造紙機是由一係列配套設備組成的聯合機，分濕部和幹部兩大部分。濕部包括上漿流送係統、網部和壓榨等部分，幹部包括烘幹、壓光和卷取等部分。其生產流程一般是漿料通過上漿流送係統，傳送到造紙機生產流水線的前端流漿箱，然後漿流由此依次通過網部、壓榨、前烘缸、後壓榨、後烘缸、壓光機和卷紙機等在內的分部設備，成為原紙；原紙又可以另外進入機外塗布和複卷機產出成品紙。

造紙是一個連續生產的過程，因此生產線的連續和有序控製成為了製約成品紙質量和產量的瓶頸。變頻調速作為90年代中期後最強有力的控製方式進入了原本屬於直流調速（適用於大中造紙機）和滑差電機（適用於中小紙機）天下的造紙領域，並已近取得良好的市場效果。

交流變頻調速技術以其卓越的調速性能、顯著的節電以及在國民經濟領域的廣泛適用性，而被公認為是一種最有前途的交流調速方式。直流調速係統在造紙機的發展史上占有重要的地位，但由於直流電機存在維護難、抗環境能力差等原因，到了90年代已嚴重製約了造紙整機的性能價格比。而變頻調速技術能最大程度上發揮了交流電機本身固有的優點（結構簡單、堅固耐用、經濟可靠、動態響應好等），再加上變頻調速理論上已形成一門相對獨立的學科，變頻調速技術全麵應用於造紙機生產線的時代已經到來了。

變頻調速及其控製技術在造紙機生產線上的應用有以下幾點：

（1）造紙機上漿係統的變頻調速控製

造紙機上漿係統負責將紙漿通過漿泵、衝漿泵、多級篩等設備輸送到造紙機網部流漿箱的過程，其中漿泵和衝漿泵為最重要的設備，因為它們關係到成形紙的質量，尤其是克重，因此必須采用變頻控製才能達到造紙機的設計要求。實踐證明，安裝變頻裝置能適應不同車速、不同品種的用量變化，使漿泵組的運行始終處於高效狀態。另外，采用變頻控製時，電動機和漿泵的轉速下降，軸承等機械部件磨損降低，泵端密封係統不易損壞，機泵的故障率大為降低，維修工作量也隨之減少。

上漿工藝必須符合以下要求：

1、向造紙機的網部輸送的漿料量一定要穩定，誤差不超過±5%。

2、漿料的配比和濃度要穩定、均勻。

3、對漿料進行淨化精選等，因此對漿泵和衝漿係的速度控製是保證第（1）、（2）項實現的重中之重。

下麵以衝漿泵為例來說明速度控製的流程：該變頻控製采用雙閉環係統的速度控製方式（如圖一所示），外環是速度閉環（V-控製），內環是電流或轉矩閉環（I-控製）。衝漿泵速度的設定值一方麵是由漿速和網速比變化而獲得的V設定，另一方麵是來自於流漿箱的壓力控製器（P一控製）。前者是主調，後者是微調。造紙機的漿速和網速比基本上是恒定的，因此，造紙機的網速一變化，V設定也隨著變化，衝漿泵的轉速也跟隨變化；為了提高速度調節器的精確性和反映流漿箱的實際工藝過程，通常還需取流漿箱的壓力PID控製輸出值的±5%的變化來作為衝漿泵附加的速度設定值。速度的實際值（實際）取自傳動電機的實際速度采樣，可通過旋轉測速電機或光電旋轉編碼器等檢測裝置獲取。電流的設定值（M設定）取自速度環的輸出信號，電流的實際值（M實際）取自各個傳動點的交流變頻器輸出端電流互感器的測量值。

因此對於衝漿泵的變頻調速而言，需要對其進行PID控製，需正確選擇速度反饋方式和PID的各類參數。加速時間0-100%的設定值一般為60秒，而減速時間大約為30秒。變頻器的設定輸入值需具有二至多端的輸入，並能進行基本運算。反饋信號需具有接收模擬信號或脈衝信號的端口。了解這一點，對選擇變頻器的型號非常重要。

（2）造紙機分部傳動的變頻控製

我國造紙機分部傳動設備，以前采用SCR直流調速方式，由於存在滑環和炭刷造成可靠性和精度不高，從而導致造紙機的機械落後，車速也隻有200m/min左右，很難同國外的1000m/min的高速造紙機相比。由此看來，造紙機分部傳動機械的變頻化已是大勢所趨。

分部傳動涉及到造紙機的網部、壓榨部、前烘缸、後壓榨、後烘缸、壓光機等眾多的傳動點，由於紙張具有細薄、脆弱的缺點，因此為了防止紙張出現斷裂、卷曲、褶皺、壓痕，必須對各傳動點進行高精度的速度控製，並保證紙張按成紙方向所限定的伸展率進行延展。也就是說，從上漿到上卷的整個過程，要保持紙幅一定的速度級聯，這樣才有拉力。

正是基於分部傳動的變頻控製強調的是各傳動點的在線無級調速和同步跟隨性能，因此用在分部傳動的變頻器必須具有以下特性：

1、調速範圍寬，在全速度範圍內，效率必須在90%以上。

2、功率因數高於0.9以上。

3、輸入諧波電流總失真小於3%。

4、采用可靠性高、技術成熟的標準器件IGBT。

5、能減少輸出諧波分量並有效降低dv/dt噪音和轉矩脈動的效果。

6、利用通訊功能實現數據的高速串行傳輸。

如某紙廠1台1092型水鬆紙造紙機的4個分部傳動點的功率分別為壓榨11kw，主缸11kw，組缸7.5kw，卷紙5.5kw。

根據使用廠家的實際情況和要求，變頻器采用西門子公司新近推出的MM420係列，PLC采用西門子S7-200係列。網絡通訊采用RS485接口，協議方式采用西門子USS協議。主機調速及單個傳動點微調采用按扭調速，並且能夠在操作台和設備前兩地調速。

又如某廠2820型牛皮箱板紙造紙機，變頻器采用美國AB公司1336型高功能變頻器，PLC采用AB公司SLC500係列，操作界麵釆用觸模屏。由上位機控製運行參數存儲、數據表格自動生成、生產報表自動打印、故障報警狀態分析。網絡通訊采用國際通用的PROFIBUS DP通訊網絡。電動機采用交流變頻電機，並且應用磁通矢量閉環控製。另外可以通過對各個傳動點的實際使用功率的計算控製各個傳動點的負荷分配，並且在生產過程中可以通過點動在不影響速度鏈的情況下進行局部張緊和鬆弛。

以上二例是較為典型地應用到了分部變頻控製的控製原理，分部傳動的控製原理是保持速度級聯和高速傳輸，前者利用上位機（PLC或工控機）來進行速度級聯的計算，後者是通過變頻器本身的高速串行通訊能力來實現的。這樣一來，整個係統配線簡單、自動化程度高、信息量豐富且接口兼容，便於實現FA和管控一體化。

速度級聯的結果是將造紙機分部傳動的主傳動點形成了一串速度鏈，隻要其中的一個點速度進行調整，其後的每一個傳動點也隨之快速調整。在實際的造紙機控製中，往往還要根據特定的位置再増加特定的傳動控製方式，尤其重要的參數負荷配比控製。

所謂負荷配比控製，是指在兩個齧合輥中，為保持接觸的緊密性和合理性，需要對兩個輥子進行負荷分配，以達到最佳效果。在造紙機壓榨部、壓光機等齧合輥控製中，根據工藝需要，紙幅斷裂時，齧合的兩輥子處於脫開位置，紙幅通過時兩輥子處於合上位置。其中在齧合輥合上中，為保持兩輥子在機槭上的緊密接觸，達到齧合的要求，需采取負荷配比控製方式。

齧合輥的主傳動仍采用速度級聯控製方式，從傳動采用負荷配比控製方式。在該負荷配比控製中，速度閉環的設定值在主傳動設定值（V設定）的基礎上，再增加5%的速度，這樣的話，其速度環的輸岀值即電流環的設定輸入值（M設定）就會增加，然後主傳動速度環的輸出值乘上負荷配比百分值去限定從傳動電流環的設定輸入值（M設定），也就會緊緊跟上主傳動，使得該兩輥的齧合程度更加緊密、貼合。

（3）卷紙機、複卷機和機外塗布機等收放卷係統的張力控製

造紙張有二種成型方式即平板紙和卷筒紙，由於高速印刷機的大量出現，對於卷筒紙的需求量與日俱增。而且卷筒紙相對於平板紙來說，更能提高造紙機的車速。然而造紙機對於卷筒紙的處理則是一個相對複雜的過程，尤其是在中心卷取的過程中，隨著卷徑的不斷增加，卷筒輥的速度必須不斷減少，同時又要保證紙幅的張力相對平穩。因此，對於收放卷係統而言，進行張力控製是核心技術，也是變頻調速的難點。

對如此複雜的張力控製係統，變頻技術必須能克服以下4個技術問題：

1、將複雜的交流異步電機的數學模型簡單化。

2、考慮到張力反饋信號的延後和超調。

3、將卷繞張力控製過程的動態參數描述成時變函數。

4、保證張力閉環的抗波動能力高和即時調節性好。

目前，在卷取中最常用的是以下2種控製方式：

1、速度控製卷取（SPW），用PID通過測力傳感器的張力反饋，或調節輥的位置反饋，來修正速度給定。

2、電流控製卷取（CPW），用PID調節張力給定，可適用於中心卷取的方式，這一類型的控製一般是開環的。

具有張力控製的變頻控製係統，一般由直徑、補償、轉矩和速度計算等模塊組成。

（4）造紙機輔助部分的變頻控製

造紙機的輔助部分通常包括白水係統、真空係統、壓縮空氣係統、冷凍水係統、化學品加藥係統、損紙回收係統、通風係統等。在實際設計造紙機中，為了使造紙機能連續均衡地運轉，它的輔助部分，一般都超過造紙機最大生產能力的15%-35%。因此，采用變頻調速及其控製技術能有效地降低實際運轉中輔助能耗，比如原先采用調節閥門開度來控製的風機和水泵、定速運轉的皮帶傳輸機等。以下就典型的幾個方麵來闡述變頻控製的廣泛用途。

1、冷凍水變頻調速

在造紙的輔助設備中，塗布和施膠經常要到用冷凍水來處理塗料，以保持塗料化學特性的穩定，現在經常采用的方法為冷凍水泵變頻調速係統。它的控製原理是利用溫度或溫差控製，因為從嚴格意義上說，冷凍主機的回水溫度和出水溫度之差表明了冷凍水從塗料槽帶走的熱量，所以溫差可作為控製依據。同時由於冷凍主機的出水溫度一般較為穩定，故實際上在設計中隻需根據回水溫度進行控製即可。

冷凍水係統選用的變頻調速應該可設計為PID控製，因為大部分的變頻器都具有PID功能，因此控製回路就非常簡潔，以回水溫度作為反饋信號，而目標溫度則可以通過變頻器的麵板設定或是上位機輸出模擬量信號設定。

2、損紙皮帶機變頻調速

損紙皮帶機是負責將幹部的斷紙或處理紙運送到幹損係統，因為皮帶的速度通常都按造紙機的最大車速設計的，通常造紙機運行的速度在最大車速的50%-80%之間，皮帶定速運行必將浪費相當大的能量，而且還產生太大的噪音，此時采用變頻調速，使皮帶機的速度跟隨造紙機的車速，而且使皮帶機的起動頻率為20-30Hz，這樣既能皮帶機能快速反應避免堵紙，又能降低能耗。

結束語

隨著變頻技術的發展和成熟，變頻器以其優良的調速性能、操作簡單、功能完善、易於實現自動調節等諸多優點，必將取代造紙機上傳統的直流調速係統，而成為造紙機電氣傳動的佼佼者。