變頻器在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

1、變頻器在紡織工業(yè)中的應(yīng)用前言我國是一個紡織大國，也是一個紡機(jī)生產(chǎn)大國，每年生產(chǎn)的紡機(jī)品種數(shù)百種，生產(chǎn)的紡機(jī)產(chǎn)品數(shù)十萬臺。紡機(jī)自動化水平逐年提高，從五十年代的直流發(fā)電機(jī)電動機(jī)組的直流調(diào)速，經(jīng)歷五十年的發(fā)展，如今，變頻器等電力電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及現(xiàn)代控制理論應(yīng)用技術(shù)，已在紡織工業(yè)的推廣普及，大大提升了我國紡機(jī)自動化水平和整個紡機(jī)的檔次，增強(qiáng)了我國紡機(jī)和紡織品在世界上的競爭力。變頻器在紡織工業(yè)中的應(yīng)用數(shù)量最大，應(yīng)用的方式隨生產(chǎn)工藝要求的不同而不同，最簡單的是單機(jī)臺簡單變頻調(diào)速，如風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速，此種應(yīng)用例本文僅略舉一、二。變頻器更多的應(yīng)用是與PLC可編程控制器，TP觸摸屏等人機(jī)界面

2、和現(xiàn)場總線結(jié)合，組成各種速度控制系統(tǒng)，變頻器的功能也就得到充分發(fā)揮，因此變頻器的應(yīng)用離不開電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)。本文中所介紹的各種紡織機(jī)械的技術(shù)特征，傳動與控制代表了我國紡機(jī)的最新最高水平，但由于技術(shù)發(fā)展快，信息掌握不夠及時，也可能還有最新最高水平的技術(shù)未列入本文，請諒解。本文重點(diǎn)介紹我國八大類近百種紡織機(jī)械技術(shù)特征，變頻調(diào)速和控制系統(tǒng)，可供從事電力電子技術(shù)，紡織機(jī)械自動化的工程技術(shù)人員，有關(guān)大專院校師生，和有關(guān)營銷人員，維護(hù)人員參考。變頻器在紡織機(jī)械中的應(yīng)用目 錄第1章 綜述1變頻器調(diào)速技術(shù)2運(yùn)動控制3可編程控制器4網(wǎng)絡(luò)技術(shù)5人機(jī)界面6紡機(jī)傳動電動機(jī)第2章 變頻器在化纖機(jī)械中的應(yīng)用

3、1滌綸短絲切片紡紡絲機(jī)2滌綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)3大型滌綸短纖維紡絲聯(lián)合機(jī)4大型滌綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)5粘膠短纖維紡絲精練聯(lián)合機(jī)6綿綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)7長絲紡絲設(shè)備中的卷繞頭8高速彈力絲機(jī)9彈力絲機(jī)10簾子線直捻機(jī)第3章 變頻器在棉紡機(jī)械中的應(yīng)用1開清棉和開清梳棉聯(lián)合機(jī)2并條機(jī)3懸錠粗紗機(jī)4環(huán)錠細(xì)紗機(jī)5轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)第4章 變頻器在織造機(jī)械中的應(yīng)用1槽筒式絡(luò)筒機(jī)2并紗機(jī)3短纖維倍捻機(jī)4花色紗線紡捻機(jī)5分條整經(jīng)機(jī)6分紗整經(jīng)機(jī)7分段整經(jīng)機(jī)8短纖維漿紗機(jī)9漿染聯(lián)合機(jī)10織機(jī)第5章 變頻器在毛紡機(jī)械中的應(yīng)用1羊絨針梳機(jī)2毛紡粗紗機(jī)3立錠粗紡細(xì)紗機(jī)4剪毛機(jī)第6章1單、雙面針織園緯機(jī)2電腦橫機(jī)3電腦手套編織機(jī)

4、第7章1非織造布梳理機(jī)2高速鋪網(wǎng)機(jī)3預(yù)針刺機(jī)4無紡噴膠棉生產(chǎn)線第8章1卷軋染機(jī)2平網(wǎng)印花機(jī)3園網(wǎng)印花機(jī)4長環(huán)蒸化機(jī)5拉幅定型機(jī)6預(yù)縮整理聯(lián)合機(jī)7磨毛機(jī)第9章1自動剪線平縫機(jī)2電腦刺繡機(jī)3電腦金片刺繡機(jī)4數(shù)控多針絎縫機(jī)5驗(yàn)布機(jī)變頻器在針織機(jī)械中的應(yīng)用 變頻器在非織造布機(jī)械中的應(yīng)用 變頻器在染整機(jī)械中的應(yīng)用 變頻器在服裝機(jī)械中的應(yīng)用 3關(guān) 鍵 詞交頻調(diào)速 運(yùn)動控制 觸摸屏 牽伸比 纖維多段速度 閉環(huán)控制 控制系統(tǒng) 往復(fù)運(yùn)動 程序控制三角波調(diào)速 恒張力線速卷繞 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 單片微機(jī) 自動換筒 調(diào)速范圍張力控制 逆變器共直流母線 同步速度 工藝參數(shù) 捻度 紡紗現(xiàn)場總線 調(diào)速精度 自調(diào)勻整 牽伸倍數(shù) 投緯

5、工藝流程 監(jiān)控第1章 綜述中國紡織機(jī)械工業(yè)經(jīng)過上世紀(jì)末深化改革，結(jié)構(gòu)調(diào)整、促進(jìn)了紡機(jī)生產(chǎn)的發(fā)展。近年來，每年新增近1000萬錠紡紗生產(chǎn)能力，現(xiàn)已具備6000多萬錠短纖維紡紗能力和400多萬錠長纖紡紗能力、擁有10多萬家紡織服裝生產(chǎn)企業(yè)，是世界最大的紡織大國?，F(xiàn)每年生產(chǎn)約2萬臺細(xì)紗機(jī)，5000臺粗紗機(jī)，10萬臺織布機(jī)以及與之相應(yīng)的各種配套設(shè)備。此外，還有各種針織設(shè)備、化纖設(shè)備、毛紡設(shè)備、非織造布設(shè)備、服裝設(shè)備和染整設(shè)備等數(shù)百種，年產(chǎn)幾十萬臺紡機(jī)產(chǎn)品，可見，中國也是一個紡織機(jī)械生產(chǎn)大國。在新世紀(jì)中，中國將要從紡織大國發(fā)展為紡織強(qiáng)國。作為紡織工業(yè)技術(shù)裝備基礎(chǔ)的紡織機(jī)械將呈現(xiàn)質(zhì)的變化，必將從紡機(jī)大國發(fā)

6、展為紡機(jī)強(qiáng)國、大力開發(fā)高效、節(jié)能、環(huán)保的、自動化技術(shù)水平高的紡織機(jī)械產(chǎn)品、這是一項(xiàng)較長期而艱巨的任務(wù)、為實(shí)現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)、提升紡織機(jī)械自動化技術(shù)水平是最主要的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著中國加入WTO、其經(jīng)濟(jì)更加融入國際經(jīng)濟(jì)的大環(huán)境中、歐洲紡織機(jī)械廠商已經(jīng)在全力打入亞洲市場包括中國市場。中國紡機(jī)生產(chǎn)面臨著更加激烈的競爭，促使紡機(jī)和紡機(jī)自動化技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)新的特點(diǎn)，例如變頻調(diào)速技術(shù)、運(yùn)動控制技術(shù)、可編程控制器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，已在紡機(jī)中推廣應(yīng)用、并取得較好效果。變頻調(diào)速技術(shù)隨著電力電子技術(shù)、變流技術(shù)、現(xiàn)代控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而得到快速發(fā)展。高檔變頻器均采用矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制，參數(shù)自調(diào)試，自識別和智

7、能化控制，國產(chǎn)變頻器多數(shù)尚屬一般V/F開環(huán)控制，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、可靠性和變頻器整體技術(shù)水平還不理想，因此高檔紡織機(jī)械大多采用歐洲、日本等進(jìn)口變頻器、中國紡織工業(yè)每年需用拾余萬臺變頻器，容量從0.1kW以下至315kW以上，其中1.5kW至30kW應(yīng)用最為普遍。1.1對變頻器的特殊要求紡織機(jī)械變頻調(diào)速大多為一般交流異步電機(jī)變頻調(diào)速，開環(huán)控制，調(diào)速范圍10:1以內(nèi)，但也有不少紡織機(jī)械對變頻器調(diào)速有較高的特殊要求：（1）多段速度調(diào)速例如：細(xì)紗機(jī)錠子速度分段變速，一落紗從起動分段升速穩(wěn)定運(yùn)行分段降速停止。一般分為810段速度運(yùn)行、升速為46段、降速為35段，這樣有利于提高紡紗速度，減少斷（紗）頭率，提高紡

8、紗質(zhì)量，詳見圖3-4。（2）三角波調(diào)速為了滿足紗線卷繞成型好、無疊線和塌邊等的要求，紡絲卷繞頭由摩擦輥、槽筒橫動裝置和筒管夾頭等組成、而槽筒橫動裝置電機(jī)調(diào)速必須按三角波規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)，此種調(diào)速規(guī)律通常是由擺頻發(fā)生器控制變頻器輸出頻率來實(shí)現(xiàn)的，即在基頻的基礎(chǔ)上疊加一個三角波如圖2-14。（3）恒張力恒線速卷繞調(diào)速例如：漿紗機(jī)織軸卷繞、卷染或卷軋染機(jī)卷布輥等均要求隨著紗線或布在軸上卷繞的直徑逐步增大，（即卷徑增大）軸的轉(zhuǎn)速相應(yīng)的逐步降低，以保證紗線或布張力的穩(wěn)定。即要求變頻器內(nèi)置卷徑計(jì)算功能。（4）高精度同步調(diào)速和共直流母線調(diào)速。例如：平網(wǎng)印花機(jī)各印花單元同步調(diào)速，園網(wǎng)印花機(jī)導(dǎo)帶和烘燥等同步調(diào)速，粘

9、膠短纖維設(shè)備中的大網(wǎng)輥和托壓輥，高壓軋車上、下輥的同步調(diào)速、采用高速光電編碼器檢測速度，輸出的脈沖數(shù)與給定速度比較的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)高精度同步調(diào)速。多電機(jī)同步協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)在紡機(jī)中應(yīng)用較多，特別是染整聯(lián)合機(jī)，目前均為1臺電機(jī)用1臺變頻器單獨(dú)供電，這樣不經(jīng)濟(jì)，采用共直流母線分組供電更合理，例如一組可供35臺逆變器，并制成一個整體，分別供35臺電機(jī)調(diào)速，既可縮小體積，又可節(jié)省成本，染整聯(lián)合機(jī)中電機(jī)容量大多為1.5kW2.2kW.（5）通訊功能變頻器與開放式總線相連，設(shè)有RS485通訊口。當(dāng)現(xiàn)場使用變頻器臺數(shù)多（例如10臺以上）、距離遠(yuǎn)、變頻器與PLC的I/O接口多、配線數(shù)量大，安裝維護(hù)工作量大，費(fèi)用高，采

10、用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)是合理的，例如大型滌綸紡絲及后處理聯(lián)合機(jī)等均采用此方案，為此，變頻器必須掛接在開放式的現(xiàn)場總線上運(yùn)行，變頻器作為總線的從站、借助于總線可實(shí)現(xiàn)變頻器的運(yùn)行、停止、調(diào)頻和修改參數(shù)等功能。變頻器的頻率、電流、電壓等狀態(tài)信號和過流、超頻、欠壓等故障信號均能實(shí)現(xiàn)中央監(jiān)控。變頻器的網(wǎng)絡(luò)控制主要是將多臺變頻器通過串行口與上位機(jī)相連，采用人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)對變頻器的操作，運(yùn)行狀況監(jiān)視以及故障報警，這是技術(shù)發(fā)展趨勢。（6）計(jì)長、定長功能并條機(jī)，短纖盛絲捅裝置，整經(jīng)機(jī)等均要求棉條、絲、紗線應(yīng)有計(jì)長、定長控制，即運(yùn)行到設(shè)定長度時，自動報警，停車。（7）電機(jī)零速伺服控制功能例如：滌線、錦綸、粘膠等短纖維后

11、處理聯(lián)合機(jī)中各牽伸機(jī)分單元傳動時，為保證在起動、升速，運(yùn)轉(zhuǎn)和降速時，絲束牽伸倍數(shù)恒定，當(dāng)停車過程速度降至零速以下時，變頻器應(yīng)自動由速度控制模式切換到位置控制模式，即要求在零速時保持轉(zhuǎn)矩輸出，否則絲束將回縮、牽伸比隨之變化。（8）防塵、防潮紡織廠特別是清鋼聯(lián)，梳棉、并條、粗紗，細(xì)紗等機(jī)械設(shè)備使用環(huán)境中有較多的飛花（棉超短纖維），如飛花凝聚在變頻器散熱片上，將影響變頻器的散熱，可能使變頻器出現(xiàn)不應(yīng)有的熱跳脫，甚至損壞變頻器。而染整機(jī)械特別是前處理設(shè)備和部分染色機(jī)械的使用環(huán)境中有可能蒸汽較多，甚至凝聚成水滴，將影響變頻器的絕緣，甚至損壞變頻器。因此，用于該場合的變頻器應(yīng)有一定的防護(hù)措施，如提高變頻器

12、的防護(hù)等級，或變頻器的散熱片可安裝在拒外通風(fēng)道或者變頻器控制拒采取必要的密封等措施。此外，還有定位功能，簡單PLC功能等要求，本文不評述。1.2 運(yùn)動控制傳統(tǒng)的紡織機(jī)械電氣傳動電動機(jī)基本上是三大類，一是直流電動機(jī)（含并激，他激和串激直流電動機(jī)）二是交流異步電動機(jī)（含籠式和繞線式異步電動機(jī)以及電磁調(diào)速異步電機(jī)），三是同步電動機(jī)（含永磁和激磁式同步電動機(jī)）采用各種控制方案對電動機(jī)速度按各種規(guī)律進(jìn)行控制或恒速運(yùn)轉(zhuǎn)，以滿足各種紡織機(jī)械對運(yùn)轉(zhuǎn)速度的不同要求。隨著紡織機(jī)械技術(shù)水平的發(fā)展和生產(chǎn)工藝對紡機(jī)設(shè)備的要求的不斷提高，對紡機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的要求越來越高，越來越多樣化，傳統(tǒng)的電氣傳動已不能滿足當(dāng)今紡織機(jī)械的需

13、要，例如：（1）伺服電機(jī)的應(yīng)用自動絡(luò)筒機(jī)打結(jié)循環(huán)要求準(zhǔn)確定位；精密絡(luò)筒機(jī)導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)要求快速往復(fù)運(yùn)動；噴氣和劍桿等無梭織機(jī)的電子送經(jīng)，電子卷取等需準(zhǔn)確控制經(jīng)紗的送出量，卷取量；平網(wǎng)印花機(jī)導(dǎo)帶前后傳動輥要求保持嚴(yán)格同步運(yùn)轉(zhuǎn)；園網(wǎng)印花機(jī)的園網(wǎng)為保證園網(wǎng)與導(dǎo)帶以及網(wǎng)與網(wǎng)之間嚴(yán)格同步運(yùn)轉(zhuǎn)，近年都采用了伺服電機(jī)驅(qū)動此外，電腦橫編織機(jī)機(jī)頭往復(fù)橫移運(yùn)動，長環(huán)蒸化機(jī)，電腦刺繡機(jī)立車，衍縫機(jī)鞍架和羅拉以及短纖紡絲機(jī)絲捅往復(fù)裝置的縱向，橫向運(yùn)動也采用了伺服電機(jī)驅(qū)動。近期新推出的細(xì)紗機(jī)采用多臺伺服電機(jī)分別驅(qū)動前、中、后羅拉，鋼領(lǐng)板升降以及集體落紗，取代了傳統(tǒng)的齒輪傳動，降低了噪聲，有利于提高成紗質(zhì)量和紡紗工藝參數(shù)的改變

14、。（2）步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用電腦刺繡機(jī)繡框X、Y方向的移動采用2臺步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動以保證刺繡圖案的精細(xì)；單軸流開棉機(jī)塵捧采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，有利于塵棒位置或塵格角度的調(diào)節(jié)，此外簾子線直捻機(jī)橫動導(dǎo) 6絲機(jī)構(gòu)；分批整經(jīng)機(jī)壓輥加壓；分條整經(jīng)機(jī)的織軸，整經(jīng)臺的橫移，前后移等均采用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。有些設(shè)備為達(dá)到精確控制位移量或定位等既可采用伺服電機(jī)驅(qū)動也可采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，例如整徑機(jī)的織軸，整徑臺的橫移和前后移，有的廠家選用伺服電機(jī)驅(qū)動，有的廠家則選用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，同樣滿足了工藝要求，一般地說，如步進(jìn)電機(jī)能滿足技術(shù)要求的，理應(yīng)選用步進(jìn)電機(jī)而不宜采用伺服電機(jī)，因后者價高。（3）開關(guān)磁阻電機(jī)的應(yīng)用采用開關(guān)磁阻電機(jī)

15、驅(qū)動劍桿織機(jī)主軸的樣機(jī)已推出，經(jīng)試用效果良好。由上可看出，伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)，開關(guān)磁阻電機(jī)等已廣泛用于紡織機(jī)械，當(dāng)今中國的紡織機(jī)械電氣傳動正在向運(yùn)動控制發(fā)展，運(yùn)動控制應(yīng)將電網(wǎng)，整流器、逆變器、電動機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械和控制系統(tǒng)作為一個整體來考慮，使控制更加優(yōu)化。1.3可編程控制器1.3.1 PLC可編程控制器PLC是一種數(shù)字控制專用電子計(jì)算機(jī)，它使用了可編程序存儲器儲存指令，執(zhí)行諸如邏輯，順序、計(jì)時、計(jì)數(shù)與運(yùn)算等功能，并通過模擬和數(shù)字輸入、輸出等組件控制各種機(jī)械的運(yùn)動或工作順序，又開發(fā)了模擬量閉環(huán)控制功能和通訊功能，PLC具有可靠性高，適應(yīng)性強(qiáng)，編程方便，結(jié)構(gòu)模塊化等特點(diǎn)，是一種專門用于各行業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)

16、場設(shè)備，也廣泛用于各種紡織機(jī)械。一般的PLC均具有多種功能模塊能適合各種技術(shù)要求的產(chǎn)品的需要，例如供計(jì)數(shù)、測量、各種定位控制，凸輪控制和閉環(huán)控制功能模塊，數(shù)字量和模擬量I/O模塊和多種通訊模塊。PLC的通訊方式可有三種，一是點(diǎn)對點(diǎn)（PP1）方式，用于與本公司的PLC編程器或其它產(chǎn)品通訊，二是DP方式，即通過Profibus的DP通訊接口接入現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，三是自由口(Free,Port)通訊方式，由用戶定義通訊協(xié)議，實(shí)現(xiàn)PLC與外設(shè)的通訊，此方式無需增加投資，靈活性較好，適于小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)，例如大多數(shù)紡機(jī)控制系統(tǒng)，它要求雙方都使用RS485接口，通過標(biāo)準(zhǔn)的RS485串行通訊網(wǎng)絡(luò)通訊，接入現(xiàn)場總線

17、網(wǎng)絡(luò)時，PLC可以作總線的從站，也可作總線的主站，例如大型滌綸紡絲聯(lián)合機(jī)用1臺PC機(jī)為主站，3臺PLC為從站，又如，分條整徑機(jī)用1臺PLC（S7-300型）作總線的主站，用2臺PLC（S7-200型）作總線的從站，構(gòu)成PLC網(wǎng)絡(luò)。PLC的性能倚賴于專用的硬件，應(yīng)用程序的執(zhí)行依靠專用硬件芯片來實(shí)現(xiàn)，如需增加運(yùn)動控制功能，通訊功能等，一般均需增加相應(yīng)的功能模塊，近年推出的PAC即可編程自動化控制器，它的軟件和硬件采用標(biāo)準(zhǔn)的、通用的部件，PAC的性能是基于它的輕便控制引擎和標(biāo)準(zhǔn)的、通用的，開放的實(shí)時操作系統(tǒng)，嵌入式硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和背板總線（通常采用標(biāo)準(zhǔn)的，開放的背板總線）等，這些特征越來越顯得重要，因

18、而PAC系統(tǒng)在不久的將來有可能部分取代PLC系統(tǒng)。1.3.2 PCC可編程計(jì)算機(jī)控制器PCC集成了可編程邏輯控制器（PLC）的標(biāo)準(zhǔn)控制功能和工業(yè)計(jì)算機(jī)（IPC）的分時多任務(wù)操作系統(tǒng)功能，即綜合了PLC和IPC的功能，因此能方便地處理開關(guān)量、模擬量，進(jìn)行回路調(diào)節(jié)，并能用高級語言編程，同時也具備大型機(jī)的分析運(yùn)算能力。主要特點(diǎn)：并行處理系統(tǒng)；符合IEC61131-3國際標(biāo)準(zhǔn)的編程語言；支持多任務(wù)，分時操作系統(tǒng)；集成CNC功能，運(yùn)動組件提供對定位，凸輪和仿形應(yīng)用的開發(fā)，配置和診斷，以及優(yōu)化等的解決方案，最多可管理255個軸。使用Automative NetTM作為和上位機(jī)通訊的統(tǒng)一通信平臺，網(wǎng)絡(luò)上每個

19、通信節(jié)點(diǎn)都獨(dú)立于目標(biāo)系統(tǒng)，物理介質(zhì)和協(xié)議以及多種操作平臺。開放的現(xiàn)場總線已集成到系統(tǒng)中，因此可連接CAN、CANopen Device Net、 Profibus-DP、Ethernet等，現(xiàn)已用于噴氣織機(jī)，劍桿織機(jī)、懸定粗紗機(jī)和化纖后處理設(shè)備等。1.4 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，由全數(shù)字現(xiàn)場控制系統(tǒng)代替數(shù)字與模擬分散型控制系統(tǒng)已成為工業(yè)自動化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展的必然趨勢，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS （Fieldbus Control system）適應(yīng)了工業(yè)控制系統(tǒng)向分散化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的需要，是八十年代國際自動化控制領(lǐng)域出現(xiàn)的一項(xiàng)革命性技術(shù)，是集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，

20、智能現(xiàn)場儀表，控制裝置等多種科技成果而成。現(xiàn)場總線（Fieldbus）是連接智能現(xiàn)場設(shè)備和自動化系統(tǒng)的開放式、全數(shù)字化，雙向傳輸，多分支結(jié)構(gòu)的通訊網(wǎng)絡(luò)。是現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的核心，因此現(xiàn)場總線不僅僅是一種通信技術(shù)和用數(shù)字儀表代替模擬儀表，而是用FCS代替?zhèn)鹘y(tǒng)的DCS實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場總線通訊網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成?，F(xiàn)場總線技術(shù)發(fā)展迅速，到二十世紀(jì)末國際上有40多種現(xiàn)場總線，但應(yīng)用于我國紡織工業(yè)的主要有Profibus、Device Net CAN-Bus、Modbus 等，其中以Profibus應(yīng)用最廣泛、最普及。1.4.1 Profibus現(xiàn)場總線Profibus是國際現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)IEC61158的組成部

21、分，2001年12月批準(zhǔn)為中國的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正式出版，并得到普遍認(rèn)可，在全球市場占有率最高。Profibus通訊速度最快，通訊速率（波特率）最高達(dá)到12Mbps（通訊距離為100m時），其開放性好，不僅技術(shù)公開，而且應(yīng)用廣泛，通訊功能強(qiáng)大，通常采用主一從式通訊，一個系統(tǒng)最多可有126個節(jié)點(diǎn)，采用線形、星形、環(huán)形等多種拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)。1.4.2 Device Net現(xiàn)場總線Device Net是一種低價位的開放式現(xiàn)場總線，基于CAN芯片，通訊功能強(qiáng)大，支持除主一從方式以外的多種通訊方式。具有強(qiáng)大的抗電磁干擾能力、網(wǎng)絡(luò)最多可有64個節(jié)點(diǎn)，采用線性拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)，但其通訊速率較低，最快為500kbps（通訊距離為1

22、00m時）不適于高速數(shù)據(jù)傳輸， 8Dvice Net現(xiàn)場總線2002年10月被批準(zhǔn)為中國國家標(biāo)準(zhǔn)。1.4.3 現(xiàn)場總線與傳統(tǒng)控制方法的比較現(xiàn)場總線技術(shù)就是設(shè)備層的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也就是連接現(xiàn)場智能設(shè)備（例如變頻器，PLC等）和車間的通訊網(wǎng)絡(luò)，更適合于中等量數(shù)據(jù)（100500）的傳輸。它與傳統(tǒng)的控制方法（如DCS系統(tǒng)）相比，具有以下主要特點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)傳輸更可靠，數(shù)據(jù)響應(yīng)更快，抗電磁干擾能力更強(qiáng)；（2）現(xiàn)場連接導(dǎo)線和連接按附件可大量減少，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)工作量和現(xiàn)場安裝費(fèi)用大幅度減少；（3）主控器可獲得更多的現(xiàn)場設(shè)備信息；（4）可方便地實(shí)現(xiàn)自動診斷，并顯示故障位置等。近年來，現(xiàn)場總線

23、技術(shù)在我國紡機(jī)設(shè)備中得到推廣應(yīng)用，尤其是在大型化纖設(shè)備上使用，更顯其優(yōu)越性?，F(xiàn)場總線雖具有許多優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)價格還較昂貴，另外，現(xiàn)場中很多設(shè)備還不是智能儀表，不能直接與現(xiàn)場總線聯(lián)網(wǎng)。因而，如現(xiàn)場控制設(shè)備多，且分散，設(shè)備對控制要求高，或用于有腐蝕性氣體等使用環(huán)境惡劣，且整臺設(shè)備造價較高的紡織機(jī)械比較適宜推廣應(yīng)用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。如大型化纖設(shè)備等。近年來，工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)展迅速，通訊速率100M的工業(yè)以太網(wǎng)已應(yīng)用到了工業(yè)現(xiàn)場。工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在不久的將來可能替代現(xiàn)場總線技術(shù)。而將設(shè)備層，車間層和信息管理層融為一體。1.5 人機(jī)界面紡織機(jī)械使用的人機(jī)界面，可分為較低檔的和較高檔的兩類，各有不同的

24、應(yīng)用對象。較低檔的人機(jī)界面，如文本操作面板等，屏幕尺寸較小，一般不大于11586mm，顯示效果一般，從黑折到64色，主要是以字符顯示，采用復(fù)膜鍵盤操作，但也具有觸摸屏的基本功能，內(nèi)存一般在256K以下，價格較低，適用于大多數(shù)棉紡、毛紡、針織、服裝、非織造布機(jī)械和部分印染機(jī)械。較高檔的人機(jī)界面，如圖形和觸摸屏操作面板，屏幕尺寸較大，一般大于11586mm，顯示屏為256色65000色的高分辨率、高亮度的屏幕，除具有較大的數(shù)據(jù)儲存和數(shù)據(jù)處理能力等基本功能外，還具有軟件仿真功能，多種通訊連接方式等，采用復(fù)膜鍵盤操作或觸摸屏操作，內(nèi)存為12MB，適用于化纖機(jī)械、織造機(jī)械和印染機(jī)械等。觸摸屏作為人機(jī)界面

25、用于紡織機(jī)械，主要用于：（1）可方便靈活地實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝參數(shù)的輸入和修改，如各種速度、紗支、捻度、牽伸倍數(shù)、張力、溫度、壓力、長度、卷經(jīng)等等。（2）對各種控制參數(shù)的監(jiān)控，并實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時顯示各生產(chǎn)工藝參數(shù)和變頻器的啟停狀態(tài)，運(yùn)行頻率、電流、電壓、報警信號等。在實(shí)際使用中，觸摸屏通常與PLC組成如MP1網(wǎng)，方便地實(shí)現(xiàn)各種工藝參數(shù)的設(shè)定，修改，實(shí)時監(jiān)控，歷史曲線，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和報表打印等功能。1.6 紡機(jī)傳動電動機(jī)紡織機(jī)械所用電動機(jī)種類較多，主要有交流異步電動機(jī)（含變頻專用電機(jī)、力矩電機(jī)）、同步電動機(jī)（主要是永磁式轉(zhuǎn)子同步電機(jī)）、伺服電機(jī)（主要是交流伺服電機(jī)）、步進(jìn)電機(jī)（含直線電機(jī)）、開關(guān)磁

26、阻電機(jī)、直流電動機(jī)、電磁調(diào)速異步電機(jī)和縫紉機(jī)專用電機(jī)等。1.6.1同步電機(jī)同步電機(jī)轉(zhuǎn)子有永久磁極的轉(zhuǎn)子和帶勵磁繞阻的轉(zhuǎn)子，紡織機(jī)械基本上只用永磁轉(zhuǎn)子的同步電機(jī)。同步轉(zhuǎn)速No=60f/p式中f電源頻率，p電機(jī)極對數(shù)。同步電機(jī)機(jī)械特性平直其轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載變化，但同步電機(jī)也存在“失步”的危險，一旦功率角 6090時。即負(fù)載瞬時過大時，同步電機(jī)會失步而停轉(zhuǎn)。因此，通常同步電機(jī)容量選擇時，留有適當(dāng)裕量（例如放大一檔）永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)更簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)更可靠，因而，廣泛用于化纖機(jī)械。在設(shè)計(jì)和選用時，還應(yīng)特別注意，例如：電機(jī)容量適當(dāng)放大、供電的變頻器容量更應(yīng)放大12個檔次。同步電機(jī)的起動電流， 一般比異步電機(jī)起動電

27、流大23倍。同步電機(jī)變數(shù)調(diào)速，開環(huán)控制即可達(dá)到高精度調(diào)速，其調(diào)速精度僅取決于變頻器的頻率精度，一般為0.10.01%，特別適合于對靜態(tài)調(diào)速精度要求高的多電機(jī)同步或比例同步傳動，因而廣泛用于紡絲機(jī)各紡絲泵（計(jì)量泵）和紡絲泵與牽伸輥的同步傳動。1.6.2 伺服電機(jī)及其驅(qū)動技術(shù)早期的伺服電機(jī)是直流伺服電機(jī)，二十世紀(jì)七十年代開始推出，并得到迅速發(fā)展，八十年代，由于電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，交流伺服電機(jī)及驅(qū)動技術(shù)發(fā)展起來了，此期間伺服驅(qū)動器屬模擬式，到九十年代，數(shù)字式交流伺服電機(jī)系統(tǒng)得到快速發(fā)展，性價比快速提高。而直流伺服電機(jī)，由于容量、最高轉(zhuǎn)速均受到限制，特別是直流伺服電機(jī)有碳刷，易摩損，易產(chǎn)生

28、火花，低速運(yùn)行時，碳刷和換向器易產(chǎn)生死角等，因而，直流伺服電機(jī)逐步被交流伺服電機(jī)所取代了。交流伺服電機(jī)系統(tǒng)包括永磁同步（SM型）電動機(jī)伺服系統(tǒng)和感應(yīng)式異步（IM型）電動機(jī)伺服系統(tǒng)，后者，由于感應(yīng)式異步電機(jī)結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、制造容易、價格低，具有較好的發(fā)展和推廣應(yīng)用前景。九十年代，由于稀土永磁材料的采用，而且驅(qū)動器由模擬式過渡到全數(shù)字式，使得交流伺系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)調(diào)整方便，產(chǎn)品生產(chǎn)的一致，可靠性大大提高，同時，還可集成 10多種復(fù)雜的電機(jī)控制算法、PID控制、前饋控制、速度實(shí)時監(jiān)控等，智能化控制功能，因而性價比大大提高。如要求低速性能好，線性調(diào)速范圍寬，速度波動和轉(zhuǎn)矩波動小，交流伺服電機(jī)宜采用速度

29、閉環(huán)控制。現(xiàn)代紡織機(jī)械為提高檔次，提高競爭力，更好地實(shí)現(xiàn)加快提升我國紡織工業(yè)整體競爭力的要求。紡織機(jī)械應(yīng)用伺服系統(tǒng)越來越廣泛，現(xiàn)已有幾十種紡織機(jī)械應(yīng)用了交流伺服電機(jī)系統(tǒng)，例如噴氣、劍桿等無梭織機(jī)的電子送經(jīng)，電子卷取，自動絡(luò)筒機(jī)、平網(wǎng)、園網(wǎng)印花機(jī)等，詳見運(yùn)動控制部分。所用伺服電機(jī)容量從幾十W到十幾kW。調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)沒有本質(zhì)區(qū)別。調(diào)速系統(tǒng)重點(diǎn)是按照各種技術(shù)要求調(diào)節(jié)電機(jī)運(yùn)行速度，伺服系統(tǒng)重點(diǎn)是控制電機(jī)運(yùn)行的位置或多電機(jī)（軸）的同步運(yùn)轉(zhuǎn)，包括位置同步和速度同步，對停止、啟動要求更準(zhǔn)確、更快時，一般也采用伺服系統(tǒng)。近年國外已推出高精度的全閉環(huán)數(shù)字式伺服系統(tǒng)，該伺服驅(qū)動器直接接受驅(qū)動機(jī)臺位置檢測器（

30、如光柵、旋轉(zhuǎn)編碼器等）的反饋信號構(gòu)成位置環(huán)，而伺服電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器的反饋信號也送至驅(qū)動器，構(gòu)成速度環(huán)，如圖（1-1）所示，該系統(tǒng)獲得很高的定位精度。圖1-1全閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)方框圖伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：（1）高性能化提高伺服電機(jī)本身性能、改進(jìn)伺服控制器的性能，采用高速CPU、專用集成電路ASIC，智能功率模塊IPM等。（2）小型化采用高性能永磁材料，優(yōu)化繞線技術(shù)和冷卻技術(shù)。（3）軟件化在伺服驅(qū)動器中使用超大規(guī)模集成電路、將更多的硬件結(jié)構(gòu)用軟件實(shí)現(xiàn)。（4）網(wǎng)絡(luò)化將驅(qū)動部分、運(yùn)動控制、上位控制和計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)連接、進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)一體化管理，使機(jī)械調(diào)整和故障診斷更加簡便。1.6.3步進(jìn)電動

31、機(jī)步進(jìn)電機(jī)是一種把脈沖變?yōu)榻俏灰苹蛑本€位移的執(zhí)行元件，每輸入一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子就前進(jìn)一步，轉(zhuǎn)過一定角度，由于輸入的是脈沖信號，因而，輸出的角位移是斷續(xù)的、故又稱脈沖電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)一步行走的角度位移大小，通過相位分配的改變來調(diào)節(jié)，步進(jìn)電機(jī)一般為開環(huán)控制，因而，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)不動時，可能出現(xiàn)“失步”，而影響控制精度，這是選用時應(yīng)注意的問題。可以直接輸出線位移的，則稱為直線電機(jī)，它由2個非接觸元件組成，即磁板和線卷滑座，電磁力直接作用于移動的元件，而無需機(jī)械連接，沒有機(jī)械滯后，精度完全取決于直線反饋系統(tǒng)和分級的支承，可由數(shù)字伺服驅(qū)動，可獲得頻率響應(yīng)好、精度高、速度快、噪聲低、效率高等特性。第

32、2章 變頻器在化纖機(jī)械中的應(yīng)用2.1 滌綸短絲切片紡絲機(jī) 適用于滌綸短纖維紡絲切片紡工藝流程為，經(jīng)干燥過的切片，送螺桿擠壓機(jī)內(nèi)加溫加壓制成紡絲溶液，經(jīng)連續(xù)過濾器過濾后由紡絲泵（計(jì)量泵）計(jì)量并壓入紡絲組件，再由噴絲孔噴出的溶體細(xì)流經(jīng)紡絲側(cè)吹風(fēng)窗冷卻形成。纖維冷卻成形后，進(jìn)入紡絲通道之前需進(jìn)行集束上油，最終形成絲束纖維。切片紡絲機(jī)主要由螺桿擠壓機(jī)、紡絲箱、紡絲泵和油劑泵等組成。2.1.1主要技術(shù)特征 紡絲位數(shù)：24位紡絲速度：5001300m/min 調(diào)速范圍；3:1以上 頻率精度：0.5%0.2%。 2.1.2螺旋擠壓機(jī)螺桿擠壓機(jī)主要用于合成纖維之切片熔融紡絲，將切片熔融均化、并使熔體在一定溫度

33、壓力下定量連續(xù)劑出。根據(jù)紡絲部位的多少，速度的高低等，螺桿擠壓機(jī)的螺桿直徑和轉(zhuǎn)速均不同，傳動功率和加熱功率亦不同，見表2.1。螺桿傳動電動機(jī)可以是直流電動機(jī)，也可以是交流電動機(jī)。九十年代后，基本都采用三相交流異步電機(jī)傳動、變頻調(diào)速。螺桿擠壓機(jī)的最終控制參數(shù)不是轉(zhuǎn)速，而是螺桿出口壓力，因此，該系統(tǒng)實(shí)質(zhì)是壓力閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)方框圖如圖2-1所示。圖2-1螺桿擠壓機(jī)壓力控制系統(tǒng)方框圖2.1.3紡絲泵紡絲泵用于將紡絲溶液定量定壓地連續(xù)輸入噴絲組件，1臺紡絲機(jī)少則為2個部位，多則24個部位，1個紡絲部位用1臺紡絲泵，24個紡絲部位用24臺紡絲泵。紡絲泵一般采用永磁同步電機(jī)傳動，變頻調(diào)速。多臺同步電機(jī)供

34、電方式一般有兩種，一是全機(jī)多臺紡絲泵電機(jī)共用一套大容量變頻器供電、調(diào)速；二是每臺電機(jī)均由1臺對應(yīng)容量的變頻器供電，可單獨(dú)變頻調(diào)速，第一種采用一套變頻器供電的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，造價較低，第二種供電的優(yōu)點(diǎn)是一旦某一臺電動機(jī)故障，只需相應(yīng)變頻器停止工作，其余各部位可照常工作，另外，每臺變頻器還可分別設(shè)定其運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，即1臺紡絲機(jī)可同時生產(chǎn)多種規(guī)格的POY絲。永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)速完全取決于供電變頻器的頻率，當(dāng)今變頻器頻率精度可達(dá) 0.01%，故紡絲泵采用開環(huán)變頻控制即可。2.1.4油劑泵油劑泵用于對加工中的絲纖維施加一定量的合纖油劑，有利于后續(xù)加工，減少靜電，使纖維具有一定的柔軟性、平滑性和抗靜電性等。油劑泵

35、也是一個部位1臺，一般采用三相異步電機(jī)傳動，變頻器供電調(diào)速，開環(huán)控制，其速度的改變主要是按工藝要求調(diào)節(jié)纖維絲的上油率，保證絲的質(zhì)量。牽引裝置，卷繞喂入裝置等參見3.3、3.4。2.2 滌綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)主要用于將滌綸初生纖維經(jīng)過牽伸、定型、卷曲、切斷和打包，制成具有所需強(qiáng)度、捻度等實(shí)用纖維。2.2.1主要技術(shù)特征生產(chǎn)能力50t/d最高絲速 30290m/min總牽伸倍數(shù) 3.1924.7232.2.2聯(lián)合機(jī)組成集束架導(dǎo)絲機(jī)浸漬機(jī)頭道牽伸機(jī)二道牽伸機(jī)三道牽伸機(jī)油浴槽噴油水機(jī)水浴牽伸機(jī)蒸汽加熱箱緊張熱定型機(jī)卷曲預(yù)熱箱卷曲機(jī)絲束輸送擺絲裝置松馳熱定型機(jī)上油機(jī)電引機(jī)切斷機(jī)纖維輸送纖維打包機(jī)。浸漬機(jī)

36、、油浴槽、水浴牽伸機(jī)、蒸汽加熱箱、卷曲預(yù)熱箱等無主傳動，但設(shè)有溫度控制。（1）牽伸段主傳動從導(dǎo)絲機(jī)到四道牽伸機(jī)采用機(jī)械長邊軸加齒輪變速箱傳動其中7臺單元機(jī)，由此解決頭道，二道牽伸機(jī)在加工絲束運(yùn)行中可能出現(xiàn)的倒拖，即處在發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，并保證各段牽伸比的基本 13穩(wěn)定，牽伸比的調(diào)整靠齒輪變速箱，長邊軸采用160kW直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速，或交流異步電動機(jī)變頻調(diào)速。（2）卷曲機(jī)2臺，采用2臺10kW直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速或交流異步電機(jī)變頻調(diào)速。（3）皮帶輸送機(jī)2臺，采用2臺3kW 直流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速，或交流異步電機(jī)變頻調(diào)速。（4）松馳熱定型機(jī)鏈板傳動采用2.2kW交流異步電機(jī)加PIV機(jī)械調(diào)速，或采用交流異步

37、電機(jī)變頻調(diào)速。擺絲裝置則采用1.5kW直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速或交流異步電機(jī)變頻調(diào)速。烘房溫度135150，采用溫度自控。風(fēng)機(jī)共810臺，采用10kW交流異步電機(jī)傳動。（5）上油機(jī)2臺，采用2臺3kW 直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速或交流異步電機(jī)變頻調(diào)速。（6）曵引機(jī)2臺，采用2臺3kW直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速或交流異步電機(jī)變頻調(diào)速。（7）切斷機(jī)2臺，采用2臺5.5kW 或7.5kW直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速或交流異步電機(jī)變頻調(diào)速。（8）打包機(jī)2臺，采用油壓傳動，主壓油泵為三柱塞泵兩臺，30Mpa，25L/min，預(yù)壓油泵為葉片泵2臺，7Mpa，113L/min。纖維的壓實(shí)、捆扎、成包、轉(zhuǎn)向等動作程序采用PLC控制。2.2 .4調(diào)速

38、系統(tǒng)控制方案（1）直流調(diào)壓調(diào)速方案每臺直流電動機(jī)采用獨(dú)立的電流電壓雙閉環(huán)可控硅整流電源供電，全機(jī)共12套可控硅直流電源分別供12臺直流電機(jī)調(diào)速。牽伸段與2臺卷曲機(jī)之間的同步運(yùn)行，采用2臺同步調(diào)節(jié)器，當(dāng)牽伸與卷曲出現(xiàn)速度差時，同步調(diào)節(jié)器通過調(diào)節(jié)輥的位移檢測出速度差，并將該位移轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，分別調(diào)節(jié)卷曲機(jī)1、2的速度，使之與牽伸段同步運(yùn)行，其同步調(diào)速原理框圖2-2。切斷機(jī)與曵引機(jī)之間的同步運(yùn)行原理與牽伸段一卷曲機(jī)之間的同步運(yùn)行原理相同。（2）交流變頻調(diào)速方案全機(jī)共采用12臺變頻器分別給12臺交流異步電機(jī)供電，進(jìn)行變頻調(diào)速，變頻同步調(diào)速原理框圖如圖2-3。Ug圖2-3牽伸段一卷曲機(jī)交流變頻同步

39、調(diào)速系統(tǒng)原理框圖圖2-2中GT給定積分器 ST速度調(diào)節(jié)器 LT電流調(diào)節(jié)器 KZ可控硅整流電源M直流電動機(jī) F直流測速發(fā)電機(jī) HF電流反饋 SF速度反饋TB同步調(diào)節(jié)器 Ug速度給定電壓圖2-3中V變頻器 M 交流異步電機(jī) TB同步調(diào)節(jié)器 Ug速度給定電壓2.3 大型滌綸短纖維紡絲聯(lián)合機(jī)大型滌綸短纖維紡絲系指年產(chǎn)3萬噸以上滌綸短纖維直接紡絲聯(lián)合機(jī)。主要工藝流程為，熔體分配紡絲集合牽引喂入裝筒絲桶輸送。設(shè)備組成：熔體配管，紡絲箱體，紡絲泵，噴絲板，絲束冷卻裝置，上油裝置（泵），生頭裝置，牽引裝置，卷繞喂入裝置，盛絲裝置。2.3.1主要技術(shù)特征日產(chǎn)量： 100t/d紡絲位數(shù)： 32或36位機(jī)械速度：

40、5001500m/min絲桶縱向速度：510m/min絲桶橫向速度：0.53.5m/min全機(jī)總功率460kW(其中傳動功率160kW，聯(lián)苯加熱300kW)2.3.2紡絲泵一位1臺紡絲泵，全機(jī)32或36臺紡絲泵，每臺紡絲泵單獨(dú)一臺永磁同步電機(jī)或異步電機(jī)傳動，每臺電機(jī)由單獨(dú)變頻器供電，變頻調(diào)速。2.3.3上油裝置采用油盤園周溢流式上油，上油泵由交流異步電機(jī)傳動，變頻調(diào)速。2.3.4牽引裝置主要由6根牽引輥交叉排列組成，每根牽引輥單獨(dú)由交流異步電機(jī)或同步電機(jī)傳動，6臺傳動電機(jī)采用共直流母線的單獨(dú)逆變器供電的變頻調(diào)速。6根牽引輥轉(zhuǎn)速可完全一致，也可按工藝要求保持一定的比例關(guān)系。2.3.5卷繞喂入裝置

41、。卷繞喂入裝置包括導(dǎo)絲輥和喂入輪，導(dǎo)絲輥由同步電機(jī)直接傳動，變頻調(diào)速，喂入輪由交流異步電機(jī)傳動，變頻調(diào)速。2.3.6盛絲裝置盛絲裝置的盛絲桶的縱向、橫向運(yùn)動均采用伺服電機(jī)驅(qū)動，或者變頻電機(jī)傳動，變頻調(diào)速，絲桶進(jìn)出輥道和臺車均由單獨(dú)交流異步電機(jī)傳動。盛絲裝置設(shè)有定長裝置，對每桶絲的長度進(jìn)行精確定長，保證每桶絲的尾絲降至最低。 2.3.7聯(lián)合機(jī)控制系統(tǒng)紡絲聯(lián)合機(jī)的控制可以分為紡絲，卷繞喂入和盛絲三套控制系統(tǒng)，目前已采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，PLC為主站，各變頻器，伺服控制器，現(xiàn)場I/O等均為從站，其間的通訊采用Profibus-DP總線。可根據(jù)用戶的需要，本系統(tǒng)可設(shè)置操作員站，工程師站，報表打印等。P

42、LC也可與上位機(jī)通訊（總線或以太網(wǎng)）。滌綸短絲紡絲聯(lián)合機(jī)控制可將為紡絲，卷繞喂入合并為一套系統(tǒng)，人機(jī)界面采用觸摸屏，可方便地在觸摸屏上設(shè)定紡絲工藝參數(shù)，運(yùn)行控制，工況顯示，故障報警，顯示以及數(shù)據(jù)的紀(jì)錄，查詢等功能。（1）紡絲控制系統(tǒng)方框圖如圖2-4。紡絲PLC（IPLC）對32臺紡絲泵，1臺上油泵的變頻器調(diào)速，4臺紡絲箱體溫度，壓力進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)設(shè)有4個現(xiàn)場I/O，通過人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、各有關(guān)數(shù)據(jù)采集，并控制上述設(shè)備的運(yùn)行。（2）卷繞喂入控制系統(tǒng)方框圖如圖2-5，卷繞PLC（2PLC）除控制16牽引輥，導(dǎo)線輥，喂入輪，上油泵（輪）電機(jī)的調(diào)速外，還控制紡線吹風(fēng)裝置，設(shè)有5個現(xiàn)場I

43、/O通過觸摸屏完成工藝參數(shù)的設(shè)室，修改和數(shù)據(jù)采集等。（3）盛絲桶往復(fù)裝置控制系統(tǒng)如圖2-6，絲桶往復(fù)PLC（3PLC）控制絲桶往復(fù)裝置的縱向橫向伺服電機(jī)的精確運(yùn)動，并通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)有關(guān)參數(shù)的設(shè)定，修改和采集，同時設(shè)有定長裝置，對每桶絲的長度進(jìn)行精確定長，使各絲桶的尾絲浪費(fèi)降到最紙。圖2-6線桶往復(fù)裝置控制系統(tǒng)方框圖直接紡的紡絲聯(lián)合機(jī)還應(yīng)包括熔體配管增壓泵PLC站（4PLC），該P(yáng)LC站主要是控制熔體配管的溫度和熔體壓力，增壓泵采用交流異步電機(jī)傳動，選用矢量型變頻器精確調(diào)速，調(diào)控配管內(nèi)熔體壓力。根據(jù)用戶需要，紡絲，卷繞，和絲桶往復(fù)裝置的PLC站，可與集中控制室的上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理，其通訊可

44、以采用現(xiàn)場總線也可采用工業(yè)以太網(wǎng)，如圖2-7，實(shí)現(xiàn)管控一體化。圖2-7紡絲聯(lián)合機(jī)控制系統(tǒng)框圖。2.4 大型滌綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)大型滌綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)系指年產(chǎn)3萬噸以上的后處理聯(lián)合機(jī)。主要用于將滌綸初生纖維經(jīng)過牽伸、定型、卷曲、切斷和打包，變?yōu)榫哂兴鑿?qiáng)度、伸度等實(shí)用纖維。 17該聯(lián)合機(jī)主要由集束架、導(dǎo)絲機(jī)、浸油槽、一道牽伸機(jī)、水浴槽、二道牽伸機(jī)、緊張熱定型機(jī)、冷卻噴淋機(jī)、三道牽伸機(jī)、疊絲機(jī)、三輥牽引機(jī)、卷曲機(jī)（含預(yù)熱箱）、鋪絲機(jī)、輸送機(jī)、曵引機(jī)、切斷機(jī)和打包機(jī)等。2.4.1主要技術(shù)特征生產(chǎn)品種：1.5dtex38mm棉型纖維0.8dtex1.1dtex 38mm細(xì)旦纖維。 線 束：320

45、dtex 日 產(chǎn) 量：100t/d車 速：250m/min 引絲速度3060m/min 2.4.2電氣傳動主傳動電機(jī)：導(dǎo)絲機(jī)7.5kW，一道牽伸機(jī)45kW，二道牽伸機(jī)160kW,三道牽伸機(jī)315kW，緊張熱空型機(jī)160kW，疊絲機(jī)15kW，卷曲機(jī)75kW，鋪絲機(jī)4.5kW，曵引機(jī)15kW，切斷機(jī)30kW，打包機(jī)75kW。2.4.3聯(lián)合機(jī)控制系統(tǒng) （1）牽伸段控制系統(tǒng)從導(dǎo)絲機(jī)到卷曲機(jī)，各單元分別由交流異步電動機(jī)傳動，采用共直流母線的多單元同步調(diào)速控制，各單元機(jī)電機(jī)通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測速度，并與相應(yīng)的逆變器構(gòu)成速度閉環(huán)控制，保證各單元機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到高精度0.1%以上，如圖2-8，采用PLC（例如S7-4

46、00）作為總線系統(tǒng)的上位機(jī)（即主站）各逆變器為從站。主站PLC通過內(nèi)置的通訊口MPI與觸摸屏TP構(gòu)成MPI網(wǎng)，用于設(shè)定，修改各單元機(jī)的起動時間，升降速時間，運(yùn)行速度，各牽伸比控制及停車，制動時間，運(yùn)行速度，溫度等工藝參數(shù)。牽伸比控制精度0.1%圖2-8牽伸段總線控制系統(tǒng)框圖通過現(xiàn)場I/O，遠(yuǎn)程I/O接口，控制系統(tǒng)各單元（例如水浴槽、蒸氣加熱箱、卷曲預(yù)熱箱等）的溫度，液位，以及循環(huán)泵等輔機(jī)。ABB公司以ACS600共直流母線系統(tǒng)，能提供精確的速度的轉(zhuǎn)短控制內(nèi)部高速光纖通訊，抗干擾能力強(qiáng)，支持Profibus-DP現(xiàn)場總線。圖2-8中，L1L7即為ACA逆變單元，從7.5kW315kW，整流單元為

47、800kW，B1B 7為旋轉(zhuǎn)編碼器，檢測從導(dǎo)絲機(jī)到卷曲機(jī)共7臺傳動電機(jī)的轉(zhuǎn)速，速度信號送相應(yīng)的逆變器，以控制各單元機(jī)在加、減速過程及穩(wěn)速運(yùn)行中均能嚴(yán)格同步，保持各牽伸比恒定。絲束牽伸力大，在牽伸過程，一道、二道牽伸機(jī)可能運(yùn)轉(zhuǎn)在發(fā)電狀態(tài)而出現(xiàn)速度失控，牽伸比不穩(wěn)定，采用共直流母線即可解決運(yùn)轉(zhuǎn)中牽伸比穩(wěn)定的問題，但在臨時停車時，仍需保持絲束張力，否則絲束將回縮。因而，要求所用變頻器具有零速伺服功能，即在停車過程，速度降至零速閾值以下時，變頻器應(yīng)自動由速度控制模式切換到位置控制模式，類似于電梯等位置控制。（2）鋪絲、曵引機(jī)和切斷機(jī)控制系統(tǒng)鋪絲機(jī)與卷曲機(jī)無嚴(yán)格同步要求，只須保持速度協(xié)調(diào)可用位置開關(guān)對鋪

48、絲機(jī)速度進(jìn)行斷續(xù)調(diào)節(jié)。使之與卷曲機(jī)保持速度協(xié)調(diào)。曵引機(jī)和切斷機(jī)均為變頻調(diào)速，其速度需同步，可以采用牽伸段控制方案，該變頻器作為從站，掛接到總線上，也可兩單元機(jī)組成一同步調(diào)速系統(tǒng)，兩單元之間通過同步調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)曵引機(jī)的運(yùn)行速度，參見染整聯(lián)合機(jī)同步調(diào)速系統(tǒng)。2.5 粘膠短纖維紡絲精練聯(lián)合機(jī)主要用于用粘膠原液進(jìn)行紡絲，精練等后處理，制成粘膠短纖維。2.5.1主要技術(shù)特征生產(chǎn)能力：30t/d調(diào)速范圍：紡絲段低速高 速 1030m/min 3060m/min曵引、切斷機(jī)高速 3075m/min調(diào)速精度： 0.5%大網(wǎng)輥和托壓輥以及高壓軋車的上、下輥之間要求嚴(yán)格同步。2.5.2聯(lián)合機(jī)組成紡練聯(lián)合機(jī)由紡絲段和

49、精練段組成。（1）紡絲段包括2臺紡絲泵，由2臺11kW 交流異步電機(jī)傳動，低速導(dǎo)絲盤由11kW交流電機(jī)傳動，高速導(dǎo)絲般由11kW交流電機(jī)傳動，前集束機(jī)由15kW 交流電機(jī)傳動，中集束由18.5kW交流電機(jī)傳動，牽伸機(jī)由30kW 交流電機(jī)傳動、2臺曳引機(jī)由2臺5.5kW交流電機(jī)傳動，4臺切斷機(jī)喂入輪由4臺4kW交流電機(jī)傳動，切斷機(jī)切斷刀盤由4臺7.5kW交流電機(jī)傳動，共17臺電機(jī)。 19（2）精練段包括網(wǎng)式精練機(jī)，其中大網(wǎng)輥由7.5kW交流電機(jī)傳動、托壓輥由11kW交流電機(jī)傳動；前高壓軋車上輥由4kW、下壓輥由5.5kW 交流電機(jī)傳動，后高壓軋車上輥由4kW，下輥由5.5kW 交流電機(jī)傳動，共6

50、臺電機(jī)。5.3聯(lián)合機(jī)控制系統(tǒng)紡粗旦絲時，前集束或中集束將處于發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，即倒拖現(xiàn)象，造成牽伸比不穩(wěn)定，為此，采取共直流電源供電方式，將前集束機(jī)、中集束機(jī)和牽伸機(jī)共3臺通用變頻器整流輸出的直流電壓并聯(lián)起來，構(gòu)成共直流母線供電方式，如圖2-9，如此連接，可保證前集束或中集束電機(jī)所產(chǎn)生的回饋能量消耗在處于電動狀態(tài)運(yùn)行的牽伸機(jī)中，即負(fù)功率能量通過直流母線可自動平衡。加之直流電壓的并聯(lián)，濾波電容容量增大，因而，直流母線的電壓不致升高，由此，可保持牽伸比的穩(wěn)定。圖2-9 變頻器供直流母線供電原理框圖聯(lián)合機(jī)采用1臺工控機(jī)IPC和2臺PLC控制聯(lián)合機(jī)中的23臺變頻器的運(yùn)行，以及速度、牽伸比溫度、壓力、流量、

51、液位等工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、故障報警，實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀況，存貯數(shù)據(jù)、資料等，系統(tǒng)原理框圖如圖2-10。圖2-10 聯(lián)合機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖為保證大網(wǎng)輥和托壓輥的上、下輥之間的嚴(yán)格同步，大網(wǎng)輥速度跟隨托壓輥、高壓軋車上輥速度跟隨下輥，為此，各單元機(jī)設(shè)置編碼器，準(zhǔn)確檢測各單元機(jī)轉(zhuǎn)速，若速度差超過充許值，則自動即時調(diào)節(jié)從動機(jī)（大網(wǎng)輥和軋車上輥）轉(zhuǎn)速。全線由計(jì)算機(jī)管理生產(chǎn)線工藝參數(shù)，改變工藝參數(shù)下載到各變頻器的時間不超過2s，實(shí)現(xiàn)不停機(jī)改變工藝參數(shù)和紡絲速度。全線的溫度、壓力為閉環(huán)控制，液位、流量為開環(huán)控制，其余部分參見1萬噸/年粘膠短絲設(shè)備。2.6 錦綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)2.6.1聯(lián)合機(jī)組成集束架導(dǎo)

52、絲機(jī)浸油槽頭道牽伸機(jī)水浴二道牽伸機(jī)蒸汽牽伸槽三道牽伸機(jī)蒸汽牽伸槽四道牽伸機(jī)疊絲機(jī)蒸汽預(yù)熱箱卷曲機(jī)鋪絲機(jī)松馳熱定型機(jī)曳引機(jī)切斷機(jī) 打包機(jī)。全機(jī)包括10臺主單元機(jī)，每臺主單元機(jī)均由交流異步電機(jī)傳動，變頻調(diào)速。2.6.2控制系統(tǒng)由于聯(lián)合機(jī)單元機(jī)多、流程長，現(xiàn)場設(shè)備分散，為提高工作可靠性，保證控制精度，縮短現(xiàn)場施工周期等，聯(lián)合機(jī)采用現(xiàn)場總線（Profibus-DP）控制系統(tǒng)。聯(lián)合機(jī)的導(dǎo)絲機(jī)，頭道牽伸機(jī)、二道牽伸機(jī)在加工不同品種時，可能處于發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行，即倒拖現(xiàn)象，為此，從導(dǎo)絲機(jī)至卷曲機(jī)共7臺單元機(jī)采用共直流母線的變頻同步調(diào)速系統(tǒng)，利用 21 圖2-11 2萬噸/年粘膠短絲設(shè)備控制系統(tǒng)原理框圖DC-Bu

53、s技術(shù)，處于發(fā)電狀態(tài)的3臺電機(jī)所產(chǎn)生的回饋能量可消耗在處于電動狀態(tài)的4臺電動機(jī)中，而不會引起直流母線電壓的升高，其中每臺單元機(jī)均采用帶編碼器的速度反饋控制，便可精確控制各單元機(jī)間的速比關(guān)系，保持牽伸比的穩(wěn)定。鋪絲機(jī)，曳引機(jī)和切斷機(jī)電機(jī)由單獨(dú)變頻器供電，7臺逆變器和3臺變頻器通過通訊板（CBP）接至現(xiàn)場總線Profibus-DP上。松馳熱定型機(jī)鏈板為交流異步電機(jī)加機(jī)械式PIV傳動，不參與同步控制，打包機(jī)系單獨(dú)的、間歇工作、油壓傳動也不參與同步控制。集束架無主傳動，但有44個光電開關(guān)和44個行程開關(guān)，主要用于檢測絲束是否打結(jié)和空捅圖2-13錦綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)總線控制系統(tǒng)原理框圖現(xiàn)場總線系統(tǒng)的主

54、站為可編程控制器（PLC），逆變器（LV1LV7），變頻器（V1、V2、V3）均作為從站，通過通訊板（CBP）掛到總線上，分布式I/O也作為從站直接掛到總線上。7臺逆變器由整流單元（Z）通過直流母線（DC-BUS）供電。浸油槽、水浴牽伸槽、蒸汽牽伸槽、蒸汽預(yù)熱箱以及松馳定型機(jī)均設(shè)有溫度控制表（W1、W2W11）共11臺溫控表通過通訊模塊（TC）進(jìn)行通訊。2.7長絲紡絲設(shè)備中的卷繞頭適用于長絲紡絲生產(chǎn)，有規(guī)律地將絲束卷繞成一定形狀和容量的筒子，以供下道工序用。 長絲紡絲設(shè)備與短纖維紡絲設(shè)備的傳動和控制基本相同，主要差別在絲的卷繞方式不同，卷繞頭是長絲紡絲中的關(guān)鍵部件之一，卷繞軸的傳動有磨擦式和錠

55、軸式兩種。高速紡絲一般均采用錠軸傳動，錠軸式傳動是由同步電機(jī)直接驅(qū)動筒管軸轉(zhuǎn)動，在運(yùn)行中隨著卷繞直徑的逐步增大，筒管的轉(zhuǎn)速越來越慢，以保證其表面速度恒定，張力一致。2.7.1主要技術(shù)特征卷繞軸的轉(zhuǎn)卷速度分為3檔：1500m/min以下用于常規(guī)紡絲制成的是UDY絲。2500m/min4000m/min用于高速紡絲，制成的是POY或HOY絲6000m/min以上用于超高速紡絲制成的是FDY或FOY絲。UDY（Undrawnyarn的簡稱）絲屬未拉伸絲，主要用作切斷成短纖維用。POY（Preoriented Yarn的簡稱）絲屬預(yù)取向絲。FDY（Fully Drawn Yarn的簡稱）絲屬全拉伸絲。

56、2.7.2傳動與控制每一卷繞軸由單獨(dú)的同步電機(jī)傳動，變頻調(diào)速。雙軸式卷繞頭，兩根軸的軸心線可繞其轉(zhuǎn)盤的中心點(diǎn)回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)自動換筒，使兩根軸可交互進(jìn)行卷繞。為實(shí)現(xiàn)恒線速卷繞，同步電機(jī)變頻調(diào)速采用線速度閉環(huán)控制。為了滿足紗線卷繞成型好無疊線和塌邊等的要求，紡絲卷繞頭由摩擦輥、槽筒橫動裝置和筒管夾頭等組成，而槽筒橫動裝置電機(jī)調(diào)速必須按圖2-14所示的三角波規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)，該圖是以變頻器輸出頻率進(jìn)行標(biāo)注的，此種調(diào)速規(guī)律通常是由擺頻發(fā)生器控制變頻器輸出頻率來實(shí)現(xiàn)的。圖2-14 卷線頭橫動裝置三角波調(diào)速曲線圖圖中：F1三角波下限頻率(T2T1)三角波下降時間F2三角波上限頻率(T3T2)三角波上升時間(F2FJ2)或者（FJ1-F1）跳躍頻率T1起動升速時間，指變頻器從0Hz起動加速到上限頻率所用的時間(T3T1)橫動周期(TJ1T1)或者（TJ2T2）跳躍時間由圖可見，當(dāng)變頻器驅(qū)動橫動電機(jī)達(dá)到上限頻率或下限頻率時，頻率應(yīng)突變，下降為（F2FJ2）或上升為（FJ1F1），突變頻率（F2FJ2）或（FJ1F1）幅值一