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1 引言
我國的造紙業(yè)近幾年發(fā)展非常迅速，同樣，造紙機的傳動系統(tǒng)中變頻器的應(yīng)用也越來越廣泛，本文就幾種造紙傳動系統(tǒng)中常用的變頻器參數(shù)及設(shè)置方法作一介紹，供本行業(yè)電氣人員參考。常用變頻器可以從兩方面來理解:
(1) 經(jīng)常使用的變頻器是從其應(yīng)用的廣泛性來理解;
(2) 通用性，現(xiàn)在市場上能見到的變頻器種類品牌都很多。品牌如ABB、富士、西門子等。而每一種品牌又有很多種。例如西門子變頻器就有伺服型、通用型、風(fēng)機泵型。
本文分析幾種應(yīng)用范圍較為廣泛品牌的通用型變頻器在紙機傳動中的主要參數(shù)及設(shè)置方法。
2 造紙機變頻器參數(shù)設(shè)置原則
根據(jù)造紙工藝要求，我們已經(jīng)知道紙機對變頻器的一些基本要求，現(xiàn)在絕大多數(shù)通用型變頻器基本都能滿足這些條件。但是如果參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，也會影響系統(tǒng)的性能，甚至不能正常運行。對于通用型變頻器來說，其主要參數(shù)和設(shè)置可以從以下幾個方面來考慮:
2.1 頻率信號參數(shù)
設(shè)定變頻器運行頻率:通用型變頻器可以從以下幾個方面來獲得運行頻率。
(1) 操作面板
在變頻器的顯示面板上，都有頻率增加和頻率減少按鍵，通過它可以改變變頻器的運行頻率，這是一種數(shù)字設(shè)定頻率的方式，由于這種方式不能在現(xiàn)場實時修改變頻器的運行頻率，因此，其應(yīng)用范圍受到一定的限制。只能在單電機拖動且不經(jīng)常修改運行頻率的場合中使用。
(2) 模擬端子通用型變頻器
模擬端子基本都有電壓輸入和電流輸入兩種，電壓輸入有0~5VDC，0~10VDC，-5~5VDC，-10~10VDC等幾種;電流輸入基本上有0~20mA和4~20mA兩種，可以任意設(shè)定其中的一種或多種輸入，變頻器內(nèi)部用10位以上的A/D把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。應(yīng)用這種方式設(shè)定變頻器的運行頻率可以實現(xiàn)外控操作，且在現(xiàn)場可以實時修改，但是眾所周知模擬量在傳輸過程中易受干擾，特別是電壓信號，更易受干擾，造成系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，這里建議用電流信號;另外用模擬量設(shè)定運行頻率，在紙機傳動控制系統(tǒng)中還要解決速度同步問題。
(3) 數(shù)字端子
這種設(shè)定頻率的方式，各種品牌的變頻器叫法不一，如ABB變頻器叫電動電位器，而富士變頻器叫上升/下降功能等，其實際上就是利用變頻器本身的多功能數(shù)字輸入端子來改變變頻器的運行頻率，且升/降速的速率可調(diào)。這種方式在紙機傳動系統(tǒng)中以八缸紙機應(yīng)用最為典型。
(4) 通訊方式
這種以串行通訊的方式設(shè)定變頻器的運行頻率在大型紙機傳動系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。常見的有RS-485或CAN總線等。
當(dāng)然，在通用型變頻器的頻率設(shè)定方式中，常見的是以上4種，這4種方式也并非獨立存在，它們可以組合使用，例如ABB800系列變頻器在設(shè)定頻率時就可以用模擬量的代數(shù)和，多個模擬量的******值，多個模擬量的最小值，模擬量的乘積，模擬量與通訊量的和等多種組合方式，在使用中，應(yīng)根據(jù)實際情況，靈活運用。
2.2 控制命令
它包括控制電機的起動/停止，電機的運行方向等。
(1) 起動/停止
當(dāng)系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒后(通電)，變頻器處于待機狀態(tài)，電機并沒有運轉(zhuǎn)。要使系統(tǒng)運轉(zhuǎn)需給變頻器一個起動命令。有三種方式可以起動變頻器:
l 操作面板;
l 外部端子，可以是固定電平也可是脈沖信號;
l 通訊方式?？梢愿鶕?jù)實際情況，選擇其中的任一種方式。變頻器停止時和起動完全一樣，只不過動作相反。
(2) 電機的運行方向
交流電機是通過改變其輸入三相電源任意兩相的相序來改變其旋轉(zhuǎn)方向的，在變頻中只需給它一個電平信號自動調(diào)整其兩相相序，從而改變電機的旋轉(zhuǎn)方向，在設(shè)計傳動系統(tǒng)中，根據(jù)工藝要求決定是單向或是雙向運行，在紙機傳動系統(tǒng)中，都是單方向，可以通過變頻器參數(shù)規(guī)定其旋轉(zhuǎn)方向。
2.3 限幅參數(shù)
限幅是規(guī)定系統(tǒng)正常運行時的參數(shù)范圍，如******轉(zhuǎn)矩，電流頻率等對于不同的系統(tǒng)來說其設(shè)置也不相同。其它除了以上三類參數(shù)之外還有輸出信號類，恒速類，加減速時間等多種，將根據(jù)不同類型的變頻器單獨介紹。3 幾種常見變頻器的參數(shù)設(shè)置
ABB變頻器是應(yīng)用較為廣泛的一種品牌，現(xiàn)在主要有兩大系列:
l ACS800系列，具有各種功能等級。
l ACS400系列，從2.2kW到30kW范圍內(nèi)的各種功率等級。另外在小功率當(dāng)中還有ACS100系列。
ABB變頻器以其穩(wěn)定的性能，低廉的價格在紙機傳動系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，這里從我們多年來對ABB變頻在紙機傳動應(yīng)用中遇到的需經(jīng)常改動的一些參數(shù)加以說明。
3.1 ACS800系列變頻器的參數(shù)及設(shè)置
(1) 起動數(shù)據(jù)
它是設(shè)定電機信息的一組參數(shù)，只需在第一次運行時設(shè)置以后就不需要再改變了，這一組參數(shù)代碼范圍從9901~9910共10個參數(shù)。
l 電機信息
電機信息包括電機額定電壓(9905)額定電流(9906)額定頻率(9907)額定速度(9908)額定功率(9909)。這些參數(shù)的獲得是從電機的銘牌數(shù)據(jù)中得到。例如一臺四極三相異步電動機Pn=30kW，In=59A，nN=1450r/min fN=50Hz，UN=380V，則設(shè)置參數(shù)時:9906=59.0，9907=50.0, 9908=1450, 9909=30.0。
l 控制模式
電機控制模式(9904)ACS800系列變頻器有兩種控制模式:DTC即直接轉(zhuǎn)矩控制和SCALAR即標(biāo)量控制。
在直接轉(zhuǎn)矩控制模式下，系統(tǒng)中給定信號為轉(zhuǎn)矩，即使在沒有反饋的情況下(即開環(huán))也可對電機進(jìn)行精確的速度及轉(zhuǎn)矩控制。而標(biāo)量控制相對來說控制精度要差一些。
l 應(yīng)用宏的選擇(9902)
所謂應(yīng)用宏，就是根據(jù)變頻器在一些常用的場合中所需的一些功能在出廠時已經(jīng)經(jīng)過預(yù)編程的參數(shù)集。利用這些應(yīng)用宏，用戶可以快速完成對變頻器的直動。ABB800系列變頻器的應(yīng)用宏有以下幾種:Factory(工廠宏); Hand/Auto ctrl(手動/自動宏); PID control (PID控制宏); sequential control (順序控制宏); Torque control(轉(zhuǎn)矩控制宏)。用戶以根據(jù)需要選擇應(yīng)用宏。例如在利用變頻做壓力或流量控制系統(tǒng)中，就可以用PID控制宏實現(xiàn)閉環(huán)控制。
(2) 變頻器控制參數(shù)
這些參數(shù)主要規(guī)定了變頻器起動方式，包括:10.01 10.02起動/停機/方向的命令的信號源，在外部控制時，變頻器的起動和停止應(yīng)使用外部端子或通信的方式，而ABB800變頻器用外部端子又有多種組合，常用的可以設(shè)為DI1~DI6的任何一個作用起動/停止的命令的輸入端。
10.03是規(guī)定變頻器所拖動電機的旋轉(zhuǎn)方向，根據(jù)電機學(xué)我們知道三相異步電機的旋轉(zhuǎn)方向取決于輸入三相電源的相序，在需要雙向運行(如電梯、升降機等)的場合可以把這個參數(shù)設(shè)為REQUEST，由數(shù)字輸入端子來控制電機的旋轉(zhuǎn)方向。
16.01允許信號:要起動變頻器將參數(shù)必需設(shè)為YES。
(3) 給定選擇
l 外部控制選擇11.02:ABB800有兩個控制源可以選擇，即EXT1，EXT2。當(dāng)選擇EXT1時，變頻器的起動由10.01所指定的輸入端子控制，頻率由11.03所指定的方式給定。對于PID應(yīng)用宏，此時為開環(huán)控制，對于轉(zhuǎn)矩控制宏，此時為速度控制，當(dāng)選擇EXT2時，變頻器的起動及頻率來源分別為10.02,11.06; 在PID宏及轉(zhuǎn)矩控制宏下分別為閉環(huán)控制及轉(zhuǎn)矩控制 方式。
l 頻率給定源的選擇10.03,11.06分別是EXT1，EXT2的給定源，對于使用模擬作為給定時可以選擇模擬輸入端子(AI1~AI3)的任何一個作為給定，這里要說明的是AI1為0~10V DC電壓信號，AI2~AI3為0~20mA電流信號，當(dāng)然也可以通信或數(shù)字端子(即電動電位器)進(jìn)行設(shè)定頻率。
l 恒速，在有些場合中，如紙機在爬行時，不需要改變變頻器的運行頻率就可以用恒速功能，ABB800變頻器有15種恒速可以供用戶選擇。
(4) 加、減速時間
加、減速時間及積分類型的選擇十分重要，特別是在拖動大慣性負(fù)載時，如在紙機傳動系統(tǒng)中，拖動烘缸的變頻器在設(shè)置加、減速時間應(yīng)大一些，如加速時間過短，起動時電機處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，容易發(fā)生過流故障，如減速時間過短則可能發(fā)生慣性負(fù)載拖動電機，使電機處于發(fā)電狀態(tài)，則變頻器會發(fā)生過壓故障，建議在這些場合中如允許可用自由停機方式(即21.03設(shè)為COAST)。在紙機傳動系統(tǒng)中，烘缸傳動加速時間20.02可設(shè)為30~40s，減速時間可稍長一些，即22.03可設(shè)為40~80s，其余傳動器加、減速時間均可設(shè)為20~30s。對于參數(shù)22.06加速/減速積分類型選擇,有兩種:
l 線型積分;
l S形曲線。
一般傳動系統(tǒng)中均可用線型積分，在電梯及復(fù)卷機傳動系統(tǒng)中則用S形曲線。
(5) 限幅參數(shù)
限幅參數(shù)主要規(guī)定電流轉(zhuǎn)矩最高運行頻率等參數(shù)，在ABB800系列變頻器中，******輸出電流能達(dá)到200%Ihd，在轉(zhuǎn)矩控制模式下******輸出能達(dá)300%，一般來說，在紙機傳動控制中，都能滿足要求，這些參數(shù)基本上不用修改。(參數(shù)代碼20.03 20.04)
對于最高運行頻率，一般出廠設(shè)定50Hz，如果傳動系統(tǒng)減速器選擇合適的話，也不用修改，如果要修改這一參數(shù)時，要注意的是在運行頻率大于50Hz時為恒功率調(diào)速，ABB800變頻器修改最高運行頻率時也設(shè)定以下幾個參數(shù)(以改為65Hz為例)99.07改為65Hz; 20.08改為65Hz; 11.05改為1950r/min(對于四極電機)。
(6) 閉環(huán)控制參數(shù)
閉環(huán)控制的實現(xiàn)對于ABB800變頻器有兩種途徑: 配編碼器反饋卡的速度閉環(huán)控制和過程PID控制。
l 速度閉環(huán)控制
此時要設(shè)定的參數(shù)有(a)50.01編碼器每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)，這一參數(shù)根據(jù)所選編碼器來確定，一般有360，500，1024，2048 ……規(guī)格; (b)50.02編碼器脈沖的計算，一般在紙機傳動中，不需正反轉(zhuǎn)運行可以設(shè)定為單A或B輸入即可; (c)23.01速度控制器增益; (d)23.02速度控制器的微分時間。這些參數(shù)要根據(jù)具體的傳動系統(tǒng)進(jìn)行整定，使穩(wěn)定的動態(tài)性能指標(biāo)均能滿足要求。(e)98.01脈沖編碼器可選模塊選擇應(yīng)設(shè)為YES。
l 過程PID閉環(huán)控制
在壓力流量等閉環(huán)控制系統(tǒng)中，反饋量往往是把壓力或流量通過傳感器轉(zhuǎn)換為電壓或電流信號，這時就可以用過程PID控制，參數(shù)設(shè)置主要是整定PID參數(shù)(a)40.01 PID控制器增益;(b)40.02 PID控制器積分時間(c)40.03 PID控制器微分時間。
當(dāng)然，ABB800變頻器的參數(shù)很多，除以上所列的6類之外還有通訊參數(shù)，故障管理等。
3.2 ACS400系列變頻器參數(shù)設(shè)置
ACS400與ACS800變頻器相比較，其功能簡單一些，主要有:
(1) 不能實現(xiàn)直接轉(zhuǎn)矩控制;
(2) 不能實現(xiàn)速度閉環(huán)控制;
(3) 功率等級只有2.2~30kW。
但其參數(shù)設(shè)置基本與800系列變頻器相似，這里就不再詳細(xì)介紹。
*此表中參數(shù)是根據(jù)紙機傳動中多年積累所得到的經(jīng)驗值;
*表中電機以7.5kW四級電機為例;
*控制宏以PID控制宏為例;
*表中電壓及電流均為線值。
3.3 富士變頻器的參數(shù)及應(yīng)用設(shè)置
富士變頻器以其優(yōu)越的性能，中文操作等優(yōu)點而深受廣大用戶的喜愛。對于400V系列可分為兩種子系列:一般工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)系列，這里簡稱G系列，功率從0.4~220kW;風(fēng)機泵用標(biāo)準(zhǔn)列系列，簡稱P系列，功率從7.5kW~280kW。在紙機傳動中應(yīng)用富士G系列變頻器的也較為廣泛。這里以我們設(shè)計的一臺1760/250紙機傳動為例介紹富士變頻器的參數(shù)設(shè)置，該紙機應(yīng)用速度鏈控制器以模擬量的形式給定頻率。
3.4 安川變頻器的參數(shù)及應(yīng)用設(shè)置
在這里我們介紹智能矢量型VARISPEED-616G5系列變頻器在紙機傳動中的參數(shù)設(shè)置，該系列變頻器有無PG的V/F控制，無PG矢量控制，帶PG矢量控制，有PG的V/F控制四種控制模式，前兩種為開環(huán)控制系統(tǒng)，控制精度相對低一些，一般應(yīng)用于轉(zhuǎn)速小于等于250r/min的紙機傳動系統(tǒng)中;后兩種為閉環(huán)控制系統(tǒng)，需增加速度反饋卡(PG測速卡)，可應(yīng)用于高速的大型紙機傳動系統(tǒng)。在這里以無PG的V/F控制方式為例。說明在紙機傳動控制系統(tǒng)中的參數(shù)設(shè)置。
4 結(jié)束語
現(xiàn)在市場上變頻器種類繁多，無法一一列舉，文中就幾類在造紙工程實踐中應(yīng)用較廣泛的變頻器為例進(jìn)行說明，希望起到拋磚引玉的效果。 |
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