摘要：随着全球造纸业及其相关行业的发展，人们不仅对纸页的依赖性越来越强，还对纸页的质量要求越来越严格。尤其是近几年，造纸业已经成为国际自动化程度非常高的行业之一，一个国家各类纸张的消费水平，从某种程度上标志了这个国家的文明程度。本文主要探讨的就是关于造纸机电气传动控制系统的应用与质量控制。
关键词：造纸机；电气传动；控制系统；质量控制
引言：
国外造纸业对纸机系统的研究已经取得了丰硕的成果，尤其是大大提升了纸机电气传动控制系统的整体自动化水平。
1.国内纸机传动现状
目前，国内的造纸业发展迅速，进入二十一世纪我国单台纸机能力的记录频频被刷新，我国已成为了世界上大型新纸机最多的国家。大型纸机如海南金海浆纸的PM2，纸幅宽度达到12米，车速为2000米/分钟，产量约为120万吨/年，总传动容量为40157kW，189个传动点。在这种大容量、高车速，高精度的纸机传动系统产品供应中，国际电气的巨头西门子、ABB占据着主要供应商的位置，其他国际品牌像GE、东芝、三菱等则由于水土不服，一直鲜有供货的案例，而杭州华章、上海华欣、上海造纸电控所等国内电气企业则主要还是占据着中小纸机传动的市场。
未来纸机的电气传动的发展，取决于电力电子技术的进一步发展。根据当前的发展趋势，我们预计未来造纸机速度将进一步加快，纸机负载容量将进一步增加，纸机电气传动需要进一步发展在以下方面：
（1）电力的传输能力，目前需要更高的供电电压来满足供电需求，电压越高，所有的电损就越小；
（2）调速的精度提出了更高的要求，随着纸机速度加快，速度控制的小错误可能引起断纸，因此，对高精度调速的要求将会越来越多；
（3）节能减排的要求，将采用更低损耗的技术，如：直接转矩控制、能量回馈技术；
（4）由于大量使用交流变频驱动，导致电网谐波产生，如何更加经济的抑制谐波，是未来电气传动发展面临的问题。
2.造纸机工作原理
造纸机是一种由多个设备分部联动的机器，从第一个初步制造成品纸的机器在1803年到目前为止，造纸机总体机械结构逐渐完美，有固定的造纸行业技术规范，即整个制作过程由湿部和干部组成：其中湿部包括：纸浆流送系统、流浆箱、成形网和压榨部；干部包括：前烘，施胶，后烘，涂料，压光和卷纸。特别是近年来，包装行业的发展，对高质量的板纸要求更高，许多纸机设计了四台涂布机和软、硬压光，这样对整个纸机系统的控制精度越来越高，对电力传动控制系统的要求也越来越高。
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适合于造纸的纸浆，在制浆车间混合后，经筛选，浓缩，净化等过程后，将浆料的浓度达到一定条件，由流送系统分层将浆料送到流浆箱，使浆均匀地铺在网子上，而网子是由胸辊和伏辊支撑起来带动，网子下面有刮水板和真空吸水箱，使纸张脱水，形成湿纸页；之后就是压榨部，经两次靴压辊上下挤压脱水，从而产生一定干燥的湿纸页，然后烘干成纸，最后将纸页卷成卷，完成整个造纸过程。
3.造纸机电气传动控制系统
在造纸工业自动化的领域，控制系统品牌种类很多，知名的有：西门子、ABB、霍尼韦尔、艾默生、福克斯波罗、横河等，但是，造纸机电气传动控制系统结构复杂，控制逻辑繁琐，一般的工业过程控制软件系统对其实现非常困难，国内大型纸机传动通常选用西门子或ABB品牌，它们拥有专业的软硬件，丰富的经验，和大量的成功案例，其中西门子的SINAMICS S120产品的具有很高的灵活性能，可以完美的满足应用中日益增长的对驱动系统轴数量和性能的要求，为客户提供更加安全的自动化环境，在极大地改善运营效率的同时，降低总投资成本。
3.1控制系统概述
西门子过程控制系统（SIMATIC PCS 7）是西门子经典的分布式控制系统（DCS），它不仅可为现代造纸工业电气传动控制领域提供无缝的自动化解决方案，还具有PLC系统程序开发设计的灵活性，具备比新型智能DCS的更强优势。因此，SIMATIC PCS7若再采用冗余系统控制，将会为整个造纸过程的连续性、高效性提供更可靠的保障。
3.2 S7-400H冗余系统
高速运行的纸机传动，如果控制器的CPU或现场总线出现故障，会导致所有的电机失去动力，这样会对成形部的网子、压榨部的毛毯、烘干部的干网磨损加快，甚至出现断裂，为了进一步提高其可靠性和实用性，我们采用双CPU的硬件冗余，来保证纸机电气传动控制系统的的可靠性。并在各传动点控制中，使用冗余的现场总线通信技术，建立高质量、高可靠性的通信网络。当其中一路出现问题时，冗余系统平稳的切换，切换时间<100ms，切换期间输出保持，信息或者程序不会丢失，实现无扰切换；自动事件同步，保证所有的信息，报警或中断不丢失；在线维修，在运行状态下，可随意换下所有部件，维修后CPU自动进入冗余状态，无需重新下载程序和修改数据，以大大减少停机时间，提高生产力。
3.3过程设备管理
高速纸机电气传动系统，需要更多的元器件密切配合工作，现在要求传动系统的稳定性很高，一旦当电力传动控制系统（控制器，I/O模块，路由器、仪表、阀门、电机、变频器、等）出现问题，将导致大规模废纸产生，甚至发生一些很难预知的破坏性事故，从而增加了整个纸机的投资成本和风险。那么，如何确保电力传动控制系统的安全、正常运行的造纸机，我们采用西门子SIMATIC WinCC的视窗控制中心，它具有良好的开放性和灵活性，对电气传动控制系统，和可视化的维护、经济运行，有很好的支持，广泛应用于越来越多的造纸企业。
工业领域正在全球范围内发挥越来越重要的作用，是推动科技创新、经济增长和社会稳定的重要力量。但与此同时，市场竞争也在变得愈发激烈。客户需要新的、高质量的产品，要求以更快的速度交付根据客户要求而定制的产品。此外，还必须不断提高生产力水平。只有那些能以更少的能源和资源完成产品生产的企业，才能够应对不断增长的成本压力。而这些困难都是可以克服的。解决方案就在于实现虚拟生产和与现实生产环境的融合，采用创新软件，西门子SIMATIC PDM（过程设备管理器），它是西门子公司开发的系统监控软件，其能进行现场智能设备（传感器和执行器）和自动化系统组件（远程I/O、路由器、控制器单元和紧凑型控制器）在线实时组态、实时参数分配、设备调试、故障诊断及设备维护，能通过统一的用户界面监控2500台以上的西门子（Siemens）设备及200台以上的全球其他制造商生产设备。其过程设备工厂视图可以看到系统全部组态网络里所有的设备；过程设备网络视图能映射工厂拓扑和做相关设备分配参数，甚至能监控PDM对象的实时网络链接，如果某个对象已经被其他用户打开，它就能显示一条消息及提醒打开对象的相应用户和PC的信息。
因此，使用高品质的数据管理（PDM）技术，来建立持久、稳定、的高速纸机传动控制系统，是非常有益的，系统的启动和运行时，操作员可以在产品数据管理（PDM）电脑上，对纸机电气传动系统，远程控制器、通信网络和设备I/O站、现场仪表和执行器等，在线实时监控和校准，并评估设备的运行状况，及时发现问题，提前安排设备的维护保养工作，从而减少停机时间，这将大大提高电力传动控制系统的稳定性。
4.总结语
未来纸机会向更大幅宽、更高车速方向发展，我们要深刻了解造纸机械的相关理论，来适应快速的发展。中国造纸产业的前景是美好的，潜力是巨大的，我们要抓住技术更新的契机，迎头赶上，全面优化纸机传动控制系统，帮助企业保持在市场上的竞争优势。
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论文作者:许长波
论文发表刊物:《基层建设》2016年22期
论文发表时间:2016/12/9
标签：控制系统论文; 纸机论文; 系统论文; 设备论文; 电气传动论文; 冗余论文; 造纸机论文; 《基层建设》2016年22期论文;