變頻在紡織中的應(yīng)用

1、 變頻器在紡織機(jī)械中的應(yīng)用u 一、綜述 u 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)展為紡機(jī)強(qiáng)國、大力開發(fā)高效、節(jié)能、環(huán)保的、自動(dòng)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(tái)細(xì)紗機(jī)，5000臺(tái)粗紗機(jī)，10萬臺(tái)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

2、染整設(shè)備等數(shù)百種，年產(chǎn)幾十萬臺(tái)紡機(jī)產(chǎn)品，可見，中國也是一個(gè)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)展為紡機(jī)強(qiáng)國、大力開發(fā)高效、節(jié)能、環(huán)保的、自動(dòng)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(dòng)化技術(shù)水平是最主要的關(guān)鍵技術(shù)之一。u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(chǎng)包括中國市場(chǎng)。中國紡機(jī)生產(chǎn)面臨著更加激烈的競(jìng)爭(zhēng)，促使紡機(jī)和紡機(jī)自動(dòng)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(dòng)控制技術(shù)、可編程控制器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技

3、術(shù)等，已在紡機(jī)中推廣應(yīng)用、并取得較好效果。u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(shí)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(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(tái)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。u 1.1對(duì)變頻器的特殊要求u 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(duì)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(xì)紗機(jī)錠子速度分段變速，一落紗從起動(dòng)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(dòng)裝置和筒管夾頭等組成、而槽筒橫動(dòng)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(gè)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(jì)長、定長功能

5、u u （7）電機(jī)零速伺服控制功能u u （8）防塵、防潮u 變頻器在化纖機(jī)械中的應(yīng)用u2.1 滌綸短絲切片紡絲機(jī)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(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。u 2.1.1主要技術(shù)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(jī)u 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(dòng)功率和加熱功率亦不同，見表2.1。u螺桿傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)可以是直流電動(dòng)機(jī)，也可以是交流電動(dòng)機(jī)。九十年代后，基本都采用三相交流異步電機(jī)傳動(dòng)、變頻調(diào)速。u表2-1 螺桿擠壓機(jī)技術(shù)參數(shù) 螺桿轉(zhuǎn)螺桿轉(zhuǎn)速速r/min20100201002080209020802080208020882070螺桿直徑mm45608090105120130150160電機(jī)功率kW15222230304055757590110132110132132加熱功率k

7、W1015152025303040557060757085809590105u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。u 電機(jī)電機(jī)螺桿螺桿壓力變送器壓力變送器熔體壓力設(shè)定熔體壓力設(shè)定調(diào)節(jié)變頻變頻速度設(shè)定圖2-1螺桿擠壓機(jī)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(tái)紡絲機(jī)少則為2個(gè)部位，多則24個(gè)部位，1個(gè)紡絲部位用1臺(tái)紡絲泵，24個(gè)紡絲部位用24臺(tái)紡絲泵。u 紡絲泵一般采用永磁同步電機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速。多臺(tái)同步電機(jī)供電方式一般有兩種，一是全機(jī)多臺(tái)紡絲泵電機(jī)共用一套大容量變頻器

8、供電、調(diào)速；二是每臺(tái)電機(jī)均由1臺(tái)對(duì)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(jiǎn)單，造價(jià)較低，第二種供電的優(yōu)點(diǎn)是一旦某一臺(tái)電動(dòng)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(tái)變頻器還可分別設(shè)定其運(yùn)轉(zhuǎn)頻率，即1臺(tái)紡絲機(jī)可同時(shí)生產(chǎn)多種規(guī)格的POY絲。u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。u2.1.4油劑泵u油劑泵用于對(duì)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(gè)部位1臺(tái)，一般采用三相異步電機(jī)傳動(dòng)，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(jī)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(qiáng)度、捻度等實(shí)用纖維。u2.2.1主要技術(shù)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(tái)直流電動(dòng)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(tái)直流電機(jī)調(diào)速。u 牽伸段與2臺(tái)卷曲機(jī)之間的同步運(yùn)行，采用2臺(tái)同步調(diào)節(jié)器，當(dāng)牽伸與卷曲出現(xiàn)速度差時(shí)，同步調(diào)節(jié)器通過調(diào)節(jié)輥的位移檢測(cè)出速

10、度差，并將該位移轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)，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。u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。u（2）交流變頻調(diào)速方案u全機(jī)共采用12臺(tái)變頻器分別給12臺(tái)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。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(dòng)機(jī) F直流測(cè)速發(fā)電機(jī) 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(jī)2卷曲機(jī)1GTSTLTKZMFSFLFGTSTLTTBKZMSFLFEGTSTLTKZMSFLFETB圖圖2-

11、2牽伸段一卷曲機(jī)直流同步調(diào)速系統(tǒng)原理框圖牽伸段一卷曲機(jī)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(jī)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(jī)。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(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。u2.3.1主要技術(shù)特征u日產(chǎn)量： 100t/du紡絲位數(shù)： 32或36位u機(jī)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(jī)總功率460kW(其中傳動(dòng)功率160kW，聯(lián)苯加熱300k

12、W)u2.3.2紡絲泵u一位1臺(tái)紡絲泵，全機(jī)32或36臺(tái)紡絲泵，每臺(tái)紡絲泵單獨(dú)一臺(tái)永磁同步電機(jī)或異步電機(jī)傳動(dòng)，每臺(tái)電機(jī)由單獨(dú)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(jī)傳動(dòng)，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(dú)由交流異步電機(jī)或同步電機(jī)傳動(dòng)，6臺(tái)傳動(dòng)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。u2.3.5卷繞喂入裝置。u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(dòng)，變頻調(diào)速，喂入輪由交流異步電機(jī)傳動(dòng)，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(yùn)動(dòng)均采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，或者變頻電機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速，絲桶進(jìn)出輥道和臺(tái)車均由單獨(dú)交流異步電機(jī)傳動(dòng)。u盛絲裝置設(shè)有定長裝置，對(duì)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。u2.3.7聯(lián)合機(jī)控制系統(tǒng)u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(chǎng)總線控制系統(tǒng)，PLC為主站，各變頻器，伺服控制器，現(xiàn)場(chǎng)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(shè)置操作員站，工程師站，報(bào)表打印等。PLC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

14、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(bào)警，顯示以及數(shù)據(jù)的紀(jì)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(duì)32臺(tái)紡絲泵，1臺(tái)上油泵的變頻器調(diào)速，4臺(tái)紡絲箱體溫度，壓力進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)設(shè)有4個(gè)現(xiàn)場(chǎng)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。測(cè)溫鉑電阻電熱絲加熱測(cè)溫鉑電阻現(xiàn)場(chǎng)I/04現(xiàn)場(chǎng)I/03現(xiàn)場(chǎng)I/02現(xiàn)場(chǎng)I/01計(jì)量泵33計(jì)量泵32計(jì)量泵2計(jì)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(fù)裝置控制系統(tǒng)如圖2

15、-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(dòng)，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(shí)設(shè)有定長裝置，對(duì)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。現(xiàn)場(chǎng)I/O橫向伺服控制縱向伺服控制3PLC3TPSK1SK2I/O圖2-6線桶往復(fù)裝置控制系統(tǒng)方框圖u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(dòng)，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(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，其通訊可以采用現(xiàn)場(chǎng)總線也

16、可采用工業(yè)以太網(wǎng)，如圖2-7，實(shí)現(xiàn)管控一體化。人機(jī)界面計(jì)算機(jī)工作站打印PIIPCHMI1PLC2PLC3PLC4PLC紡絲卷繞絲桶往復(fù)增壓泵圖2-7紡絲聯(lián)合機(jī)控制系統(tǒng)框圖。u2.4.1主要技術(shù)特征u生產(chǎn)品種：1.5dtex38mm棉型纖維u 0.8dtex1.1dtex38mm細(xì)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(dòng)u主傳動(dòng)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

17、機(jī)4.5kW，曵引機(jī)15kW，切斷機(jī)30kW，打包機(jī)75kW。u 2.5 粘膠短纖維紡絲精練聯(lián)合機(jī)u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。u2.5.1主要技術(shù)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(jī)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(yán)格同步。u2.6 錦綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)u2.6.1聯(lián)合機(jī)組成u集束架導(dǎo)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) u打包機(jī)。u全機(jī)包括10臺(tái)主單元機(jī)，每臺(tái)主單元機(jī)均由交流異步電機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速。u2.6.2控制系統(tǒng)u由于聯(lián)合機(jī)單元機(jī)多、流程長，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備分散，為提高工作可靠性