纸机传动系统现状及发展趋势

纸机变频传动的现状及发展趋势

近几年，我国造纸工业取得了很大的发展，国产造纸机装备水平不断提高。纸机的幅宽不断增加，车速也达到700m以上。例如：山东昌华可以为美利纸业生产4880/700 30万吨涂布白板纸机，新上的板纸机由过去年产能力3～5万吨提高到10～40万吨。相应的纸机交流传动系统控制技术也取得很大的发展。

过去，大型纸机传动系统都依赖于进口，由国外公司提供（如：ABB制浆造纸工程部、西门子造纸工程部等）。随着计算机技术、现场总线技术的发展，各大公司相继推出更加成熟和完善的工控产品，极大地提高控制系统软、硬件的性能，同时使的控制系统变的更加简单，可靠性大大提高，系统的复杂程度大大降低。同时国内从事纸机自动化控制的研究机构及人员不断增加，因此大型纸机传动系统将会国产化。

目前，纸机传动控制系统大都采用三级控制，下面就纸机传动系统控制结构及国内外公司的传动系统结构加以讨论。

一、典型纸机传动控制系统结构：

典型纸机传动控制系统采用三级控制结构，如图1所示，由上位机、PLC和变频传动级组成。

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第一级

第二级

图1

传动系统第一级为变频控制级，变频器采用由各大公司生产的高性能变频器（如ABB ACS800、西门子6SE70等），配有闭环控制编码器反馈板，组成闭环控制系统。变频器上还配有现场总线通讯板，与上位PLC组成现场总线控制网络。

传动系统第二级为PLC控制系统，PLC采用大型PLC，要求支持高速现场总线功能，操作台控制选用操作屏，PLC与变频器、操作屏组成现场总线控制网络，完成整个纸机操作控制。

传动系统第三级为上位优化控制系统，采用工业控制计算机,用于整个纸机传动系统状态监控。上位机一般采用组态软件，可以通过工业以太网与QCS上位机、DCS上位机、车间管理级、厂级管理级等联网控制，实现纸机传动控制系统优化控制和自动控制。

二、国内外各公司传动系统组成：

国内外各传动公司大都采用标准三级控制模式，系统的差别在于选择不同的软件系统和硬件系统，目前占据我国大型纸机传动系统份额最多的公司为ABB制浆造纸工程部和西门子造纸工程公司。因此本文重点分析国外两大公司和其国内使用其产品的OEM公司。

1、西门子公司传动系统：

西门子公司采用完全的标准三级控制模式，其所有的软、硬件都采用本公司产品。

第一级：变频控制级。变频控制系统采用SIEMENS公司6SE70变频器，配有闭环控制编码器反馈板，组成闭环控制系统。变频器上还配有PROFIBUS-DP通讯板与上位PLC组成PROFIBUS-DP现场总线控制网络。

第二级：PLC控制操作系统。选用SIEMENS公司S7-400 系列PLC控制系统，操作台配有SIEMENS公司OP270人机界面。OP270人机界面与S7-400 PLC组成PROFIBUS-DP现场总线完成现场操作控制。PLC与变频器组成PROFIBUS-DP现场总线控制网络。

第三级：监控级。监控系统采用SIEMENS公司WINCC监控系统作为工程师站和操作员站。

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2、ABB公司传动系统：

ABB公司采用类似标准三级控制模式，其所有的软、硬件都采用本公司产品。其控制系统结构如图2所示。变频器采用ACS800 Multi Drive产品，PLC采用AC80控制器，每个AC80

传动部上位机

图2

控制器通过光纤分配器与不多于12台变频器通过光纤通讯。当控制传动分部超过12台变频器时，采用多个AC80并联控制，各台AC80又通过AF100总线连接通讯。AC80再与上位机通过MODBUS连接。操作站采用ABBG2000操作屏，通过MODBUS与AC80相连。完成现场操作控制功能。

ABB公司的控制系统类似标准三级控制模式，其多个AC80控制器与AF100总线相当于西门子的S7-400 PLC，但它属于多CPU形式，另外其与每一台变频器都采用光纤连接，通讯速度快，系统结构比较复杂。

3、国内多数公司采用的传动系统：

在大型纸机传动控制中，国内比较大的传动公司大都采用西门子和ABB产品，按照选择硬件的不同分为两类：

一部分公司采用全套西门子产品，变频器、PLC均采用西门子公司产品，仍采用标准三级控制的模式，这与西门子公司的传动系统在硬件上没有区别，但控制软件是由自己开发。

另一部分公司变频器部分采用ABB ACS800 Multi Drive产品，控制系统采用西门子S7-400系统及WINCC上位控制系统，也就是说在第一级采用与ABB制浆造纸工程部相同的硬件系统，第二级、第三级采用与西门子公司相同的S7-400系统及WINCC上位控制系统。

为什么会出现如此的现象呢？因为从90年代以来，交流变频传动技术日益趋向成熟，而且性能大大提高，系统结构也变的简单，产品功能逐渐完善，变频器可以提供各种现场总线通讯接口，使用要求也降低。原来由自己的工程公司使用公共直流母线变频传动系统产品也推向市场，例如：西门子可以提供全部的公共直流母线产品；从2000年以后，ABB公司也开放销售其公共直流母线Multi Drive产品，这样，由国外大公司产品垄断被打破，使国内传动公司可以选择与国外传动公司使用相同的硬件提供了可能。

另外，PLC技术也取得巨大的发展，例如西门子相继推出S7-300、S7-400等中大型PLC，同时随着现场总线应用的推广，大大促进了纸机传动系统的发展。现场总线PROFIBUS在我国发展较快，其组网简单，容易掌握，因此其应用技术在我国已经普及。所以国内大多数纸机传动控制公司都采用西门子的PLC系统。

4、国内外其他公司：

国内外其他公司大都采用标准三级控制模式，大都是变频器产品、PLC、操作屏生产公司不同而已，通讯的现场总线也采用ControlNet、DeviceNet等，从本质上说没有不同之处。

三、国内外传动公司的比较：

1、硬件系统及软件平台：

综上所述国内外传动公司在硬件上已经没有本质的区别，几乎说是完全一样了。软件平台也基本一样，都采用相同的组态软件。国外公司采用的软件系统都可以得到。

2、软件系统：

控制软件系统国内外公司相差比较大，国外公司起源早，在纸机控制上积累了非常多的经验，同时，由专业人员编写提供了丰富的、而且功能强大的专业控制模块。该部分是其公司的技术机密，即使是其一线的设计人员也不清楚这些模块内部的算法，只知道如何使用。另外国外公司可以提供远程诊断功能，但目前在国内应用实例还比较少。

这些模块国内公司是没有的。另外国内传动公司很少有大纸机、高速纸机的传动控制业绩和经验，对高速大型纸机的传动控制还处于摸索阶段。所以与国外公司之间仍有很大的差距。因此国内传动公司已经具备与国外公司相同的硬件系统和软件平台，所欠缺的只是经验积累，在短期内，国内公司还不足以与国外公司抗衡。

四、纸机传动系统的发展趋势：

纸机传动控制系统与计算机控制技术、现场总线控制技术、交流变频控制技术是息息相关的，这些技术的发展为未来纸机传动控制系统提供更好的硬件和软件。

1、硬件系统

从现在来看，纸机传动系统在短期内仍然会采用标准的三级控制模式，硬件系统暂时不会有太大的变化，但通讯速度、控制精度将会提高。而未来的发展将会引入无线操作控制，现场不会再有那么多的操作台，也不需要从控制室布电缆到操作台。现场操作台改为无线手持式。更方便操作控制。

2、软件系统：

软件系统的发展必须跟随造纸新工艺、新装备的发展，符合工艺要求，不断完善。

同时远程诊断功能将会日趋完善，传动供应商在自己公司就可以了解纸机运行的全部状态，当出现故障后，通过远程诊断就可以恢复系统或指示用户如何排除故障，而造纸厂不再需要故障停机等待传动公司的技术人员。

3、大型纸机传动控制系统的国产化：

随着时间的推移，国内传动公司的控制技术日趋成熟，不断完善自己的技术，积累更多的经验，将会一步一个台阶向大型纸机进军，不断的由10万吨、15万吨、20万吨……向上迈进。另外我国处于发展中国家，国内公司的人力资源成本比较底，目前大型纸机传动系统采用相同的硬件水平的价格比国外公司便宜15%以上，因此具有很强的竞争实力。当然也具有很高的难度，目前，例如在部分中型纸机上，国内公司完全有能力提供传动控制系统，但由于缺乏大型纸机业绩得不到信任，虽然自己价格底，用户仍然相信国外公司，不愿意冒风险，宁愿多花钱去买国外公司成功的经验。

因此大型纸机传动控制系统的国产化靠国内传动公司的努力，更需要造纸厂的支持，希