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造纸机常用变频器的主要参数和设置方法

造纸机常用变频器的主要参数和设置方法 
 
1 引言
我国的造纸业近几年发展非常迅速,同样,造纸机的传动系统中变频器的应用也越来越广泛,本文就几种造纸传动系统中常用的变频器参数及设置方法作一介绍,供本行业电气人员参考。常用变频器可以从两方面来理解:
(1) 经常使用的变频器是从其应用的广泛性来理解;
(2) 通用性,现在市场上能见到的变频器种类品牌都很多。品牌如ABB、富士、西门子等。而每一种品牌又有很多种。例如西门子变频器就有伺服型、通用型、风机泵型。
本文分析几种应用范围较为广泛品牌的通用型变频器在纸机传动中的主要参数及设置方法。
2 造纸机变频器参数设置原则
根据造纸工艺要求,我们已经知道纸机对变频器的一些基本要求,现在绝大多数通用型变频器基本都能满足这些条件。但是如果参数设置不当,也会影响系统的性能,甚至不能正常运行。对于通用型变频器来说,其主要参数和设置可以从以下几个方面来考虑:
2.1 频率信号参数
设定变频器运行频率:通用型变频器可以从以下几个方面来获得运行频率。
(1) 操作面板
在变频器的显示面板上,都有频率增加和频率减少按键,通过它可以改变变频器的运行频率,这是一种数字设定频率的方式,由于这种方式不能在现场实时修改变频器的运行频率,因此,其应用范围受到一定的限制。只能在单电机拖动且不经常修改运行频率的场合中使用。
(2) 模拟端子通用型变频器
模拟端子基本都有电压输入和电流输入两种,电压输入有0~5VDC,0~10VDC,-5~5VDC,-10~10VDC等几种;电流输入基本上有0~20mA和4~20mA两种,可以任意设定其中的一种或多种输入,变频器内部用10位以上的A/D把它转换成数字量。应用这种方式设定变频器的运行频率可以实现外控操作,且在现场可以实时修改,但是众所周知模拟量在传输过程中易受干扰,特别是电压信号,更易受干扰,造成系统运行不稳定,这里建议用电流信号;另外用模拟量设定运行频率,在纸机传动控制系统中还要解决速度同步问题。
(3) 数字端子
这种设定频率的方式,各种品牌的变频器叫法不一,如ABB变频器叫电动电位器,而富士变频器叫上升/下降功能等,其实际上就是利用变频器本身的多功能数字输入端子来改变变频器的运行频率,且升/降速的速率可调。这种方式在纸机传动系统中以八缸纸机应用最为典型。
(4) 通讯方式
这种以串行通讯的方式设定变频器的运行频率在大型纸机传动系统中应用最为广泛。常见的有RS-485或CAN总线等。
当然,在通用型变频器的频率设定方式中,常见的是以上4种,这4种方式也并非独立存在,它们可以组合使用,例如ABB800系列变频器在设定频率时就可以用模拟量的代数和,多个模拟量的最大值,多个模拟量的最小值,模拟量的乘积,模拟量与通讯量的和等多种组合方式,在使用中,应根据实际情况,灵活运用。
2.2 控制命令
它包括控制电机的起动/停止,电机的运行方向等。
(1) 起动/停止
当系统准备就绪后(通电),变频器处于待机状态,电机并没有运转。要使系统运转需给变频器一个起动命令。有三种方式可以起动变频器:
l 操作面板;
l 外部端子,可以是固定电平也可是脉冲信号;
l 通讯方式。可以根据实际情况,选择其中的任一种方式。变频器停止时和起动完全一样,只不过动作相反。
(2) 电机的运行方向
交流电机是通过改变其输入三相电源任意两相的相序来改变其旋转方向的,在变频中只需给它一个电平信号自动调整其两相相序,从而改变电机的旋转方向,在设计传动系统中,根据工艺要求决定是单向或是双向运行,在纸机传动系统中,都是单方向,可以通过变频器参数规定其旋转方向。
2.3 限幅参数
限幅是规定系统正常运行时的参数范围,如最大转矩,电流频率等对于不同的系统来说其设置也不相同。其它除了以上三类参数之外还有输出信号类,恒速类,加减速时间等多种,将根据不同类型的变频器单独介绍。3 几种常见变频器的参数设置
ABB变频器是应用较为广泛的一种品牌,现在主要有两大系列:
l ACS800系列,具有各种功能等级。
l ACS400系列,从2.2kW到30kW范围内的各种功率等级。另外在小功率当中还有ACS100系列。
ABB变频器以其稳定的性能,低廉的价格在纸机传动系统中被广泛应用,这里从我们多年来对ABB变频在纸机传动应用中遇到的需经常改动的一些参数加以说明。
3.1 ACS800系列变频器的参数及设置
(1) 起动数据
它是设定电机信息的一组参数,只需在第一次运行时设置以后就不需要再改变了,这一组参数代码范围从9901~9910共10个参数。
l 电机信息
电机信息包括电机额定电压(9905)额定电流(9906)额定频率(9907)额定速度(9908)额定功率(9909)。这些参数的获得是从电机的铭牌数据中得到。例如一台四极三相异步电动机Pn=30kW,In=59A,nN=1450r/min fN=50Hz,UN=380V,则设置参数时:9906=59.0,9907=50.0 9908=1450 9909=30.0。
l 控制模式
电机控制模式(9904)ACS800系列变频器有两种控制模式:DTC即直接转矩控制和SCALAR即标量控制。
在直接转矩控制模式下,系统中给定信号为转矩,即使在没有反馈的情况下(即开环)也可对电机进行精确的速度及转矩控制。而标量控制相对来说控制精度要差一些。
l 应用宏的选择(9902)
所谓应用宏,就是根据变频器在一些常用的场合中所需的一些功能在出厂时已经经过预编程的参数集。利用这些应用宏,用户可以快速完成对变频器的直动。ABB800系列变频器的应用宏有以下几种:Factory(工厂宏); Hand/Auto ctrl(手动/自动宏); PID control (PID控制宏); sequential control (顺序控制宏); Torque control(转矩控制宏)。用户以根据需要选择应用宏。例如在利用变频做压力或流量控制系统中,就可以用PID控制宏实现闭环控制。
(2) 变频器控制参数
这些参数主要规定了变频器起动方式,包括:10.01 10.02起动/停机/方向的命令的信号源,在外部控制时,变频器的起动和停止应使用外部端子或通信的方式,而ABB800变频器用外部端子又有多种组合,常用的可以设为DI1~DI6的任何一个作用起动/停止的命令的输入端。
10.03是规定变频器所拖动电机的旋转方向,根据电机学我们知道三相异步电机的旋转方向取决于输入三相电源的相序,在需要双向运行(如电梯、升降机等)的场合可以把这个参数设为REQUEST,由数字输入端子来控制电机的旋转方向。
16.01允许信号:要起动变频器将参数必需设为YES。
(3) 给定选择
l 外部控制选择11.02:ABB800有两个控制源可以选择,即EXT1,EXT2。当选择EXT1时,变频器的起动由10.01所指定的输入端子控制,频率由11.03所指定的方式给定。对于PID应用宏,此时为开环控制,对于转矩控制宏,此时为速度控制,当选择EXT2时,变频器的起动及频率来源分别为10.0211.06; 在PID宏及转矩控制宏下分别为闭环控制及转矩控制 方式。
l 频率给定源的选择10.0311.06分别是EXT1,EXT2的给定源,对于使用模拟作为给定时可以选择模拟输入端子(AI1~AI3)的任何一个作为给定,这里要说明的是AI1为0~10V DC电压信号,AI2~AI3为0~20mA电流信号,当然也可以通信或数字端子(即电动电位器)进行设定频率。
l 恒速,在有些场合中,如纸机在爬行时,不需要改变变频器的运行频率就可以用恒速功能,ABB800变频器有15种恒速可以供用户选择。
(4) 加、减速时间
加、减速时间及积分类型的选择十分重要,特别是在拖动大惯性负载时,如在纸机传动系统中,拖动烘缸的变频器在设置加、减速时间应大一些,如加速时间过短,起动时电机处于堵转状态,容易发生过流故障,如减速时间过短则可能发生惯性负载拖动电机,使电机处于发电状态,则变频器会发生过压故障,建议在这些场合中如允许可用自由停机方式(即21.03设为COAST)。在纸机传动系统中,烘缸传动加速时间20.02可设为30~40s,减速时间可稍长一些,即22.03可设为40~80s,其余传动器加、减速时间均可设为20~30s。对于参数22.06加速/减速积分类型选择有两种:
l 线型积分;
l S形曲线。
一般传动系统中均可用线型积分,在电梯及复卷机传动系统中则用S形曲线。
(5) 限幅参数
限幅参数主要规定电流转矩最高运行频率等参数,在ABB800系列变频器中,最大输出电流能达到200%Ihd,在转矩控制模式下最大输出能达300%,一般来说,在纸机传动控制中,都能满足要求,这些参数基本上不用修改。(参数代码20.03 20.04)
对于最高运行频率,一般出厂设定50Hz,如果传动系统减速器选择合适的话,也不用修改,如果要修改这一参数时,要注意的是在运行频率大于50Hz时为恒功率调速,ABB800变频器修改最高运行频率时也设定以下几个参数(以改为65Hz为例)99.07改为65Hz; 20.08改为65Hz; 11.05改为1950r/min(对于四极电机)。
(6) 闭环控制参数
闭环控制的实现对于ABB800变频器有两种途径: 配编码器反馈卡的速度闭环控制和过程PID控制。
l 速度闭环控制
此时要设定的参数有(a)50.01编码器每转的脉冲数,这一参数根据所选编码器来确定,一般有360,500,1024,2048 ……规格; (b)50.02编码器脉冲的计算,一般在纸机传动中,不需正反转运行可以设定为单A或B输入即可; (c)23.01速度控制器增益; (d)23.02速度控制器的微分时间。这些参数要根据具体的传动系统进行整定,使稳定的动态性能指标均能满足要求。(e)98.01脉冲编码器可选模块选择应设为YES。
l 过程PID闭环控制
在压力流量等闭环控制系统中,反馈量往往是把压力或流量通过传感器转换为电压或电流信号,这时就可以用过程PID控制,参数设置主要是整定PID参数(a)40.01 PID控制器增益;(b)40.02 PID控制器积分时间(c)40.03 PID控制器微分时间。
当然,ABB800变频器的参数很多,除以上所列的6类之外还有通讯参数,故障管理等。
3.2 ACS400系列变频器参数设置
ACS400与ACS800变频器相比较,其功能简单一些,主要有:
(1) 不能实现直接转矩控制;
(2) 不能实现速度闭环控制;
(3) 功率等级只有2.2~30kW。
但其参数设置基本与800系列变频器相似,这里就不再详细介绍。
 
*此表中参数是根据纸机传动中多年积累所得到的经验值;
*表中电机以7.5kW四级电机为例;
*控制宏以PID控制宏为例;
*表中电压及电流均为线值。
3.3 富士变频器的参数及应用设置
富士变频器以其优越的性能,中文操作等优点而深受广大用户的喜爱。对于400V系列可分为两种子系列:一般工业用标准系列,这里简称G系列,功率从0.4~220kW;风机泵用标准列系列,简称P系列,功率从7.5kW~280kW。在纸机传动中应用富士G系列变频器的也较为广泛。这里以我们设计的一台1760/250纸机传动为例介绍富士变频器的参数设置,该纸机应用速度链控制器以模拟量的形式给定频率。
 
3.4 安川变频器的参数及应用设置
在这里我们介绍智能矢量型VARISPEED-616G5系列变频器在纸机传动中的参数设置,该系列变频器有无PG的V/F控制,无PG矢量控制,带PG矢量控制,有PG的V/F控制四种控制模式,前两种为开环控制系统,控制精度相对低一些,一般应用于转速小于等于250r/min的纸机传动系统中;后两种为闭环控制系统,需增加速度反馈卡(PG测速卡),可应用于高速的大型纸机传动系统。在这里以无PG的V/F控制方式为例。说明在纸机传动控制系统中的参数设置。
 
4 结束语
现在市场上变频器种类繁多,无法一一列举,文中就几类在造纸工程实践中应用较广泛的变频器为例进行说明,希望起到抛砖引玉的效果。