壓榨部、干燥部、施膠部、壓光部、卷取部組成。共16個傳動點,總功率324kW,各傳動點功率及變頻器型號如附表所示。
(2) 紙機對傳動系統的工藝要求
為了能生產出質量標準較高的產品,紙機對傳動系統有如下的工藝要求:

a) 紙機工作速度要有較大的調節范圍:為了使造紙機具有較強的產品、原料的適應性(如打漿度、漿料配比與種類、定量、紙種等),紙機傳動可在較大的范圍內均勻的調節速度,調速范圍D=1:8。
b) 車速要有較高的穩定裕度:總車速提升、下降要平穩。紙機速度常因電源的電壓、頻率以及紙機負荷等因素的變化而波動。為了穩定紙的定量和和質量、減少紙幅斷頭,要求紙機穩速精度±0.5~1%。
c) 各分部間速比可調、穩定:紙幅在網部和壓榨部時,其縱向伸長橫向收縮,而在烘干部時,兩向都收縮。因此紙機各分部的線速度稍有差異。紙機各分部的速比的***動值與漿料配比、定量、車速、生產工藝、分部之間的紙幅無承托引段的張力等因素有關。因此,造紙機各相鄰分部間應有適當的速差來形成良好的紙頁。紙機各分部的速度必須是可以調節的,在±10~15%。同時,為了生產較高質量的紙幅和減少斷頭率,就要保持各分部間速比的穩定。當出現負荷變化或其它干擾導致某分部的速度變化時,應保持能及時調整,使分部速比的變化不超過規定的范圍。
d) 單個分部點的具有速度微升,微降功能,引紙操作時的緊紙功能。同時具有軟連接的傳動分部,網部的真空伏輥和驅網輥之間,具有剛性聯結的施膠上輥與施膠下輥之間,具有剛性聯結與軟聯結的傳動分部,真空吸移、真空壓輥、一壓輥、二壓輥之間,這些有負荷關聯的傳動點之間要能進行負荷動態調節。由于某點的速度發生變化而引起負荷在分部內動態轉移,如果不及時進行自動的調節(因為現在使用的變頻器基本上都不具備長期四象限運行能力),這些傳動點間有的負載可能超過它自身的功率范圍引起過流發生,有的傳動點被拖動而引起過高的泵升電壓,導致變頻器過壓而保護跳閘,甚至損壞變頻器、損壞毛布。并且在這些分部中,應具有單動、聯動功能。并可以同時起動、停止。必要的顯示,如:線速度、電流或轉矩、運行信號、故障信號等。
e) 爬行速度 為了檢修和清洗聚酯網、壓榨毛毯、干網以及各分部的運行工況,各分部應有15~50m/min可調的爬行速度。
f) 紙機傳動為恒轉矩負載性質,要選擇具有恒轉矩控制性能的變頻器,并具有較高的分辨率,以滿足紙機控制系通正常工作的需要。
3 電氣控制系統組成
(1) 系統硬件組成
安川變頻器采用電流矢量控制安川VS-616G5型式,PLC選用S7-226型,電機采用變頻專用電動機。變頻器設定為帶PG失量控制模式,整機處于速度控制模式, 系統硬件組成如圖2所示。
4 控制系統功能
該紙機傳動系統采用由PLC作為系統的控制中心。由功能較強大的安川VS-616G5型矢量變頻器為驅動單元,由歐姆龍編碼器提供速度反饋信號,使紙機傳動在閉環運行模式下,從而使控制系統穩速精度0.02%,由PLC通過Modbus協議、RS485網絡與變頻器實現速度鏈功能,速差控制,負荷分配功能,總車速升、降,各分部點的速度升、降及緊紙功能。性能較理想地滿足紙機正常工作需求。
(1) 速度鏈結構 速度鏈結構采用主鏈與子鏈相結合的思路。紙機總的車速由二壓來確定。速度鏈的傳遞關系由圖2來體現,由PLC軟件實現。每**的速度由總車速點速度乘以相應的速比來確定。前**車速調整,后面跟隨調整,后級調整不影響前級。適應紙機操作引紙的順序要求。
速度鏈結構如圖2所示。

