Ako skúsený dodávateľ pohonov papierenských strojov som bol na vlastnej koži svedkom kľúčovej úlohy, ktorú zohrávajú efektívne riadiace stratégie vo výkonnosti a efektívnosti výroby papiera. V tomto blogu sa ponorím do kľúčových stratégií riadenia pohonov papierenských strojov a ponúknem poznatky založené na mojich dlhoročných skúsenostiach v tomto odvetví.
Pochopenie základov pohonov papierenských strojov
Predtým, ako preskúmame stratégie riadenia, je nevyhnutné porozumieť základným komponentom systému pohonu papierenského stroja. Pohon papierenského stroja typicky pozostáva z viacerých motorov, ktoré poháňajú rôzne časti papierenského stroja, ako je nátok, formovacia časť, lisovacia časť a sušiaca časť. Tieto motory musia pracovať synchronizovane, aby sa zabezpečil nepretržitý a jednotný proces výroby papiera.
Hlavným cieľom riadiaceho systému pohonu papierenského stroja je udržiavať požadovanú rýchlosť, napätie a krútiaci moment v každej sekcii papierenského stroja. To si vyžaduje presné riadenie otáčok motora a krútiaceho momentu, ako aj schopnosť upravovať tieto parametre v reálnom čase, aby sa kompenzovali zmeny v procese výroby papiera.
Stratégie riadenia rýchlosti
Jednou z najdôležitejších stratégií riadenia pohonov papierenských strojov je riadenie rýchlosti. Rýchlosť papierenského stroja priamo ovplyvňuje rýchlosť výroby a kvalitu papiera. Preto je nevyhnutné udržiavať konštantnú a presnú rýchlosť počas celého procesu výroby papiera.
Ovládanie rýchlosti v otvorenej slučke
Regulácia rýchlosti s otvorenou slučkou je najjednoduchšia forma regulácie rýchlosti, kde sa rýchlosť motora nastavuje na základe vopred určenej referenčnej hodnoty. V tejto stratégii riadenia neexistuje žiadny mechanizmus spätnej väzby na úpravu otáčok motora na základe skutočnej rýchlosti. Regulácia rýchlosti s otvorenou slučkou je vhodná pre aplikácie, kde je zaťaženie relatívne konštantné a požadovaná presnosť rýchlosti nie je príliš vysoká.
Regulácia rýchlosti v uzavretej slučke
Regulácia otáčok v uzavretej slučke na druhej strane využíva mechanizmus spätnej väzby na nepretržité sledovanie skutočnej rýchlosti motora a úpravu riadiaceho signálu tak, aby sa udržala požadovaná rýchlosť. Táto stratégia riadenia poskytuje vyššiu presnosť rýchlosti a lepší dynamický výkon v porovnaní s riadením rýchlosti s otvorenou slučkou. Existuje niekoľko typov regulácie otáčok v uzavretej slučke, vrátane proporcionálno-integrálneho-derivačného (PID) riadenia, vektorového riadenia a priameho riadenia krútiaceho momentu (DTC).
- PID riadenie: Regulácia PID je najpoužívanejšou metódou regulácie otáčok v uzavretej slučke v pohonoch papierenských strojov. Využíva kombináciu proporcionálnych, integrálnych a derivačných riadiacich činností na úpravu otáčok motora na základe chyby medzi požadovanou rýchlosťou a skutočnou rýchlosťou. PID regulácia je relatívne jednoduchá na implementáciu a poskytuje dobrý výkon regulácie rýchlosti vo väčšine aplikácií.
- Vektorové ovládanie: Vektorové riadenie je pokročilejšia metóda riadenia rýchlosti, ktorá umožňuje nezávislé riadenie krútiaceho momentu a toku motora. Táto stratégia riadenia poskytuje lepší dynamický výkon a vyššiu presnosť rýchlosti v porovnaní s reguláciou PID. Vektorové riadenie sa bežne používa vo vysokovýkonných pohonoch papierenských strojov, kde sa vyžaduje presné riadenie rýchlosti.
- Priame riadenie krútiaceho momentu (DTC): DTC je ďalšia pokročilá metóda riadenia rýchlosti, ktorá priamo riadi krútiaci moment a tok motora bez potreby komplexnej transformácie súradníc. DTC poskytuje rýchlu odozvu krútiaceho momentu a vysokú presnosť otáčok, vďaka čomu je vhodný pre aplikácie, kde sa očakávajú rýchle zmeny záťažového krútiaceho momentu.
Stratégie kontroly napätia
Riadenie napätia je ďalším dôležitým aspektom riadenia pohonu papierenského stroja. Udržiavanie konštantného napätia v papierovom páse je nevyhnutné na zabezpečenie kvality papiera a zabránenie pretrhnutiu pásu. Riadenie napätia sa zvyčajne dosahuje nastavením rýchlosti motorov v rôznych častiach papierenského stroja, aby sa udržalo konštantné napätie v papierovom páse.
Ovládanie napätia v otvorenej slučke
Regulácia napätia v otvorenom okruhu je podobná regulácii rýchlosti v otvorenom okruhu, kde sa napätie nastavuje na základe vopred určenej referenčnej hodnoty. V tejto stratégii riadenia neexistuje žiadny mechanizmus spätnej väzby na nastavenie napätia na základe skutočného napätia. Riadenie napätia s otvorenou slučkou je vhodné pre aplikácie, kde je zaťaženie relatívne konštantné a požadovaná presnosť napätia nie je príliš vysoká.
Regulácia napätia v uzavretej slučke
Riadenie napätia v uzavretej slučke využíva mechanizmus spätnej väzby na nepretržité monitorovanie skutočného napätia v papierovom páse a nastavenie riadiaceho signálu na udržanie požadovaného napätia. Táto stratégia riadenia poskytuje vyššiu presnosť napnutia a lepší dynamický výkon v porovnaní s riadením ťahu s otvorenou slučkou. Existuje niekoľko typov riadenia napätia v uzavretej slučke, vrátane priameho riadenia napätia, nepriameho riadenia napätia a kaskádového riadenia napätia.
- Priame ovládanie napätia: Priame riadenie napätia meria skutočné napätie v papierovom páse pomocou snímača napätia a upravuje rýchlosť motora alebo krútiaci moment tak, aby sa udržalo požadované napätie. Táto stratégia riadenia poskytuje najvyššiu presnosť napätia, ale vyžaduje inštaláciu snímača napätia, čo môže zvýšiť náklady na systém.
- Nepriame riadenie napätia: Nepriame riadenie napätia odhaduje napätie v papierovom páse na základe rýchlosti a krútiaceho momentu motora a upravuje rýchlosť alebo krútiaci moment motora na udržanie požadovaného napätia. Táto stratégia riadenia nevyžaduje inštaláciu snímača napätia, ale poskytuje nižšiu presnosť napätia v porovnaní s priamym riadením napätia.
- Kaskádové riadenie napätia: Kaskádové riadenie napätia využíva kombináciu priameho a nepriameho riadenia napätia na dosiahnutie vyššej presnosti napnutia a lepšieho dynamického výkonu. V tejto stratégii riadenia sa priama regulačná slučka napätia používa na udržanie napätia v papierovom páse, zatiaľ čo slučka regulácie nepriameho napätia sa používa na nastavenie rýchlosti motora alebo krútiaceho momentu na základe odhadovaného napätia.
Stratégie riadenia krútiaceho momentu
Riadenie krútiaceho momentu je tiež dôležitým aspektom riadenia pohonu papierenského stroja, najmä v aplikáciách, kde sa záťažový moment výrazne mení. Riadenie krútiaceho momentu sa zvyčajne dosahuje nastavením prúdu alebo napätia motora na udržanie požadovaného krútiaceho momentu.
Ovládanie krútiaceho momentu s otvorenou slučkou
Riadenie krútiaceho momentu s otvorenou slučkou je najjednoduchšia forma riadenia krútiaceho momentu, kde sa krútiaci moment motora nastavuje na základe vopred určenej referenčnej hodnoty. V tejto stratégii riadenia neexistuje žiadny mechanizmus spätnej väzby na úpravu krútiaceho momentu motora na základe skutočného krútiaceho momentu. Riadenie momentu s otvorenou slučkou je vhodné pre aplikácie, kde je záťažový moment relatívne konštantný a požadovaná presnosť momentu nie je príliš vysoká.
Uzavretá regulácia krútiaceho momentu
Riadenie krútiaceho momentu v uzavretej slučke využíva mechanizmus spätnej väzby na nepretržité monitorovanie skutočného krútiaceho momentu motora a nastavenie riadiaceho signálu na udržanie požadovaného krútiaceho momentu. Táto stratégia riadenia poskytuje vyššiu presnosť krútiaceho momentu a lepší dynamický výkon v porovnaní s riadením krútiaceho momentu s otvorenou slučkou. Existuje niekoľko typov riadenia krútiaceho momentu v uzavretej slučke vrátane priameho riadenia krútiaceho momentu (DTC), riadenia orientovaného na pole (FOC) a riadenia krútiaceho momentu bez snímača.
- Priame riadenie krútiaceho momentu (DTC): DTC je populárna metóda riadenia krútiaceho momentu v uzavretej slučke, ktorá priamo riadi krútiaci moment a tok motora bez potreby zložitej transformácie súradníc. DTC poskytuje rýchlu odozvu krútiaceho momentu a vysokú presnosť krútiaceho momentu, vďaka čomu je vhodný pre aplikácie, kde sa očakávajú rýchle zmeny záťažového krútiaceho momentu.
- Ovládanie orientované na pole (FOC): FOC je ďalšia metóda riadenia krútiaceho momentu v uzavretej slučke, ktorá využíva transformáciu súradníc na oddelenie komponentov krútiaceho momentu motora a toku. FOC poskytuje dobrý výkon riadenia krútiaceho momentu a je široko používaný v priemyselných aplikáciách.
- Bezsenzorová kontrola krútiaceho momentu: Bezsenzorové riadenie krútiaceho momentu je relatívne nová metóda riadenia krútiaceho momentu v uzavretej slučke, ktorá odhaduje krútiaci moment a tok motora bez potreby snímača krútiaceho momentu alebo toku. Bezsenzorové riadenie krútiaceho momentu poskytuje úsporu nákladov a zjednodušuje návrh systému, ale môže mať nižšiu presnosť krútiaceho momentu v porovnaní s metódami riadenia krútiaceho momentu založenými na snímači.
Stratégie riadenia synchronizácie
Riadenie synchronizácie je nevyhnutné v pohonoch papierenského stroja, aby sa zabezpečilo, že motory v rôznych častiach papierenského stroja budú pracovať synchronizovane. Riadenie synchronizácie sa zvyčajne dosahuje nastavením rýchlosti alebo krútiaceho momentu motora, aby sa medzi motormi udržal konštantný pomer otáčok.
Synchronizácia Master-Slave
Synchronizácia master-slave je najjednoduchšia forma riadenia synchronizácie, kde jeden motor je označený ako hlavný motor a ostatné motory sú označené ako motory slave. Podriadené motory sú riadené tak, aby sledovali rýchlosť alebo krútiaci moment hlavného motora. Synchronizácia master-slave je vhodná pre aplikácie, kde sú záťažové charakteristiky motorov podobné a požadovaná presnosť synchronizácie nie je príliš vysoká.
Elektronická synchronizácia hriadeľa vedenia
Elektronická synchronizácia hriadeľa linky je pokročilejšia metóda riadenia synchronizácie, ktorá využíva spoločný referenčný signál na riadenie rýchlosti alebo krútiaceho momentu všetkých motorov v papierenskom stroji. Táto stratégia riadenia poskytuje vyššiu presnosť synchronizácie a lepší dynamický výkon v porovnaní so synchronizáciou master-slave. Elektronická synchronizácia hriadeľa linky sa bežne používa vo vysokovýkonných pohonoch papierenských strojov, kde sa vyžaduje presná synchronizácia.
Záver
Záverom možno povedať, že efektívne stratégie riadenia sú nevyhnutné pre výkon a efektivitu pohonov papierenských strojov. Riadenie rýchlosti, riadenie napätia, riadenie krútiaceho momentu a riadenie synchronizácie sú kľúčové riadiace stratégie, ktoré je potrebné implementovať do systému pohonu papierenského stroja. Výberom vhodných stratégií riadenia a ich správnou implementáciou môžu operátori papierenských strojov zlepšiť kvalitu papiera, zvýšiť rýchlosť výroby a znížiť spotrebu energie.
Ak máte záujem dozvedieť sa viac o našich riešeniach pohonu papierenského stroja alebo máte akékoľvek otázky týkajúce sa stratégií ovládania diskutovaných v tomto blogu, neváhajtezačať rozhovor s naším tímom. Vždy sme tu, aby sme vám pomohli nájsť najlepšie riešenia pre vaše potreby výroby papiera.
Referencie
- Boldea, I. a Nasar, SA (1999). Elektrické pohony: Úvod. CRC Press.
- Krause, PC, Wasynczuk, O., & Sudhoff, SD (2002). Analýza elektrických strojov a pohonných systémov. Wiley-IEEE Press.
- Novotný, DW, & Lipo, TA (1996). Vektorové riadenie a dynamika striedavých pohonov. Oxford University Press.