一、概述
造紙行業(yè)是我國的基礎產(chǎn)業(yè)之一，目前我國紙漿造紙企業(yè)數(shù)目大、分布廣，在整個國民經(jīng)濟中占有重要的地位。
造紙工業(yè)主要包括原料加工、制漿、造紙、制成卷筒或平張成品，以及加工成紙張和紙板等工序。
原料加工：造紙原料在蒸煮或磨漿前，按蒸煮或磨漿工藝要求進行預處理和加工。
制漿：將植物原料分離成纖維的過程。
圖1 造紙生產(chǎn)線
二、
造紙機械設備
造紙機主要指使紙漿形成紙幅的分部聯(lián)動的全套設備,基本組成部分按照紙張形成的順序分為網(wǎng)部、壓榨、前干燥、后壓榨、后干燥、壓光機、卷紙機等。其工藝流程為：流漿箱輸出的紙漿在網(wǎng)部脫水成型，在壓榨部進行壓縮使紙層均勻，經(jīng)過前干燥進行干燥，接著進入后壓榨進行施膠，再進入后干燥器烘干處理，然后利用壓光機使紙張平滑，最后通過卷紙機形成母紙卷。其工藝流程圖如下：
圖2 造紙工藝流程圖
造紙工藝是一個連續(xù)生產(chǎn)過程，因此生產(chǎn)線的連續(xù)和有序控制成為造紙工藝的關鍵。以前造紙領域一般使用直流調速（適用于大中紙機）和滑差電動機（適用于中小紙機）控制，近年來，大量變頻器進入造紙行業(yè)，并已取得良好的技術和市場效果。
三、造紙機上的七喜HD700變頻器
普通造紙系統(tǒng)以速度控制為基礎，各分部聯(lián)合控制多臺電機。廣州七喜智能設備生產(chǎn)的HD700變頻器以其控制性能優(yōu)異、維護成本低、適應惡劣環(huán)境能力強等特點，廣泛應用于造紙行業(yè)。廣西某造紙廠應用的系統(tǒng)中，控制部分主要由PLC和七喜HD700變頻器組成，PLC通過通訊方式控制變頻器，從而對電機變頻調速，達到傳動的協(xié)調控制。系統(tǒng)拓撲圖如圖3：
圖3 造紙機械控制系統(tǒng)
由紙漿到成紙，需經(jīng)過壓力噴漿上漿、壓榨、干燥、壓光和卷繞等多個分部。造紙機上的紙受到牽引力的作用，在網(wǎng)部和壓榨部產(chǎn)生縱向伸長，在干燥部縱向繼續(xù)伸長。當紙含水量降低后，縱向伸長變形減少。在進入壓光機和卷紙機時，紙再度牽引而伸長。因此在整個紙張生產(chǎn)線中，各分部的速度不同可以保持紙幅張力。一般后一級張力要略大于前一級，這要求高精度、穩(wěn)定可靠地成比例協(xié)調控制各分部間線速度，否則會紙幅松弛或過度繃緊而斷紙。各分部速度還要獨立控制，有微升、微降及繃緊等調節(jié)功能，以調節(jié)前后兩分部間的速差。同時，這種速度比例協(xié)調關系應在改變車速或重新開機后繼續(xù)保持，不需重新調節(jié)。另外，造紙機無須頻繁起動，工藝要求的變速范圍不大，但存在傳動慣量較大的分部，如烘缸等，需要平穩(wěn)起動，避免引起機械沖擊、磨損，所以穩(wěn)速是造紙機控制的最主要目標。
圖4：電氣控制示意圖
在造紙傳動控制中，多個傳動點帶動一塊網(wǎng)部或多個傳動對象相互施壓合成一定力矩并同步運轉，采用負荷分配控制，各關聯(lián)傳動電機根據(jù)各自的負荷按比例合理承擔功率輸出。負荷分配調節(jié)不好，將會造成整個負荷環(huán)路各傳動點負載失衡，線速不同步，無法正常運行。
七喜HD700高性能通用型變頻器具有良好的矢量控制特性和豐富的控制功能，強大的可編程邏輯模塊讓用戶可以靈活應用，滿足復雜工藝的控制要求。支持Modbus、Profibus DP等通訊，較高的頻率給定分辨率和輸出頻率精度，足以滿足連續(xù)、高效生產(chǎn)應用的需求。本例中的造紙機主要生產(chǎn)包裝用紙，網(wǎng)部的復壓下輥作為主傳動，真空壓榨為從傳動。主傳動采用基本的速度控制方式，從傳動采用負荷分配控制。系統(tǒng)采用Modbus通訊協(xié)議結合PLC程序來完成速度鏈的控制，實現(xiàn)給定的數(shù)字化控制，避免了模擬控制速度鏈給定環(huán)節(jié)的信號漂移。各分部的七喜HD700變頻器采用開環(huán)矢量控制方式或V/F 控制模式，實現(xiàn)壓榨部負荷鏈的負荷分配。在從機控制中，運用七喜HD700變頻器內(nèi)部PID修正頻率主給定，以主傳動的轉矩輸出作為從機PID給定值，從傳動的轉矩輸出經(jīng)低通濾波后作為PID反饋值，調節(jié)PID給定量和反饋量的增益，保證了控制精度，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。
圖5 負荷分配控制示意圖
二、HD700變頻器在造紙機械上的特點
廣州七喜智能的變頻器產(chǎn)品線有HD700、HD800、HD710、HD71等多個系列，現(xiàn)造紙機械上正使用的HD700變頻器具有低頻力矩大、動態(tài)響應速度快、精度高、噪音低等優(yōu)點。該產(chǎn)品使用雙CPU控制，控制更加精準，先進的矢量控制算法，使低頻輸出力矩進一步提高。在紙機控制中具有以下特點：
（1）輸出頻率0.01 Hz~2000.0Hz，可設定的V/F曲線與自定義曲線；
（2）超低噪音，載波頻率可以在1K~15K可調整；
（3）完善的保護功能，系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠性高；內(nèi)置EMC
濾波器；
（4）5.5KW及以上功率標配直流電抗器，減小電流脈動值,改善輸入功率因數(shù)。
（5）全系列產(chǎn)品通過美國UL認證，產(chǎn)品穩(wěn)定可靠。
（6）IGBT節(jié)溫模型設計及獨特的結構設計，更好適應高溫高濕環(huán)境。
（7）具有高級功能模塊，可自由編程，滿足客戶特殊需求。
三、總結
傳統(tǒng)造紙機械的弊端：
（1）造紙機使用電機功率較大，工頻直接啟動對電網(wǎng)、設備沖擊大、耗電量大；
（2）大電流沖擊造成設備老化快，電機故障率高，維護費用高；
（3）舊式造紙設備是靠滑差電機變速，速度精度低，誤差大，對產(chǎn)品的質量影響大；
（4）磨漿工藝中電機不能調速使磨漿的精度不夠，粗細不均；
（5）流量控制是靠手工來調整，影響制漿流量的穩(wěn)定，從而導致最后出來的產(chǎn)品的均勻度收到影響；
（6）烘干設備的壓力也是靠人工調整控制，烘干效果受到影響，使得產(chǎn)品的韌性不均勻；
（7）收卷電機是靠滑差電機調速來完成，調速精度低，誤差大，造成紙巾拉力不恒定；
（8）出來的紙巾韌性和均勻度降低，嚴重影響產(chǎn)品的質量。調速不當還會造成紙巾被拉斷的現(xiàn)象。
使用
變頻器后造紙機械的優(yōu)勢：
（1）電機以軟啟動方式啟動，減少對電網(wǎng)和設備的沖擊，有效保護設備和電網(wǎng)；
（2）變頻器的過壓、過流、欠壓、過熱等多種保護使電機和設備故障率低，維護成本降低；
（3）變頻調速系統(tǒng)提高電機調速精度，速度平滑穩(wěn)定，大大提高產(chǎn)品的質量；
（4）變頻調速可以隨意調整磨漿泵的速度，大大改善了制漿的均勻度，從而提高制漿環(huán)節(jié)的質量和效率；
（5）通過變頻系統(tǒng)來自動控制紙漿的流量和烘干系統(tǒng)的壓力，從而提高了產(chǎn)品的質量；
（6）七喜HD700變頻器可以輸出的模擬信號、流量控制器信號、烘干系統(tǒng)的氣壓信號，三個信號一起輸入到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)主機的速度來自動調節(jié)制漿的流量和烘干系統(tǒng)的烘干壓力，從而減少操作環(huán)節(jié)，使操作簡單方便，實用性強；
（7）輸入電壓范圍寬，更適用于遠離電網(wǎng)、電壓波動范圍大的場合；
（8）運行轉速穩(wěn)態(tài)精度高，速度波動范圍小，保證產(chǎn)品的質量；
（9）低頻轉矩大，轉矩響應快。
