秦基金 岳陽(yáng)林紙股份有限公司 湖南 岳陽(yáng)（414002）

ABB紙機(jī)傳動(dòng)控制技術(shù)的應(yīng)用

秦基金 岳陽(yáng)林紙股份有限公司 湖南 岳陽(yáng)（414002）

本文通過(guò)項(xiàng)目實(shí)例介紹了ABBPMC800紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)軟硬件的特點(diǎn)，也介紹了現(xiàn)代高速造紙機(jī)在電氣傳動(dòng)控制方面的要求及特點(diǎn)。

PMC800紙機(jī)；整流器逆變器；ControlModule

2009年，我公司40萬(wàn)噸高檔復(fù)印紙項(xiàng)目順利投產(chǎn)，該項(xiàng)目配套有兩臺(tái)紙機(jī)和兩臺(tái)復(fù)卷機(jī)。紙機(jī)及復(fù)卷機(jī)的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)為ABB公司最新的PMC800紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的一些問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化，現(xiàn)在傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，為提高設(shè)備運(yùn)行效率提供了一個(gè)好的前提。本文擬對(duì)本項(xiàng)目使用的ABB的PMC800紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹。

1 紙機(jī)控制系統(tǒng)概況

岳陽(yáng)紙業(yè)股份公司40萬(wàn)噸高檔復(fù)印紙項(xiàng)目為兩臺(tái)年產(chǎn)20萬(wàn)噸的高檔紙機(jī)及配套的復(fù)卷機(jī)組成。紙機(jī)本體傳動(dòng)采用ABB公司產(chǎn)品，紙機(jī)輔助電氣控制系統(tǒng)采用了智能MCC控制，整個(gè)車(chē)間的電氣設(shè)備配置按技術(shù)先進(jìn)、成熟可靠、維修簡(jiǎn)單的原則選型，較為高檔，目的也是為了保障電氣設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

2 ABB傳動(dòng)系統(tǒng)組成

本次選擇的傳動(dòng)系統(tǒng)為ABB公司專為紙機(jī)電氣控制而設(shè)計(jì)的PMC800紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。較之我公司早些年使用的PMC200控制系統(tǒng)有較大的變化。變頻器由ACS600多傳升級(jí)成了ACS800多傳，控制器由AC80統(tǒng)一成了ABB公司在紙機(jī)DCS控制領(lǐng)域廣泛使用的AC800M，現(xiàn)場(chǎng)操作面板也統(tǒng)一成了G2000系列的GOP面板，且有6英寸和10英寸兩種選擇。

圖1 電氣傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本項(xiàng)目的紙機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)由3個(gè)AC800M控制器組成整個(gè)紙機(jī)各個(gè)分部的控制，各控制器之間由工業(yè)以太網(wǎng)連接來(lái)傳遞數(shù)據(jù)。各個(gè)控制器下分別連接有系統(tǒng)控制所需的DI、DO、AI、AO等SI800I/O接口模塊。ABB控制器的接口模塊種類(lèi)豐富，有數(shù)字、模擬信號(hào)的輸入輸出模塊，有用于Profibus、Modbus、光纖Mod-uleBus、溫度信號(hào)接入模塊等。本項(xiàng)目使用的通訊模塊為每個(gè)控制器均有CI858光纖通訊模塊用于控制紙機(jī)傳動(dòng)ACS800多傳變頻器。每個(gè)控制器均有CI854Profibus通訊模塊與紙機(jī)設(shè)備供貨商的MCS進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，為了增加系統(tǒng)通訊的抗干擾能力，特意增加了Profibus通訊與光纖通訊轉(zhuǎn)換模塊，由光纖經(jīng)車(chē)間電纜橋架接至紙機(jī)設(shè)備供貨商的MCS。

3 逆變器及整流供電單元

ABB公司PMC800紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)采用ACS800多傳變頻器來(lái)控制電機(jī)。本項(xiàng)目中按照大型紙機(jī)傳動(dòng)常用的方法采用直流母線給各個(gè)逆變器供電。在690V電壓等級(jí)時(shí)，ABB的逆變器及交流傳動(dòng)電機(jī)功率范圍廣，如多傳系統(tǒng)電機(jī)功率范圍為1.5kW至5600kW，完全可以滿足紙機(jī)及復(fù)卷機(jī)設(shè)備供應(yīng)商的電機(jī)功率要求，且所有設(shè)備的電壓等級(jí)一致，不需要按功率大小來(lái)分電壓等級(jí)，節(jié)省了費(fèi)用，也便于設(shè)備的安裝、維護(hù)。ACS800多傳逆變器為模塊化設(shè)計(jì)，按照功率大小，分為 R2i，R3i，R4i，R5i，R7i，R8i等幾種模塊，其中R2i至R5i內(nèi)置了RMIO電機(jī)控制及I/O接口板，簡(jiǎn)單，緊湊，更換器件方便。且在柜內(nèi)安裝方式為傾斜式，利于散熱。R7i和R8i模塊為柜式安裝，R7i模塊的容量范圍為75至215kVA，R8i模塊的容量范圍為170至2800kVA，且該兩種模塊在本身的容量范圍內(nèi)為同一種尺寸，安裝方便。模塊內(nèi)集成了充電電容，和逆變回路等，與外置的RMIO電機(jī)控制及I/O接口板之間用光纖連接，減少了干擾，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。特別是R8i模塊，為小車(chē)式結(jié)構(gòu)，與柜體主回路之間采用插接的方式安裝，使設(shè)備更換極其方便。R8i模塊的另一個(gè)特點(diǎn)是可以并聯(lián)使用，且每一個(gè)模塊都是一臺(tái)完整的三相逆變器。最大12個(gè)R8i模塊并聯(lián)使用，這樣，就可以按照電機(jī)功率的大小選擇R8i模塊的配置個(gè)數(shù)，節(jié)省了費(fèi)用，并且當(dāng)某個(gè)并聯(lián)的R8i模塊出現(xiàn)故障時(shí)，還可以將其推出，選擇系統(tǒng)輕載使用（見(jiàn)圖2）。

在本項(xiàng)目中，最大電機(jī)功率為710kW，故選擇了2個(gè)580kVA的R8i并聯(lián)使用。當(dāng)有2個(gè)模塊并聯(lián)使用時(shí)，因RMIO電機(jī)控制及I/O接口板外置只有一對(duì)光纖接口，故需配置APBU控制板，用來(lái)將并聯(lián)的逆變模塊連接到RDCU的光纖分配單元。

ABB逆變器柜還可配置多種可選件。如在本項(xiàng)目中，配置了預(yù)充電開(kāi)關(guān)用于R8逆變器柜，該開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，現(xiàn)由預(yù)充電回路給R8i模塊內(nèi)的直流回路充電，當(dāng)充電完成后，開(kāi)關(guān)的主回路機(jī)構(gòu)動(dòng)作，閉合主回路的快速熔斷器，給R8i模塊的主回路供電。

圖2 兩個(gè)R8i模塊并聯(lián)使用的示意圖

ABB系統(tǒng)變頻柜的整流供電單元分為ISU、TSU、DSU三種。ISU為IGBT整流供電單元，整流所用的模塊與逆變器的R8i模塊相同。該整流方式可以去除系統(tǒng)的高頻和中頻諧波，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于DSU整流方式，但因此種整流方式價(jià)格較貴，故在本項(xiàng)目中僅使用了TSU和DSU兩種整流方式。TSU四象限晶閘管整流供電單元，在690V電壓等級(jí)下，功率范圍為850～3600kVA。該整流供電單元也是采用模塊化結(jié)構(gòu)，由正橋模塊和反橋模塊組成，形成主從結(jié)構(gòu)。正橋?qū)⑷嘟涣麟娬鞒芍绷麟?，反橋?qū)⒍嘤嗟碾姍C(jī)制動(dòng)能量回饋到電網(wǎng)，且配備了直流電抗器用于濾除中間直流電路的電流尖峰。整流供電單元提供直流電源至公共直流母線送至各個(gè)逆變器回路。

為了減少系統(tǒng)電網(wǎng)的諧波畸變，TSU整流供電單元采用12脈波整流供電。由2臺(tái)變壓器分別給TSU的正反橋供電。兩臺(tái)變壓器的兩側(cè)要求分別接成星型和三角型。

4 控制器及軟件組成

在本項(xiàng)目中，PMC800控制系統(tǒng)沒(méi)有使用以前常用的AC80控制器，而是采用了與ABBDCS統(tǒng)一一致的AC800M系列控制器。AC800M控制器采用模塊化結(jié)構(gòu)，安裝簡(jiǎn)單，其CPU具備冗余功能。聯(lián)結(jié)至控制器CEX-Bus和ModuleBus(S800I/O模塊)具備熱插拔功能，除了外接電源端子外，還有外接電池接口，具備掉電程序保持功能。多個(gè)AC800M之間的數(shù)據(jù)通訊采用的是通用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)線，各個(gè)控制器通過(guò)類(lèi)似計(jì)算機(jī)的IP地址來(lái)相互識(shí)別。本項(xiàng)目中，共使用了3個(gè)AC800M控制器，每個(gè)控制器通過(guò)CEX-Bus連接了2個(gè)CI854Profibus模塊（一個(gè)用于與現(xiàn)場(chǎng)G2000通訊，另一個(gè)用于與紙機(jī)供貨商的MCS系統(tǒng)通訊），還通過(guò)ModuleBus連接了多個(gè)DI/DO/AI模塊，用于現(xiàn)場(chǎng)的硬接線信號(hào)及紙機(jī)張力值的輸入等。

AC800M的編程軟件為ControlBuilderM，簡(jiǎn)稱CBM，該軟件已集成與ABB的IndustrialIT800xA工業(yè)自動(dòng)化軟件系統(tǒng)中。本項(xiàng)目因配置了工程師站和操作員站，故應(yīng)用了IndustrialIT800xA軟件，該軟件功能強(qiáng)大，具備監(jiān)控畫(huà)面制作，組態(tài)功能，操作人員權(quán)限設(shè)定功能，歷史時(shí)間和報(bào)警組態(tài)功能，網(wǎng)絡(luò)組態(tài)功能等。因紙機(jī)傳動(dòng)項(xiàng)目相對(duì)于DCS系統(tǒng)而言，比較獨(dú)立且系統(tǒng)數(shù)據(jù)量較少，故僅使用了其部分功能。主要使用其畫(huà)面組態(tài)功能制作了紙機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)，值班人員可以清晰全面地掌握傳動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并可隨時(shí)查詢系統(tǒng)的歷史曲線和操作記錄。如圖3。

圖3 紙機(jī)狀態(tài)監(jiān)控界面

5 PMC800系統(tǒng)特點(diǎn)

ABBPMC800紙機(jī)控制系統(tǒng)的軟件版本升級(jí)比較頻繁，版本較多。本項(xiàng)目使用了最新的5.0版。主要的控制功能在編程軟件CBM中實(shí)現(xiàn)。CBM程序的結(jié)構(gòu)分為庫(kù)文件部分，程序組態(tài)部分和硬件組態(tài)部分。在庫(kù)文件部分有常用的各種功能塊及已經(jīng)編好的實(shí)現(xiàn)紙機(jī)傳動(dòng)點(diǎn)各種控制要求的程序庫(kù)，可以在程序組態(tài)部分自由引用，也可以自己編制庫(kù)文件。在硬件組態(tài)部分可以按照系統(tǒng)硬件的配置組態(tài)硬件系統(tǒng)及設(shè)置其輸入輸出參數(shù)，并可以升級(jí)硬件的韌件。程序組態(tài)部分的編程語(yǔ)言除了常見(jiàn)的Ladder，Instruction List，F(xiàn)unction BlockDiagram(FBD)，Structured Text(ST)，The Sequential Function Chart(SFC)等外，還有一種PMC800系統(tǒng)獨(dú)有的，也是紙機(jī)控制程序使用的編程語(yǔ)言：Control Module。Control Module是一種面向?qū)ο蟮木幊谭绞?，它通過(guò)常見(jiàn)的編程語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)Control Module程序，也通過(guò)Control Module Diagram編輯器 (簡(jiǎn)稱CMD編輯器)來(lái)編輯程序的界面。因其支持面向?qū)ο蟮木幊谭绞剑乙粋€(gè)Control Module程序庫(kù)編寫(xiě)完成后，可以多處引用，故適用于大型應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。Control Module編程方式的主要優(yōu)點(diǎn)如下：

·執(zhí)行速度較傳統(tǒng)程序快；

·減少了控制器內(nèi)存占有量；

·在應(yīng)用程序內(nèi)有更好的數(shù)據(jù)流，確保了所有變量在每個(gè)程序掃描周期內(nèi)均會(huì)被掃描到；

·提供了圖形化的界面，便于系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)；

·通過(guò)Control Module的Parameter與其他程序相連；便于程序參數(shù)的查找。

本項(xiàng)目中，紙機(jī)的控制程序均為Control Module程序，其良好的界面極大地方便了電氣人員的維護(hù)工作。常見(jiàn)的故障查找界面如圖4。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，ABB的PMC800紙機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)無(wú)論在硬件上還是軟件上，較之早期的PMC200系統(tǒng)和其他廠家的傳動(dòng)控制系統(tǒng)，均有較大的改進(jìn)。特別是ControlModule編程方式的使用。一旦程序編寫(xiě)并優(yōu)化完了以后，用戶不需要再去關(guān)注復(fù)雜程序文本，而只需要通過(guò)明了的的界面即可維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)，而不需要在復(fù)雜的程序中去查找信號(hào)，極大地方便了電氣維護(hù)工作。

圖4 故障查找界面

[1]ABB IndustrialI T800xA-Control andI/O 2007

[2]ABB Hardware Manual ACS800-107 Cabinet-built Inverter Units 2005

Application of ABB papermachine electrical drive control system

Qin Jinjin
(Yueyangpaper Co.Ltd,Yueyang 414002 Hunan,China)

Based on the Paper machine electrical drive control system,Yueyang engineering project,new ABB PMC800 paper machine control techniques have be introduced,and also the recently requirements of the electrical drive control system in high speed paper machine.

PMC800;rectifier invertor;control module

2011-12-29