造纸机的电气传动系统设计hopx.docx
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1、辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第 II 页造纸机的的电气传传动系统统设计摘要 造纸术术是我国国古代四四大发明明之一,有有着悠久久的文明明历史。随随着日常常生活对对纸张品品质要求求的不断断提高,造造纸机也也正向着着大型、高高速、高高效的方方向迅速速发展,这这就对造造纸机的的电气传传动系统统提出了了更加严严格的要要求。面面对日趋趋激烈的的市场竞竞争,我我国造纸纸业已经经步入“质量效效益主导导型”的新阶阶段,其其中造纸纸机的电电气传动动控制系系统作为为保障纸纸张质量量的关键键技术,已已经引起起了我国国造纸企企业的高高度重视视。首先先,本文文对造纸纸机电气气传动系系统的国国内外发发展现状状做了简简
2、要的介介绍,并并介绍了了造纸机机的机械械结构以以及造纸纸的工艺艺流程。接接着,详详细的分分析了速速度链、负负荷分配配以及纸纸幅张力力等影响响电气传传动控制制系统的的诸多因因素,并并给出了了造纸机机对电气气传动控控制系统统的基本本要求。通通过对电电气传动动控制系系统工艺艺的进一一步分析析,计算算了影响响电气传传动品质质的相关关参数。同同时给出出了速度度链、动动态负荷荷、张力力需求的的计算公公式以及及电机电电磁转矩矩的离散散化方程程。最后后,根据据交流变变频调速速系统的的应用,给给出了造造纸机在在实际应应用中变变频器的的相关参参数及变变频器的的选型并并对造纸纸机电气气传动控控制系统统进行了了合理的
3、的设计。关键词:造纸机机;电气气传动控控制;速速度链;张力控控制;交交流变频频调速;变频器器THE DESSIGNN OFF PAAPERR MAACHIINE ELEECTRRICAAL DDRIVVINGG SYYSTEEMABSTTRACCTPapeer-mmakiingttechhniqque is onee off anncieent Chiinas ffourr grreatt innvenntioons,hass a lonng hhisttoryy off ciivillizaatioon.WWithh thhe iincrreassinggdemmandd foor ppap
4、eer qquallityy,paaperr maachiine towwardds ttheddeveeloppmennt ooflaargee-sccalee,higgh-sspeeed,eeffiicieent dirrecttionn,whhichh allso putt foorwaard higgherr reequiiremmentts ffor papper macchinne cconttroll syysteem.WWithh inncreeasiinglly ffierrce marrkett coompeetittionn, CChinnesee paaperr inn
5、dusstryy haas sstarrtedd too ennterr innto a nnew devveloopmeent staage of “quaalitty aand effficiienccy-oorieenteed”.Annd tthe papper macchinne eelecctriicall drriviing conntroolass thhe ppapeer qquallityy prroteectiion tecchnoologgy,hhas beeen wwideely favvoreed bby tthe papper commpanniess att ho
6、ome.Firrst,thee arrticcle madde aa prreseentaatioon oon tthe papper macchinne cconttroll syysteem ddeveeloppmennt iin tthe worrld.At thee saame timme,iintrroduucess thhe mmechhaniicall sttruccturre aand thee teechnnoloogiccalpproccesss off paaperrmakkingg.Thhen anaalyzzed thee sppeedd chhainn,looad
7、disstriibuttionn annd ppapeer ttenssionn onn thhe ddrivvingg coontrrol sysstemm annd mmanyy faactoors of thee innfluuencce oof tthe eleectrricaal ddrivve cconttroll syysteem, andd giive thee baasicc reequiiremmentts oof tthe eleectrric driive conntrool ssysttem.In thiis tthessis anaalyzzed thee thhe
8、orretiicall trranssmisssioon pparaametterss off thhe ddrivvingg syysteem,ccalcculaatedd alll tthe rellevaant facctorrs aaffeectiing thee trranssmisssioon qquallityy too acchieeve a ggoodd coontrrol efffectt.Att thhe ssamee tiime, thhe sspeeed llinkk,thhe ddynaamicc looad andd thhe ttenssionn deemann
9、d aare callcullateed,aand thee ellecttrommagnnetiic ttorqque of thee mootorr iss diiscrretiizedd.Fiinallly,accoordiing to thee apppliicattionn offAC varriabble freequeencyy sppeedd coontrrol sysstemm,thhe ccorrrelaatioon pparaametterss off thhe iinveerteer aand thee coonveerteer sseleectiion of thee
10、 innverrterr inn prractticaal aappllicaatioon aare givven.Andd thhe ppapeer mmakees aa reeasoonabble dessignn foor tthe eleectrric driive conntrool ssysttem of papper macchinne.Keywwordds:Papper macchinne;EElecctriic ddrivve cconttroll;Sppeedd chhainn;Teensiion conntrool;AAC ffreqquenncy connverrter
11、r;Frrequuenccy cconvvertter目录摘要IABSTTRACCTIII1绪论论11.1 课题题研究背背景11.2造纸机机电气传传动控制制系统国国内外的的研究现现状及已已有成果果21.3本文主主要工作作32造纸纸机机械械结构及及造纸工工艺流程程52.1造纸机机机械结结构52.1.1 造纸机机网部662.1.2 造纸机机压榨部部62.1.3 造纸机机压光部部62.1.4 造纸机机干燥部部和卷取取部62.2 造纸纸工艺流流程72.3 本章章小结773 造造纸机电电气传动动控制策策略分析析83.1 造纸纸机电气气传动概概述83.1.1 造纸机机电气传传动控制制系统的的基本要要求83
12、.1.2造造纸机传传动功率率计算883.1.3造造纸机生生产能力力计算993.2 造纸纸机电气气传动系系统控制制策略分分析93.2.1速速度链控控制1003.2.2负负荷分配配控制1103.2.3纸纸幅张力力控制1113.3 造纸纸机电气气传动控控制工作作原理图图123.4 本章章小结1144 造造纸机电电气传动动控制系系统参数数分析1154.1 纸辊辊电机电电磁转矩矩计算1154.2 纸辊辊卷径计计算分析析164.3 速度度链计算算分析1164.4 纸幅幅张力值值的估算算与分析析174.4.1 基于纸纸辊参数数的纸幅幅实际张张力估算算174.4.2 张力值值的估算算184.4.3 张力传传感
13、器张张力值检检测1884.5 本章章小结1195 造造纸机电电气传动动系统的的设计2215.1 造纸纸机电气气传动系系统设计计参数及及计算依依据2115.1.1 造纸机机传动系系统技术术参数2215.1.2 造纸机机电气传传动系统统纸辊电电机设备备参数2215.1.3 纸辊电电机转速速、功率率的计算算及选择择225.2 造纸纸机电气气传动系系统的硬硬件配置置235.2.1 交流变变频调速速基本原原理2335.2.2 ACSS8000 变频频器性能能245.2.3 ACSS8000 变频频器主要要参数设设置2555.2.4 变频器器的容量量选择2265.3 造纸纸机电气气传动系系统控制制方案设设
14、计275.3.1 电气传传动控制制系统的的整体结结构275.3.2 纸辊电电机的控控制策略略285.4 造纸纸机电气气传动系系统软件件选型3305.4.1 控制系系统概述述305.4.2 S7-4000H 冗冗余系统统305.4.3 过程设设备管理理305.5 本章章小结331结论322致谢333参考文献献34第 40 页辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)1绪论论1.1课课题研究究背景随着全球球造纸业业及其相相关行业业的快速速发展,人人们不仅仅对纸张张质量要要求越来来越严格格,同时时对纸张依赖性性也变的的越来越越强。尤尤其是近近几年,造造纸业已已经成为为国际化化程度非非常高的的行业之之一,一一
15、个国家家各类纸纸张的消消费水平平,在某种程程度上标标志了这这个国家家的文明明程度。我我国现在在仍是个个造纸产产业的大大国,远远远不是是个造纸纸产业的的强国,与与造纸产产业强国国相比,我我国造纸纸业还有有相当大大的差距距。同时时我国的的造纸业业面临着着很大的的困难,即造纸业一方面要实现“十二五”期间低污染、低消耗、低排放、大量推广先进造纸技术与造纸装备以及提高造纸业自动化技术水平的目标;另一方面正遭遇着非常严峻的挑战,像国际纸页(International Paper)、斯道拉恩索(Stora Enso)、芬欧汇川纸业(UPM)等超级造纸业集团在我国都有造纸业投资和发展的规划。 在造纸业业中,起
16、起着保障障纸张最终品品质的重重要联合合装备是是造纸机机(Paaperr Maachiine),它可以把符合造纸特性的纸料纤维悬浮液经滤网成形、机械挤压脱水、烘缸干燥、表面施胶、压光机压光、卷纸机卷取等过程抄制成成品纸幅,在此过程中它不仅要保证纸品优质性,还要满足抄纸生产运行的连续性、高效性及可控性。然而,由于造纸机实际抄纸运行工况复杂,工作车速波动控制要求非常严格,速度非常低就出现纸张严重窜边;速度非常高就出现纸张的残余应力过大而使纸张损坏纸边或断头。因此,造纸机若想制造出质量合格的成品,其必须拥有良好的电气传动控制系统,做到合理、高效地修正纸张实时线速度、纸辊电机实时转矩及纸幅实时张力等参数
17、于相应的设定值区间内,进而来保障优质的纸张形态。目前,为为了设计计出适用用于制造造不同纸纸种的造造纸机电电气传动动控制系系统,市市面上已已经出现现和利时时造纸机机电气传传动控制制系统、AABB造造纸机电电气传动动控制系系统、西西门子造造纸机电电气传动动控制系系统以及及上海华华章电气气造纸机机电气传传动控制制系统等等多个现现代造纸纸机电气气传动控控制系统统,其中中以西门门子造纸纸机电气气传动控控制系统统最为常常见,本本课题也也主要以以国内西西门子高高速造纸纸机电气气传动控控制系统统为研究究和设计计的对象象。图 1.11 所示示为某558000/16600国国内西门门子造纸纸机电气气传动控控制系统
18、统的运行行现场。图 1.1 558000/16600 西门子子造纸机机电气传传动控制制系统运运行现场场1.2造造纸机电电气传动动控制系系统国内内外的研研究现状状及已有有成果国外的造造纸业强强国对造造纸机系系统的研研究已经经取得了了丰硕的的成果,尤尤其是大大大提升升了造纸纸机电气气传动控控制系统统整体自自动化水水平,包包括:操操作更加加方便简简洁,适适用于1100多多个纸种种,实现现了造纸纸、成本本调控动动作过程程的全自自动化,而而且整个个设计车车速也已已经超过过20000m/minn,工作作车速也也超过了了15000m/minn。并且且在造纸纸机电气气传动控控制领域域,国外外各大电电气传动动集
19、团公公司已经经设计出出了用于于造纸机机电气传传动控制制的软件件和硬件件,如:西门子子造纸机机电气传传动控制制系统、AABB造造纸机电电气传动动控制系系统及分分别针对对它们最最典型的的西门子子公司66SE770系列列交流变变频器,AABB公公司的AACS8800交交流调速速变频器器。可以以看出这这些国外外造纸机机电气传传动控制制系统不不但有自自己的电电机交流流变频调调速装置置,还有有针对性性很强的的系统专专用控制制面板或或软件系系统。造纸在我我国拥有有悠久的的历史,我我国也是是一个造造纸大国国,造纸纸工业在在国民经经济中所所占的地地位非常常重要。目目前,我我国造纸纸工业的的主要特特点是:造纸企企
20、业数目目众多,但但普遍规规模较小小,并且且所生产产纸张品品种单一一,技术术含量较较低,自自动化水水平较低低,污染染也较为为严重。据据统计,我我国的中中型造纸纸企业大大概有330000多家,这这些造纸纸企业大大多使用用的都是是低速造造纸机,所所谓低速速造纸机机指的是是车速在在3000m/mmin以以下的造造纸机,并并且这些些造纸机机控制系系统大多多采用的的是开环环控制系系统;对对于车速速在3000m/minn至5550m/minn之间的的中速造造纸机而而言,则则经常会会出现速速度链同同步不理理想以及及断纸等等生产事事故,而而且均没没有考虑虑故障诊诊断和容容错控制制等问题题,极易易导致误误停车,造
21、造成生产产事故,使使企业损损失重大大。造纸纸机市场场竞争激激烈,国国内该方方面研发发实力又又落后于于国外,因因此必须须加快研研制高档档造纸机机的速度度,同时时逐步完完善中档档造纸机机的控制制系统,争争取尽快快扩大国国内造纸纸机械的的市场占占用率。一直以来来,直流流调速系系统凭借借其优良良的调速速性能以以及负载载率大等等优点在在造纸机机传动系系统中的的应用占占据着很很大的比比例。然然而,直直流调速速系统也也存在着着很多缺缺点,比比如:直直流电动动机的成成本比较较高,电电刷维护护困难,有有些场合合(如防防爆、防防腐蚀、防防潮等场场所)不不能使用用等等。随随着计算算机技术术、电力力电子技技术、传传感
22、器技技术以及及智能控控制理论论的逐步步完善和和快速发发展,交交流变频频调速系系统在各各工业领领域的应应用已经经越来越越广泛。交交流变频频调速与与直流调调速系统统相比,其其具有容容量大、维维护方便便、节约约能耗以以及价格格较低等等优点。现现在变频频调速技技术已经经较为成成熟,使使交流调调速系统统也拥有有了调速速性能好好、过载载力矩和和起动力力矩大、启启动平滑滑等等优优点,已已经逐渐渐取代了了直流调调速系统统。另外外,交流流调速系系统还具具有如下下优点: (1)使使用场合合比直流流调速系系统更广广泛。 (2)安安装维护护方便,能能使用标标准化的的电机电电缆。 (3)电电动机的的正反转转控制变变得更
23、简简单。 (4)避避免了直直流电动动机的电电刷粉尘尘对生产产过程的的影响。 近年来,采采用可编编程序控控制器(PPLC)结结合现场场总线技技术来实实现多台台电动机机的变频频调速同同步控制制系统,已已经成为为国内外外研究造造纸机自自动控制制系统的的一个推推荐方案案。从以以上的分分析可以以看出,在在现阶段段,造纸纸机电气气传动自自动控制制系统的的研究对对于我国国造纸业业的发展展有着非非常重要要的理论论和实践践意义。1.3本文主主要工作作通过对国国外高速速造纸机机电气传传动控制制系统的的研究,本本文设计计了国产高高速造纸纸机电气气传动控控制系统统,优化化了造纸纸机电气气传动控控制策略略并对国产产高速
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