变频在纺织中的应用

变频器在纺织机械中的应用一、综述工业技术装备基础的纺织机械将呈现质的变化，必将从纺机大国发展为纺机强国、大力开发高效、节能、环保的、自动化技术水平高的纺织机械产品、这是一项较长期而艰巨的任务、为实现这一中国纺织机械工业经过上世纪末深化改革，结构调整、促进了纺机生产的发展。近年来，每年新增近1000万锭纺纱生产能力，现已具备6000多万锭短纤维纺纱能力和400多万锭长纤纺纱能力、拥有10多万家纺织服装生产企业，是世界最大的纺织大国。现每年生产约2万台细纱机，5000台粗纱机，10万台织布机以及与之相应的各种配套设备。此外，还有各种针织设备、化纤设备、毛纺设备、非织造布设备、服装设备和染整设备等数百种，年产几十万台纺机产品，可见，中国也是一个纺织机械生产大国。在新世纪中，中国将要从纺织大国发展为纺织强国。作为纺织工业技术装备基础的纺织机械将呈现质的变化，必将从纺机大国发展为纺机强国、大力开发高效、节能、环保的、自动化技术水平高的纺织机械产品、这是一项较长期而艰巨的任务、为实现这一宏伟目标、提升纺织机械自动化技术水平是最主要的关键技术之一。随着中国加入WTO、其经济更加融入国际经济的大环境中、欧洲纺织机械厂商已经在全力打入亚洲市场包括中国市场。中国纺机生产面临着更加激烈的竞争，促使纺机和纺机自动化技术发展呈现新的特点，例如变频调速技术、运动控制技术、可编程控制器技术、网络技术等，已在纺机中推广应用、并取得较好效果。变频调速技术随着电力电子技术、变流技术、现代控制理论和计算机技术的发展而得到快速发展。高档变频器均采用矢量控制或直接转矩控制，参数自调试，自识别和智能化控制，国产变频器多数尚属一般V/F开环控制，运转稳定性、可靠性和变频器整体技术水平还不理想，因此高档纺织机械大多采用欧洲、日本等进口变频器、中国纺织工业每年需用拾余万台变频器，容量从0.1kW以下至315kW以上，其中1.5kW至30kW应用最为普遍。1.1对变频器的特殊要求纺织机械变频调速大多为一般交流异步电机变频调速，开环控制，调速范围10:1以内，但也有不少纺织机械对变频器调速有较高的特殊要求：（1）多段速度调速例如：细纱机锭子速度分段变速，一落纱从起动→分段升速→稳定运行→分段降速→停止。一般分为8～10段速度运行、升速为4～6段、降速为3～5段，这样有利于提高纺纱速度，减少断（纱）头率，提高纺纱质量。（2）三角波调速为了满足纱线卷绕成型好、无叠线和塌边等的要求，纺丝卷绕头由摩擦辊、槽筒横动装置和筒管夹头等组成、而槽筒横动装置电机调速必须按三角波规律进行调节，此种调速规律通常是由摆频发生器控制变频器输出频率来实现的，即在基频的基础上叠加一个三角波（3）恒张力恒线速卷绕调速（4）高精度同步调速和共直流母线调速。（5）通讯功能（6）计长、定长功能（7）电机零速伺服控制功能（8）防尘、防潮变频器在化纤机械中的应用2.1涤纶短丝切片纺丝机适用于涤纶短纤维纺丝切片纺工艺流程为，经干燥过的切片，送螺杆挤压机内加温加压制成纺丝溶液，经连续过滤器过滤后由纺丝泵（计量泵）计量并压入纺丝组件，再由喷丝孔喷出的溶体细流经纺丝侧吹风窗冷却形成。纤维冷却成形后，进入纺丝通道之前需进行集束上油，最终形成丝束纤维。切片纺丝机主要由螺杆挤压机、纺丝箱、纺丝泵和油剂泵等组成。2.1.1主要技术特征纺丝位数：24位纺丝速度：500～1300m/min调速范围；3:1以上频率精度：0.5%～0.2%。2.1.2螺旋挤压机螺杆挤压机主要用于合成纤维之切片熔融纺丝，将切片熔融均化、并使熔体在一定温度压力下定量连续剂出。根据纺丝部位的多少，速度的高低等，螺杆挤压机的螺杆直径和转速均不同，传动功率和加热功率亦不同，见表2.1。螺杆传动电动机可以是直流电动机，也可以是交流电动机。九十年代后，基本都采用三相交流异步电机传动、变频调速。表2-1螺杆挤压机技术参数螺杆转速r/min20～10020～10020～8020～9020～8020～8020～8020～8820～70螺杆直径mm45608090105120130150160电机功率kW152222～3030～4055～7575～90110～132110～132132加热功率kW10～1515～2025～3030～4055～7060～7570～8580～9590～105螺杆挤压机的最终控制参数不是转速，而是螺杆出口压力，因此，该系统实质是压力闭环控制系统，系统方框图如图2-1所示。电机螺杆压力变送器熔体压力设定调节变频速度设定图2-1螺杆挤压机压力控制系统方框图2.1.3纺丝泵纺丝泵用于将纺丝溶液定量定压地连续输入喷丝组件，1台纺丝机少则为2个部位，多则24个部位，1个纺丝部位用1台纺丝泵，24个纺丝部位用24台纺丝泵。纺丝泵一般采用永磁同步电机传动，变频调速。多台同步电机供电方式一般有两种，一是全机多台纺丝泵电机共用一套大容量变频器供电、调速；二是每台电机均由1台对应容量的变频器供电，可单独变频调速，第一种采用一套变频器供电的优点是电路简单，造价较低，第二种供电的优点是一旦某一台电动机故障，只需相应变频器停止工作，其余各部位可照常工作，另外，每台变频器还可分别设定其运转频率，即1台纺丝机可同时生产多种规格的POY丝。永磁同步电机转速完全取决于供电变频器的频率，当今变频器频率精度可达0.01%，故纺丝泵采用开环变频控制即可。2.1.4油剂泵油剂泵用于对加工中的丝纤维施加一定量的合纤油剂，有利于后续加工，减少静电，使纤维具有一定的柔软性、平滑性和抗静电性等。油剂泵也是一个部位1台，一般采用三相异步电机传动，变频器供电调速，开环控制，其速度的改变主要是按工艺要求调节纤维丝的上油率，保证丝的质量。2.2涤纶短纤维后处理联合机主要用于将涤纶初生纤维经过牵伸、定型、卷曲、切断和打包，制成具有所需强度、捻度等实用纤维。2.2.1主要技术特征生产能力50t/d最高丝速30～290m/min总牵伸倍数3.192～4.7232.2.2调速系统控制方案（1）直流调压调速方案每台直流电动机采用独立的电流——电压双闭环可控硅整流电源供电，全机共12套可控硅直流电源分别供12台直流电机调速。牵伸段与2台卷曲机之间的同步运行，采用2台同步调节器，当牵伸与卷曲出现速度差时，同步调节器通过调节辊的位移检测出速度差，并将该位移转换成直流电压信号，分别调节卷曲机1、2的速度，使之与牵伸段同步运行，其同步调速原理框图2-2。切断机与曵引机之间的同步运行原理与牵伸段一卷曲机之间的同步运行原理相同。（2）交流变频调速方案全机共采用12台变频器分别给12台交流异步电机供电，进行变频调速，变频同步调速原理框图如图2-3。图2-2中GT—给定积分器ST—速度调节器LT—电流调节器KZ—可控硅整流电源M—直流电动机F—直流测速发电机HF—电流反馈SF—速度反馈TB—同步调节器Ug—速度给定电压卷曲机2卷曲机1GTSTLTKZMFSFLFGTSTLTTBKZMSFLFEGTSTLTKZMSFLFETB图2-2牵伸段一卷曲机直流同步调速系统原理框图2.3大型涤纶短纤维纺丝联合机大型涤纶短纤维纺丝系指年产3万吨以上涤纶短纤维直接纺丝联合机。主要工艺流程为，熔体分配纺丝集合牵引喂入装筒丝桶输送。设备组成：熔体配管，纺丝箱体，纺丝泵，喷丝板，丝束冷却装置，上油装置（泵），生头装置，牵引装置，卷绕喂入装置，盛丝装置。2.3.1主要技术特征日产量：100t/d纺丝位数：32或36位机械速度：500～1500m/min丝桶纵向速度：5～10m/min丝桶横向速度：0.5～3.5m/min全机总功率460kW(其中传动功率160kW，联苯加热300kW)2.3.2纺丝泵一位1台纺丝泵，全机32或36台纺丝泵，每台纺丝泵单独一台永磁同步电机或异步电机传动，每台电机由单独变频器供电，变频调速。2.3.3上油装置采用油盘园周溢流式上油，上油泵由交流异步电机传动，变频调速。2.3.4牵引装置主要由6根牵引辊交叉排列组成，每根牵引辊单独由交流异步电机或同步电机传动，6台传动电机采用共直流母线的单独逆变器供电的变频调速。6根牵引辊转速可完全一致，也可按工艺要求保持一定的比例关系。2.3.5卷绕喂入装置。卷绕喂入装置包括导丝辊和喂入轮，导丝辊由同步电机直接传动，变频调速，喂入轮由交流异步电机传动，变频调速。2.3.6盛丝装置盛丝装置的盛丝桶的纵向、横向运动均采用伺服电机驱动，或者变频电机传动，变频调速，丝桶进出辊道和台车均由单独交流异步电机传动。盛丝装置设有定长装置，对每桶丝的长度进行精确定长，保证每桶丝的尾丝降至最低。2.3.7联合机控制系统纺丝联合机的控制可以分为纺丝，卷绕喂入和盛丝三套控制系统，目前已采用现场总线控制系统，PLC为主站，各变频器，伺服控制器，现场I/O等均为从站，其间的通讯采用Profibus-DP总线。可根据用户的需要，本系统可设置操作员站，工程师站，报表打印等。PLC也可与上位机通讯（总线或以太网）。涤纶短丝纺丝联合机控制可将为纺丝，卷绕喂入合并为一套系统，人机界面采用触摸屏，可方便地在触摸屏上设定纺丝工艺参数，运行控制，工况显示，故障报警，显示以及数据的纪录，查询等功能。（1）纺丝控制系统方框图如图2-4。纺丝PLC（IPLC）对32台纺丝泵，1台上油泵的变频器调速，4台纺丝箱体温度，压力进行监控，系统设有4个现场I/O，通过人机界面实现工艺参数的设定、修改、各有关数据采集，并控制上述设备的运行。测温铂电阻电热丝加热测温铂电阻现场I/04现场I/03现场I/02现场I/01计量泵33计量泵32计量泵2计量泵1PROFIBUS-DPIPLCITPV1V2V32V33I/0I/0I/0I/0PLC1PLC2电热丝加热图2-4纺丝控制系统方框图（2）盛丝桶往复装置控制系统如图2-6，丝桶往复PLC（3PLC）控制丝桶往复装置的纵向横向伺服电机的精确运动，并通过触摸屏实现有关参数的设定，修改和采集，同时设有定长装置，对每桶丝的长度进行精确定长，使各丝桶的尾丝浪费降到最纸。现场I/O横向伺服控制纵向伺服控制3PLC3TPSK1SK2I/O图2-6线桶往复装置控制系统方框图直接纺的纺丝联合机还应包括熔体配管增压泵PLC站（4PLC），该PLC站主要是控制熔体配管的温度和熔体压力，增压泵采用交流异步电机传动，选用矢量型变频器精确调速，调控配管内熔体压力。根据用户需要，纺丝，卷绕，和丝桶往复装置的PLC站，可与集中控制室的上位机联网，实现生产管理，其通讯可以采用现场总线也可采用工业以太网，如图2-7，实现管控一体化。人机界面计算机工作站打印PIIPCHMI1PLC2PLC3PLC4PLC纺丝卷绕丝桶往复增压泵图2-7纺丝联合机控制系统框图。2.4.1主要技术特征生产品种：1.5dtex×38mm棉型纤维0.8dtex～1.1dtex38mm细旦纤维。线束：320dtex日产量：100t/d车速：250m/min引丝速度30～60m/min牵伸比控制精度0.1%2.4.2电气传动主传动电机：导丝机7.5kW，一道牵伸机45kW，二道牵伸机160kW,三道牵伸机315kW，紧张热空型机160kW，叠丝机15kW，卷曲机75kW，铺丝机4.5kW，曵引机15kW，切断机30kW，打包机75kW。2.5粘胶短纤维纺丝精练联合机主要用于用粘胶原液进行纺丝，精练等后处理，制成粘胶短纤维。2.5.1主要技术特征生产能力：30t/d调速范围：纺丝段低速10～30m/min高速30～60m/min曵引、切断机高速30～75m/min调速精度：≤0.5%大网辊和托压辊以及高压轧车的上、下辊之间要求严格同步。2.6锦纶短纤维后处理联合机2.6.1联合机组成集束架——导丝机浸油槽头道牵伸机水浴二道牵伸机蒸汽牵伸槽三道牵伸机蒸