用交流传动代替直流传动在造纸机械行业中已成为发展趋势，国外复卷机交流传动系统已经发展多年，国内这几年也开始有所应用。本文介绍广东某造纸厂使用ACCELI公司的AC842高速复卷机主传动的交流电控系统的设计。

　　1 设备说明

　　ACCELI公司的AC842高速复卷机是双支撑辊下引纸复卷机，是从机台下面送入纸幅使其绕过支撑辊(也称底辊)再卷上纸卷，纸从退纸卷上引过下方的几个引纸辊，通过固定位置的纵切机构，绕过前支撑辊或后支撑辊，然后卷在纸轴上，如图1所示。其所卷的纸种为涂布白卡纸，设计车速为2 400m·min-1。

　　2 系统构成

　　双支撑辊下引纸复卷机卷取的成品纸卷的质量指标为：具有足够的硬度，且内紧外松，径向硬度分布均匀。为了达到上述要求，所设计的复卷机电控系统必须具备下列功能：

　　①压纸辊压力的自动控制;

　　②支撑辊转矩自动程序控制;

　　③自动张力控制;

　　④电力驱动的“扰动”启动和适当的速度程序控制。根据系统的主要要求，设计主传动为交流电机的复卷机电控系统的基本结构图如图2所示。

　　系统主要由以下几个部分组成：

　　①前、后底辊———分别由单独的交流变频电机拖动，并由6SE70交流变频调速装置供电;退纸辊———由交流补偿电机拖动，以西门子 6SE70 全数字可逆交流调速装置供电。

　　②西门子S7-400PLC———中心控制器。

　　③张力检测装置、直径检测装置。

　　④PC670触摸屏———输入操作和状态显示。

　　⑤液压比例控制装置———压纸辊压力的自动控制。

　　⑥反射式光电检测开关———断纸检测。

　　3 系统功能

　　操作台上设有底辊及退纸辊的引纸、运行、停止三位旋钮，压纸辊的平衡、停止两位旋钮，卸纸台的上升、停止、下降三位旋钮，同时设有控制系统辅助设备的按钮，分别用以控制系统各部分的工作状态。此外，设有退纸辊、后底辊、前底辊的电流表，也设有计长仪，仪表显示控制器的实时参数，从而了解系统的整体运行情况。本系统所有给定均由触摸屏来完成，触摸屏把速度给定、张力给定、卷径预置等通过通信线路传送到PLC，信号处理后，再经过通信线路将给定信号输出到6SE70。系统中采用反射式光电检测开关进行断纸检测，当光电检测开关检测到断纸信号时，断纸检测继电器回路闭合，即有开关量信号输入PLC。

　　PLC共有5个模块：电源模块(PS407)、CPU模块(CPU412-2)、数字量输入模块(ET200)、数字量输出模块(ET200)和通信模块(RS485)。

　　PLC主要完成系统的逻辑控制任务，进行总体管理;其次，对下通过通信线路读取控制器的各类运行结果参数，对上通过通信线路将控制器的各类运行结果参数传递给PC670触摸屏，同时接收6SE70下达的各类命令，然后传递给调速装置控制器。系统中前底辊的速度、电流给定，引纸时退纸辊的速度给定，分别由后底辊变频器的模拟量输出端口AO(15、16)分别给定到前底辊变频器的模拟量输入端口AI(12)和退纸辊交流调速装置的模拟量输入端口AI(21);圆刀的速度给定通过后底辊变频器端口AI(17)输出，圆刀速度和底辊速度同步，并高于底辊速度的5%～20%。AO(8、13、18)分别为3个辊的状态位数字量输出端口，其通过此端口将电机的工作状态位信号传送给PLC的数字量输入端口AI(2、3、4)，通知电机的工作状态，以便于PLC对系统的总体控制。张力检测器检测到电压信号，经过张力放大器放大，由退纸辊交流调速装置的模拟量输入端口AI22将张力反馈信号送入6SE70;直径检测电位器检测到的电压信号，由前底辊变频器的模拟量输入端口AI(9)输入到6SE70，直径信号和张力信号在6SE70内部均由模拟量转化为数字量，由6SE70通过通信线传送到PLC，PLC根据直径的大小来计算压纸辊压力的大小，压力信号由PLC经通信线路传送到前底辊变频器，信号由数字量转化为模拟量由AO(10)端口将信号传送到电液比例阀放大器，信号经过放大，输出到电液比例阀，从而实现恒压力控制的目的。

　　4 系统控制方案

      系统配置了PLC与智能操作屏后，可以组成控制精度及自动化程度较高的系统。考虑系统的快速性、稳定性与精确性的控制原则，系统采用以下控制：

　　①系统车速由后底辊组态控制，前底辊的速度及电流由后底辊给出。退纸辊的车速，在引纸时给个引纸速度;在运行时，并不刻意去控制它的速度，而是直接控制退纸辊电机的制动电枢电流，从而控制退纸辊与前后底辊间纸幅的张力为所需值。

　　②压纸辊的压力控制由PLC完成，事先把压力曲线计算出来并设置程序存入PLC，卷径信号由PLC从6SE70的空闲输出端口读取，压纸辊压力输出信号由PLC输出到6SE70的输出端口，借助于6SE70的输出端口输出到电液比例放大器。

　　③底辊电动机的转速决定复卷机的车速，前、后底辊的转矩分配影响着成品纸卷硬度，为此底辊传动具有以下功能：最低引纸速度、S型升降速特性和前、后底辊之间的力矩差控制。

　　④退纸辊传动在复卷机运行中产生制动力用于保持纸幅张力，引纸过程产生电动力获得引纸速度。退纸辊传动具有以下功能：卷径运算、卷径预置、卷径记忆、转矩运算、磁场运算和张力电流运算等。

　　⑤PLC控制系统由西门子S7-400PLC与触摸屏组成，PLC、触摸屏、交流调速装置之间通过通信线连接，从而使得电气传动系统及辅助设备的操作灵活、方便。

　　⑥系统由引纸到运行的过渡过程中，前后底辊与退纸辊间的纸幅可能会有一个从松弛到张紧的过程，如果这个过程变化太急，猛的把纸从松弛状态一下子绷紧，很容易把纸绷断，张力应该是按S型曲线变化递加的量，而不应是阶跃量。处理的办法是给退纸辊一个较小的反方向的速度，对退纸辊的控制并不需要刻意去控制它的转速，只要张力满足要求即可，给它一个反方向的速度，在运行的最初时段，张力还未建立起来，此时的退纸辊为转速、电流双闭环控制;等纸幅绷紧后，纸幅会拉着退纸辊往正的方向运行，使转速环饱和而输出负的最大值到电流环，使电流环的给定达到负的限幅值，而这个负的电流限幅值的大小就是由张力等计算出来的，此时的退纸辊实际为张力电流双闭环控制。

　　⑦动态补偿的实施由PLC完成，先把相对于不同卷径下升降速时应给予的动态补偿值计算出来，以曲线的形式存入PLC。运行时，PLC根据检测到的速度给定信号来判断并给予相应的补偿。

　　⑧对引纸张力、静止张力的控制，是为了在引纸过程中或在底辊停止状态时，防止纸松弛，使后底辊向后有一定的拉力能把纸绷紧，避免底辊运行时，纸幅张力变化过大，造成断纸。

　　⑨辅助动作的设计，包括纵切圆刀、抱闸、风机、油泵等，它们要配合主传动。纵切圆刀采用交流变频调速，圆刀线速度与复卷机的线速度同步改变，并高于纸幅速度5%～20%。抱闸在控制开关处于零位或需要急停时动作。风机在引纸前要先启动。油泵主要是用来协助完成压纸辊与卸纸台的动作。

　　5 结束语

　　该系统在广东某造纸厂经过调试、试运行，复卷机运行情况良好。工作车速也达到了设计要求，稳定运行在2 000 m·min-1，完全满足生产要求。

　　参考文献：

　　[1]顾绳谷. 电机及拖动基础[M]. 北京：机械工业出版社，1988.

　　[2]孟彦京. 造纸机变频传动原理与方法[M]. 西安：陕西人民出版社，2002.

　　[3]SIEMENS software axial winder SPW420 for the T400 technologyboard.

　　[4]6SE70 变频器手册.Design of AC Winder Control S

　　作者简介：方辉先生，讲师，硕士，陕西科技大学造纸工程学院从事教学与科研工作，主要研究方向为自动控制在造纸传动系统中的应用。

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