目前在造纸行业中,国内外大小造纸生产厂家广泛采用的仍然是传统的油加热和蒸汽加热造纸烘缸。在多年的生产过程中,传统造纸烘缸设备暴露出诸多的不足,能源利用率低、设备投资大、污染环境、生产事故频发等。随着近些年国际上能源紧缺现象的加剧以及人们环保意识的增强,各个工业部门都在不断改造老旧的设备,开发节能高效的新型设备。作为造纸生产线中的耗能大户,造纸加热烘缸的改造,需要从根本上改变由热油和过热蒸汽作为加热介质的加热方式,寻找一种简单方便又无污染的代替方案。 “感应加热”方案是一种合适的加热方式,具有热效率高、加热均匀、安全等特点,在钢铁冶炼、汽车制造等行业已有成功应用。本文的创新点主要是将“感应加热”应用到造纸烘缸设备的开发中。基于此方案,设计和实现了一个直径φ1200mm、宽400mm的小型试验纸机中频感应烘缸,并利用SIEMENS S7-200系列PLC产品,开发了一套成本低、控制精确、操作方便的控制系统。经过试运行,电磁感应烘缸完全可以满足原有生产工艺的要求,运行稳定,节能效果明显。可以作为传统烘缸的替代产品,有广阔的市场前景。 本文从感应加热电源的原理、烘缸的设计及造纸工艺、PLC控制系统的选型及控制算法等几个方面来对整个系统进行阐述,其内容主要包括以下几个方面: (1) 对传统烘缸的优缺点进行了分析,介绍了感应加热的理论基础及感应电源的发展状况、应用成果。 (2) 分析和比较了常用的并联型和串联型感应电源及特点,介绍了常用的几种调功方式原理,选择了串联型PWM&PFM方式应用于烘缸,找出了功率与相位角ψ及角频率ω之间的关系;简要说明了所采用的控制电路。 (3) 比较了感应线圈与烘缸体的两种组合方式,介绍了由烘箱烘缸组成的造纸干燥流程、潮湿空气的排气循环系统等;并结合实际,选择了各个关键变量的检测方法及仪表,对PLC系统模块做了选型。 (4) 采用PID算法编制了PLC控制系统程序。介绍了滤波算法、数字PID算法原理及各种改进算法,并将“带死区的滑动均值滤波算法”、“微分先行PID算法”、“带死区的PID算法”、“不完全微分的PID算法”等应用到程序实现中,提高了控制效果。