變頻在紡織中的應用

1、 變頻器在紡織機械中的應用u 一、綜述 u 工業(yè)技術裝備基礎的紡織機械將呈現(xiàn)質(zhì)的變化，必將從紡機大國發(fā)展為紡機強國、大力開發(fā)高效、節(jié)能、環(huán)保的、自動化技術水平高的紡織機械產(chǎn)品、這是一項較長期而艱巨的任務、為實現(xiàn)這一中國紡織機械工業(yè)經(jīng)過上世紀末深化改革，結(jié)構(gòu)調(diào)整、促進了紡機生產(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2萬臺細紗機，5000臺粗紗機，10萬臺織布機以及與之相應的各種配套設備。此外，還有各種針織設備、化纖設備、毛紡設備、非織造布設備、服裝設備和

2、染整設備等數(shù)百種，年產(chǎn)幾十萬臺紡機產(chǎn)品，可見，中國也是一個紡織機械生產(chǎn)大國。在新世紀中，中國將要從紡織大國發(fā)展為紡織強國。作為紡織工業(yè)技術裝備基礎的紡織機械將呈現(xiàn)質(zhì)的變化，必將從紡機大國發(fā)展為紡機強國、大力開發(fā)高效、節(jié)能、環(huán)保的、自動化技術水平高的紡織機械產(chǎn)品、這是一項較長期而艱巨的任務、為實現(xiàn)這一宏偉目標、提升紡織機械自動化技術水平是最主要的關鍵技術之一。u隨著中國加入WTO、其經(jīng)濟更加融入國際經(jīng)濟的大環(huán)境中、歐洲紡織機械廠商已經(jīng)在全力打入亞洲市場包括中國市場。中國紡機生產(chǎn)面臨著更加激烈的競爭，促使紡機和紡機自動化技術發(fā)展呈現(xiàn)新的特點，例如變頻調(diào)速技術、運動控制技術、可編程控制器技術、網(wǎng)絡技

3、術等，已在紡機中推廣應用、并取得較好效果。u變頻調(diào)速技術隨著電力電子技術、變流技術、現(xiàn)代控制理論和計算機技術的發(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，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、可靠性和變頻器整體技術水平還不理想，因此高檔紡織機械大多采用歐洲、日本等進口變頻器、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應用最為普遍。u 1.1對變頻器的特殊要求u 紡織機械變頻調(diào)速大多為一般交流異步電機變頻調(diào)速，開環(huán)控制，調(diào)速范圍10:1以內(nèi)，但也有不少紡織機械對變頻器調(diào)速有較高的特

4、殊要求：u （1）多段速度調(diào)速u 例如：細紗機錠子速度分段變速，一落紗從起動分段升速穩(wěn)定運行分段降速停止。一般分為810段速度運行、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，提高紡紗質(zhì)量。u （2）三角波調(diào)速u 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調(diào)速必須按三角波規(guī)律進行調(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現(xiàn)的，即在基頻的基礎上疊加一個三角波u （3）恒張力恒線速卷繞調(diào)速u u （4）高精度同步調(diào)速和共直流母線調(diào)速。u u （5）通訊功能 u u （6）計長、定長功能

5、u u （7）電機零速伺服控制功能u u （8）防塵、防潮u 變頻器在化纖機械中的應用u2.1 滌綸短絲切片紡絲機u 適用于滌綸短纖維紡絲u 切片紡工藝流程為，經(jīng)干燥過的切片，送螺桿擠壓機內(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（計量泵）計量并壓入紡絲組件，再由噴絲孔噴出的溶體細流經(jīng)紡絲側(cè)吹風窗冷卻形成。纖維冷卻成形后，進入紡絲通道之前需進行集束上油，最終形成絲束纖維。切片紡絲機主要由螺桿擠壓機、紡絲箱、紡絲泵和油劑泵等組成。u 2.1.1主要技術特征u 紡絲位數(shù)：24位u 紡絲速度：5001300m/minu 調(diào)速范圍；3:1以上u 頻率精度：0.5%0.2%。u2.1.2螺旋擠壓

6、機u 螺桿擠壓機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。u螺桿傳動電動機可以是直流電動機，也可以是交流電動機。九十年代后，基本都采用三相交流異步電機傳動、變頻調(diào)速。u表2-1 螺桿擠壓機技術參數(shù) 螺桿轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)速速r/min20100201002080209020802080208020882070螺桿直徑mm45608090105120130150160電機功率kW15222230304055757590110132110132132加熱功率k

7、W1015152025303040557060757085809590105u螺桿擠壓機的最終控制參數(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。u 電機電機螺桿螺桿壓力變送器壓力變送器熔體壓力設定熔體壓力設定調(diào)節(jié)變頻變頻速度設定圖2-1螺桿擠壓機壓力控制系統(tǒng)方框圖u2.1.3紡絲泵u 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。u 紡絲泵一般采用永磁同步電機傳動，變頻調(diào)速。多臺同步電機供電方式一般有兩種，一是全機多臺紡絲泵電機共用一套大容量變頻器

8、供電、調(diào)速；二是每臺電機均由1臺對應容量的變頻器供電，可單獨變頻調(diào)速，第一種采用一套變頻器供電的優(yōu)點是電路簡單，造價較低，第二種供電的優(yōu)點是一旦某一臺電動機故障，只需相應變頻器停止工作，其余各部位可照常工作，另外，每臺變頻器還可分別設定其運轉(zhuǎn)頻率，即1臺紡絲機可同時生產(chǎn)多種規(guī)格的POY絲。u永磁同步電機轉(zhuǎn)速完全取決于供電變頻器的頻率，當今變頻器頻率精度可達0.01%，故紡絲泵采用開環(huán)變頻控制即可。u2.1.4油劑泵u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。u油劑泵也是一個部位1臺，一般采用三相異步電機傳動，變頻器供電

9、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。u2.2 滌綸短纖維后處理聯(lián)合機u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，制成具有所需強度、捻度等實用纖維。u2.2.1主要技術特征u生產(chǎn)能力50t/d u最高絲速 30290m/minu總牽伸倍數(shù) 3.1924.723u2.2 .2調(diào)速系統(tǒng)控制方案u（1）直流調(diào)壓調(diào)速方案u 每臺直流電動機采用獨立的電流電壓雙閉環(huán)可控硅整流電源供電，全機共12套可控硅直流電源分別供12臺直流電機調(diào)速。u 牽伸段與2臺卷曲機之間的同步運行，采用2臺同步調(diào)節(jié)器，當牽伸與卷曲出現(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

10、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1、2的速度，使之與牽伸段同步運行，其同步調(diào)速原理框圖2-2。u切斷機與曵引機之間的同步運行原理與牽伸段一卷曲機之間的同步運行原理相同。u（2）交流變頻調(diào)速方案u全機共采用12臺變頻器分別給12臺交流異步電機供電，進行變頻調(diào)速，變頻同步調(diào)速原理框圖如圖2-3。u圖2-2中uGT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uM直流電動機 F直流測速發(fā)電機 HF電流反饋 SF速度反饋uTB同步調(diào)節(jié)器 Ug速度給定電壓卷曲機2卷曲機1GTSTLTKZMFSFLFGTSTLTTBKZMSFLFEGTSTLTKZMSFLFETB圖圖2-

11、2牽伸段一卷曲機直流同步調(diào)速系統(tǒng)原理框圖牽伸段一卷曲機直流同步調(diào)速系統(tǒng)原理框圖u2.3 大型滌綸短纖維紡絲聯(lián)合機u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。u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。u設備組成：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。u2.3.1主要技術特征u日產(chǎn)量： 100t/du紡絲位數(shù)： 32或36位u機械速度： 5001500m/minu絲桶縱向速度：510m/minu絲桶橫向速度：0.53.5m/minu全機總功率460kW(其中傳動功率160kW，聯(lián)苯加熱300k

12、W)u2.3.2紡絲泵u一位1臺紡絲泵，全機32或36臺紡絲泵，每臺紡絲泵單獨一臺永磁同步電機或異步電機傳動，每臺電機由單獨變頻器供電，變頻調(diào)速。u2.3.3上油裝置u采用油盤園周溢流式上油，上油泵由交流異步電機傳動，變頻調(diào)速。u2.3.4牽引裝置u主要由6根牽引輥交叉排列組成，每根牽引輥單獨由交流異步電機或同步電機傳動，6臺傳動電機采用共直流母線的單獨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系。u2.3.5卷繞喂入裝置。u卷繞喂入裝置包括導絲輥和喂入輪，導絲輥由同步電機直接傳動，變頻調(diào)速，喂入輪由交流異步電機傳動，變頻調(diào)速。u2.3.6盛絲裝置u盛絲裝置

13、的盛絲桶的縱向、橫向運動均采用伺服電機驅(qū)動，或者變頻電機傳動，變頻調(diào)速，絲桶進出輥道和臺車均由單獨交流異步電機傳動。u盛絲裝置設有定長裝置，對每桶絲的長度進行精確定長，保證每桶絲的尾絲降至最低。u2.3.7聯(lián)合機控制系統(tǒng)u紡絲聯(lián)合機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?？筛鶕?jù)用戶的需要，本系統(tǒng)可設置操作員站，工程師站，報表打印等。PLC也可與上位機通訊（總線或以太網(wǎng)）。滌綸短絲紡絲聯(lián)合機控制可將為紡絲，卷繞喂入合并為一套系統(tǒng)，人機界面采用觸摸屏，可方便地在觸

14、摸屏上設定紡絲工藝參數(shù)，運行控制，工況顯示，故障報警，顯示以及數(shù)據(jù)的紀錄，查詢等功能。u（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，壓力進行監(jiān)控，系統(tǒng)設有4個現(xiàn)場I/O，通過人機界面實現(xiàn)工藝參數(shù)的設定、修改、各有關數(shù)據(jù)采集，并控制上述設備的運行。測溫鉑電阻電熱絲加熱測溫鉑電阻現(xiàn)場I/04現(xiàn)場I/03現(xiàn)場I/02現(xiàn)場I/01計量泵33計量泵32計量泵2計量泵1PROFIBUS-DPIPLCITPV1V2V32V33I/0I/0I/0I/0PLC1PLC2電熱絲加熱圖2-4紡絲控制系統(tǒng)方框圖u（2）盛絲桶往復裝置控制系統(tǒng)如圖2

15、-6，絲桶往復PLC（3PLC）控制絲桶往復裝置的縱向橫向伺服電機的精確運動，并通過觸摸屏實現(xiàn)有關參數(shù)的設定，修改和采集，同時設有定長裝置，對每桶絲的長度進行精確定長，使各絲桶的尾絲浪費降到最紙?，F(xiàn)場I/O橫向伺服控制縱向伺服控制3PLC3TPSK1SK2I/O圖2-6線桶往復裝置控制系統(tǒng)方框圖u直接紡的紡絲聯(lián)合機還應包括熔體配管增壓泵PLC站（4PLC），該PLC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。u根據(jù)用戶需要，紡絲，卷繞，和絲桶往復裝置的PLC站，可與集中控制室的上位機聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)生產(chǎn)管理，其通訊可以采用現(xiàn)場總線也

16、可采用工業(yè)以太網(wǎng)，如圖2-7，實現(xiàn)管控一體化。人機界面計算機工作站打印PIIPCHMI1PLC2PLC3PLC4PLC紡絲卷繞絲桶往復增壓泵圖2-7紡絲聯(lián)合機控制系統(tǒng)框圖。u2.4.1主要技術特征u生產(chǎn)品種：1.5dtex38mm棉型纖維u 0.8dtex1.1dtex38mm細旦纖維。u 線 束：320dtexu 日 產(chǎn) 量：100t/du 車 速：250m/min 引絲速度3060m/minu 牽伸比控制精度0.1%u2.4.2電氣傳動u主傳動電機：導絲機7.5kW，一道牽伸機45kW，二道牽伸機160kW,三道牽伸機315kW，緊張熱空型機160kW，疊絲機15kW，卷曲機75kW，鋪絲

17、機4.5kW，曵引機15kW，切斷機30kW，打包機75kW。u 2.5 粘膠短纖維紡絲精練聯(lián)合機u主要用于用粘膠原液進行紡絲，精練等后處理，制成粘膠短纖維。u2.5.1主要技術特征u生產(chǎn)能力：30t/du調(diào)速范圍：紡絲段低速 1030m/minu 高 速 3060m/minu 曵引、切斷機高速 3075m/minu調(diào)速精度：0.5%u大網(wǎng)輥和托壓輥以及高壓軋車的上、下輥之間要求嚴格同步。u2.6 錦綸短纖維后處理聯(lián)合機u2.6.1聯(lián)合機組成u集束架導絲機浸油槽頭道牽伸機水浴二道牽伸機蒸汽牽伸槽三道牽伸機蒸汽牽伸槽四道牽伸機疊絲機蒸汽預熱箱卷曲機鋪絲機松馳熱定型機曳引機切斷機 u打包機。u全機包括10臺主單元機，每臺主單元機均由交流異步電機傳動，變頻調(diào)速。u2.6.2控制系統(tǒng)u由于聯(lián)合機單元機多、流程長，現(xiàn)場設備分散，為提高工作可靠性