变频器在纺织工业中的应用bftq

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变频器在在纺织工工业中的的应用前言我国是一一个纺织织大国,也也是一个个纺机生生产大国国,每年年生产的的纺机品品种数百百种,生生产的纺纺机产品品数十万万台。纺纺机自动动化水平平逐年提提高,从从五十年年代的直直流发电电机电动机机组的直直流调速速,经历历五十年年的发展展,如今今,变频频器等电电力电子子技术,计计算机技技术、网网络通讯讯技术以以及现代代控制理理论应用用技术,已已在纺织织工业的的推广普普及,大大大提升升了我国国纺机自自动化水水平和整整个纺机机的档次次,增强强了我国国纺机和和纺织品品在世界界上的竞竞争力。变频器在在纺织工工业中的的应用数数量最大大,应用用的方式式随生产产工艺要要求的不不同而不不同,最最简单的的是单机机台简单单变频调调速,如如风机、水水泵调速速,此种种应用例例本文仅仅略举一一、二。变变频器更更多的应应用是与与PLCC可编程程控制器器,TPP触摸屏屏等人机机界面和和现场总总线结合合,组成成各种速速度控制制系统,变变频器的的功能也也就得到到充分发发挥,因因此变频频器的应应用离不不开电子子技术、计计算机技技术和通通讯技术术。本文中所所介绍的的各种纺纺织机械械的技术术特征,传传动与控控制代表表了我国国纺机的的最新最最高水平平,但由由于技术术发展快快,信息息掌握不不够及时时,也可可能还有有最新最最高水平平的技术术未列入入本文,请请谅解。本文重点点介绍我我国八大大类近百百种纺织织机械技技术特征征,变频频调速和和控制系系统,可可供从事事电力电电子技术术,纺织织机械自自动化的的工程技技术人员员,有关关大专院院校师生生,和有有关营销销人员,维维护人员员参考。变频器在在纺织机机械中的的应用目 录录第1章 综述1变频频器调速速技术2运动动控制3可编编程控制制器4网络络技术5人机机界面6纺机机传动电电动机第2章 变变频器在在化纤机机械中的的应用1 涤纶短丝丝切片纺纺纺丝机机2 涤纶短纤纤维后处处理联合合机3 大型涤纶纶短纤维维纺丝联联合机4 大型涤纶纶短纤维维后处理理联合机机5 粘胶短纤纤维纺丝丝精练联联合机6 绵纶短纤纤维后处处理联合合机7 长丝纺丝丝设备中中的卷绕绕头8 高速弹力力丝机9 弹力丝机机10帘帘子线直直捻机第3章 变频频器在棉棉纺机械械中的应应用1 开清棉和和开清梳梳棉联合合机2 并条机3 悬锭粗纱纱机4 环锭细纱纱机5 转杯纺纱纱机第4章变频器器在织造造机械中中的应用用1 槽筒式络络筒机2 并纱机3 短纤维倍倍捻机4 花色纱线线纺捻机机5 分条整经经机6分纱纱整经机机7分段段整经机机8短纤纤维浆纱纱机9浆染染联合机机10织织机第5章 变变频器在在毛纺机机械中的的应用1羊绒绒针梳机机2毛纺纺粗纱机机3立锭锭粗纺细细纱机4剪毛毛机第6章 变频器器在针织织机械中中的应用用1单、双双面针织织园纬机机2电脑脑横机3电脑脑手套编编织机第7章 变频器器在非织织造布机机械中的的应用1非织织造布梳梳理机2高速速铺网机机3预针针刺机4无纺纺喷胶棉棉生产线线第8章 变频器器在染整整机械中中的应用用1卷轧轧染机2平网网印花机机3园网网印花机机4长环环蒸化机机5拉幅幅定型机机6预缩缩整理联联合机 7磨毛毛机第9章 变频器器在服装装机械中中的应用用1自动动剪线平平缝机2电脑脑刺绣机机3电脑脑金片刺刺绣机4数控控多针绗绗缝机5验布布机关键词交频调速速多段速速度三角波波调速 恒恒张力线线速卷绕绕 共直直流母线线现场总总线运动控制制闭环控控制网络技技术 张张力控制制 同步步速度调速精精度触摸屏控制系系统单片微微机 逆逆变器 工艺艺参数自调匀匀整牵伸比往复运运动自动换换筒 工工艺流程程 捻度度牵伸倍倍数纤维程序控控制调速范范围 监监控 纺纱纱投纬第1章 综述中国纺织织机械工工业经过过上世纪纪末深化化改革,结结构调整整、促进进了纺机机生产的的发展。近近年来,每每年新增增近10000万万锭纺纱纱生产能能力,现现已具备备60000多万万锭短纤纤维纺纱纱能力和和4000多万锭锭长纤纺纺纱能力力、拥有有10多多万家纺纺织服装装生产企企业,是是世界最最大的纺纺织大国国。现每每年生产产约2万万台细纱纱机,550000台粗纱纱机,110万台台织布机机以及与与之相应应的各种种配套设设备。此此外,还还有各种种针织设设备、化化纤设备备、毛纺纺设备、非非织造布布设备、服服装设备备和染整整设备等等数百种种,年产产几十万万台纺机机产品,可可见,中中国也是是一个纺纺织机械械生产大大国。在在新世纪纪中,中中国将要要从纺织织大国发发展为纺纺织强国国。作为为纺织工工业技术术装备基基础的纺纺织机械械将呈现现质的变变化,必必将从纺纺机大国国发展为为纺机强强国、大大力开发发高效、节节能、环环保的、自自动化技技术水平平高的纺纺织机械械产品、这这是一项项较长期期而艰巨巨的任务务、为实实现这一一宏伟目目标、提提升纺织织机械自自动化技技术水平平是最主主要的关关键技术术之一。随着中国国加入WWTO、其其经济更更加融入入国际经经济的大大环境中中、欧洲洲纺织机机械厂商商已经在在全力打打入亚洲洲市场包包括中国国市场。中中国纺机机生产面面临着更更加激烈烈的竞争争,促使使纺机和和纺机自自动化技技术发展展呈现新新的特点点,例如如变频调调速技术术、运动动控制技技术、可可编程控控制器技技术、网网络技术术等,已已在纺机机中推广广应用、并并取得较较好效果果。变频调速速技术随随着电力力电子技技术、变变流技术术、现代代控制理理论和计计算机技技术的发发展而得得到快速速发展。高高档变频频器均采采用矢量量控制或或直接转转矩控制制,参数数自调试试,自识识别和智智能化控控制,国国产变频频器多数数尚属一一般V/F开环环控制,运运转稳定定性、可可靠性和和变频器器整体技技术水平平还不理理想,因因此高档档纺织机机械大多多采用欧欧洲、日日本等进进口变频频器、中中国纺织织工业每每年需用用拾余万万台变频频器,容容量从00.1kkW以下至至3155kW以以上,其其中1.5kWW至300kW应用最最为普遍遍。1.1对对变频器器的特殊殊要求纺织机械械变频调调速大多多为一般般交流异异步电机机变频调调速,开开环控制制,调速速范围110:11以内,但但也有不不少纺织织机械对对变频器器调速有有较高的的特殊要要求:(1)多多段速度度调速例如:细细纱机锭锭子速度度分段变变速,一一落纱从从起动分段升升速稳定运运行分段降降速停止。一一般分为为8110段速速度运行行、升速速为46段、降降速为335段段,这样样有利于于提高纺纺纱速度度,减少少断(纱纱)头率率,提高高纺纱质质量,详详见图33-4。(2)三三角波调调速为了满足足纱线卷卷绕成型型好、无无叠线和和塌边等等的要求求,纺丝丝卷绕头头由摩擦擦辊、槽槽筒横动动装置和和筒管夹夹头等组组成、而而槽筒横横动装置置电机调调速必须须按三角角波规律律进行调调节,此此种调速速规律通通常是由由摆频发发生器控控制变频频器输出出频率来来实现的的,即在在基频的的基础上上叠加一一个三角角波如图图2-114。(3)恒恒张力恒恒线速卷卷绕调速速例如:浆浆纱机织织轴卷绕绕、卷染染或卷轧轧染机卷卷布辊等等均要求求随着纱纱线或布布在轴上上卷绕的的直径逐逐步增大大,(即即卷径增增大)轴轴的转速速相应的的逐步降降低,以以保证纱纱线或布布张力的的稳定。即即要求变变频器内内置卷径径计算功功能。(4)高高精度同同步调速速和共直直流母线线调速。例如:平平网印花花机各印印花单元元同步调调速,园园网印花花机导带带和烘燥燥等同步步调速,粘粘胶短纤纤维设备备中的大大网辊和和托压辊辊,高压压轧车上上、下辊辊的同步步调速、采采用高速速光电编编码器检检测速度度,输出出的脉冲冲数与给给定速度度比较的的闭环控控制,实实现高精精度同步步调速。多电机同同步协调调运转在在纺机中中应用较较多,特特别是染染整联合合机,目目前均为为1台电电机用11台变频频器单独独供电,这这样不经经济,采采用共直直流母线线分组供供电更合合理,例例如一组组可供335台台逆变器器,并制制成一个个整体,分分别供335台台电机调调速,既既可缩小小体积,又又可节省省成本,染染整联合合机中电电机容量量大多为为1.55kW2.22kW.(5)通通讯功能能 变频器与与开放式式总线相相连,设设有RSS4855通讯口口。当现现场使用用变频器器台数多多(例如如10台台以上)、距距离远、变变频器与与PLCC的I/O接口口多、配配线数量量大,安安装维护护工作量量大,费费用高,采采用现场场总线控控制系统统是合理理的,例例如大型型涤纶纺纺丝及后后处理联联合机等等均采用用此方案案,为此此,变频频器必须须挂接在在开放式式的现场场总线上上运行,变变频器作作为总线线的从站站、借助助于总线线可实现现变频器器的运行行、停止止、调频频和修改改参数等等功能。变变频器的的频率、电电流、电电压等状状态信号号和过流流、超频频、欠压压等故障障信号均均能实现现中央监监控。变变频器的的网络控控制主要要是将多多台变频频器通过过串行口口与上位位机相连连,采用用人机界界面实现现对变频频器的操操作,运运行状况况监视以以及故障障报警,这这是技术术发展趋趋势。(6)计计长、定定长功能能 并条机机,短纤纤盛丝捅捅装置,整整经机等等均要求求棉条、丝丝、纱线线应有计计长、定定长控制制,即运运行到设设定长度度时,自自动报警警,停车车。(7)电电机零速速伺服控控制功能能例如:涤涤线、锦锦纶、粘粘胶等短短纤维后后处理联联合机中中各牵伸伸机分单单元传动动时,为为保证在在起动、升升速,运运转和降降速时,丝丝束牵伸伸倍数恒恒定,当当停车过过程速度度降至零零速以下下时,变变频器应应自动由由速度控控制模式式切换到到位置控控制模式式,即要要求在零零速时保保持转矩矩输出,否否则丝束束将回缩缩、牵伸伸比随之之变化。(8)防防尘、防防潮纺织厂特特别是清清钢联,梳梳棉、并并条、粗粗纱,细细纱等机机械设备备使用环环境中有有较多的的飞花(棉棉超短纤纤维),如如飞花凝凝聚在变变频器散散热片上上,将影影响变频频器的散散热,可可能使变变频器出出现不应应有的热热跳脱,甚甚至损坏坏变频器器。而染染整机械械特别是是前处理理设备和和部分染染色机械械的使用用环境中中有可能能蒸汽较较多,甚甚至凝聚聚成水滴滴,将影影响变频频器的绝绝缘,甚甚至损坏坏变频器器。因此此,用于于该场合合的变频频器应有有一定的的防护措措施,如如提高变变频器的的防护等等级,或或变频器器的散热热片可安安装在拒拒外通风风道或者者变频器器控制拒拒采取必必要的密密封等措措施。此外,还还有定位位功能,简简单PLLC功能能等要求求,本文文不评述述。1.2 运动动控制传统的纺纺织机械械电气传传动电动动机基本本上是三三大类,一一是直流流电动机机(含并并激,他他激和串串激直流流电动机机)二是是交流异异步电动动机(含含笼式和和绕线式式异步电电动机以以及电磁磁调速异异步电机机),三三是同步步电动机机(含永永磁和激激磁式同同步电动动机)采采用各种种控制方方案对电电动机速速度按各各种规律律进行控控制或恒恒速运转转,以满满足各种种纺织机机械对运运转速度度的不同同要求。随随着纺织织机械技技术水平平的发展展和生产产工艺对对纺机设设备的要要求的不不断提高高,对纺纺机运转转速度的的要求越越来越高高,越来来越多样样化,传传统的电电气传动动已不能能满足当当今纺织织机械的的需要,例例如:(1)伺伺服电机机的应用用自动络筒筒机打结结循环要要求准确确定位;精密络络筒机导导丝机构构要求快快速往复复运动;喷气和和剑杆等等无梭织织机的电电子送经经,电子子卷取等等需准确确控制经经纱的送送出量,卷卷取量;平网印印花机导导带前后后传动辊辊要求保保持严格格同步运运转;园园网印花花机的园园网为保保证园网网与导带带以及网网与网之之间严格格同步运运转,近近年都采采用了伺伺服电机机驱动此外,电电脑横编编织机机机头往复复横移运运动,长长环蒸化化机,电电脑刺绣绣机立车车,衍缝缝机鞍架架和罗拉拉以及短短纤纺丝丝机丝捅捅往复装装置的纵纵向,横横向运动动也采用用了伺服服电机驱驱动。近期新推推出的细细纱机采采用多台台伺服电电机分别别驱动前前、中、后后罗拉,钢钢领板升升降以及及集体落落纱,取取代了传传统的齿齿轮传动动,降低低了噪声声,有利利于提高高成纱质质量和纺纺纱工艺艺参数的的改变。(2)步步进电机机的应用用电脑刺绣绣机绣框框X、YY方向的的移动采采用2台台步进电电机分别别驱动以以保证刺刺绣图案案的精细细;单轴轴流开棉棉机尘捧捧采用步步进电机机驱动,有有利于尘尘棒位置置或尘格格角度的的调节,此此外帘子子线直捻捻机横动动导丝机机构;分分批整经经机压辊辊加压;分条整整经机的的织轴,整整经台的的横移,前前后移等等均采用用了步进进电机驱驱动。有些设备备为达到到精确控控制位移移量或定定位等既既可采用用伺服电电机驱动动也可采采用步进进电机驱驱动,例例如整径径机的织织轴,整整径台的的横移和和前后移移,有的的厂家选选用伺服服电机驱驱动,有有的厂家家则选用用了步进进电机驱驱动,同同样满足足了工艺艺要求,一一般地说说,如步步进电机机能满足足技术要要求的,理理应选用用步进电电机而不不宜采用用伺服电电机,因因后者价价高。(3)开开关磁阻阻电机的的应用采用开关关磁阻电电机驱动动剑杆织织机主轴轴的样机机已推出出,经试试用效果果良好。由上可看看出,伺伺服电机机,步进进电机,开开关磁阻阻电机等等已广泛泛用于纺纺织机械械,当今今中国的的纺织机机械电气气传动正正在向运运动控制制发展,运运动控制制应将电电网,整整流器、逆逆变器、电电动机、生生产机械械和控制制系统作作为一个个整体来来考虑,使使控制更更加优化化。1.3可可编程控控制器1.3.1 PPLC可可编程控控制器PLC是是一种数数字控制制专用电电子计算算机,它它使用了了可编程程序存储储器储存存指令,执执行诸如如逻辑,顺顺序、计计时、计计数与运运算等功功能,并并通过模模拟和数数字输入入、输出出等组件件控制各各种机械械的运动动或工作作顺序,又又开发了了模拟量量闭环控控制功能能和通讯讯功能,PPLC具具有可靠靠性高,适适应性强强,编程程方便,结结构模块块化等特特点,是是一种专专门用于于各行业业生产的的现场设设备,也也广泛用用于各种种纺织机机械。一般的PPLC均均具有多多种功能能模块能能适合各各种技术术要求的的产品的的需要,例例如供计计数、测测量、各各种定位位控制,凸凸轮控制制和闭环环控制功功能模块块,数字字量和模模拟量II/O模模块和多多种通讯讯模块。PLC的的通讯方方式可有有三种,一一是点对对点(PPP1)方方式,用用于与本本公司的的PLCC编程器器或其它它产品通通讯,二二是DPP方式,即即通过PProffibuus的DDP通讯讯接口接接入现场场总线网网络,三三是自由由口(Freee,Poort)通讯方方式,由由用户定定义通讯讯协议,实实现PLLC与外外设的通通讯,此此方式无无需增加加投资,灵灵活性较较好,适适于小规规模控制制系统,例例如大多多数纺机机控制系系统,它它要求双双方都使使用RSS4855接口,通通过标准准的RSS4855串行通通讯网络络通讯,接接入现场场总线网网络时,PPLC可可以作总总线的从从站,也也可作总总线的主主站,例例如大型型涤纶纺纺丝联合合机用11台PCC机为主主站,33台PLLC为从从站,又又如,分分条整径径机用11台PLLC(SS7-3300型型)作总总线的主主站,用用2台PPLC(SS7-2200型型)作总总线的从从站,构构成PLLC网络络。PLC的的性能倚倚赖于专专用的硬硬件,应应用程序序的执行行依靠专专用硬件件芯片来来实现,如如需增加加运动控控制功能能,通讯讯功能等等,一般般均需增增加相应应的功能能模块,近近年推出出的PAAC即可可编程自自动化控控制器,它它的软件件和硬件件采用标标准的、通通用的部部件,PPAC的的性能是是基于它它的轻便便控制引引擎和标标准的、通通用的,开开放的实实时操作作系统,嵌嵌入式硬硬件系统统设计和和背板总总线(通通常采用用标准的的,开放放的背板板总线)等等,这些些特征越越来越显显得重要要,因而而PACC系统在在不久的的将来有有可能部部分取代代PLCC系统。1.3.2 PCCC可编程程计算机机控制器器PCC集集成了可可编程逻逻辑控制制器(PPLC)的的标准控控制功能能和工业业计算机机(IPPC)的的分时多多任务操操作系统统功能,即即综合了了PLCC和IPPC的功功能,因因此能方方便地处处理开关关量、模模拟量,进进行回路路调节,并并能用高高级语言言编程,同同时也具具备大型型机的分分析运算算能力。主要特点点:并行行处理系系统;符符合IEEC6111311-3国国际标准准的编程程语言;支持多多任务,分分时操作作系统;集成CCNC功功能,运运动组件件提供对对定位,凸凸轮和仿仿形应用用的开发发,配置置和诊断断,以及及优化等等的解决决方案,最最多可管管理2555个轴轴。使用Auutommatiive NettTM作为为和上位位机通讯讯的统一一通信平平台,网网络上每每个通信信节点都都独立于于目标系系统,物物理介质质和协议议以及多多种操作作平台。开放的现现场总线线已集成成到系统统中,因因此可连连接CAAN、CCANoopenn Deviice Nett、 Profiibuss-DPP、Ettherrnett等,现现已用于于喷气织织机,剑剑杆织机机、悬定定粗纱机机和化纤纤后处理理设备等等。1.4 网络技技术随着计算算机网络络技术的的迅速发发展,由由全数字字现场控控制系统统代替数数字与模模拟分散散型控制制系统已已成为工工业自动动化控制制系统结结构发展展的必然然趋势,现现场总线线控制系系统FCCS(FFielldbuus CConttroll syysteem)适适应了工工业控制制系统向向分散化化、智能能化和网网络化发发展的需需要,是是八十年年代国际际自动化化控制领领域出现现的一项项革命性性技术,是是集网络络技术,通通讯技术术、计算算机技术术,智能能现场仪仪表,控控制装置置等多种种科技成成果而成成。现场场总线(FFielldbuus)是是连接智智能现场场设备和和自动化化系统的的开放式式、全数数字化,双双向传输输,多分分支结构构的通讯讯网络。是是现场总总线控制制系统的的核心,因因此现场场总线不不仅仅是是一种通通信技术术和用数数字仪表表代替模模拟仪表表,而是是用FCCS代替替传统的的DCSS实现现现场总线线通讯网网络与控控制系统统的集成成。现场总线线技术发发展迅速速,到二二十世纪纪末国际际上有440多种种现场总总线,但但应用于于我国纺纺织工业业的主要要有Prrofiibuss、DevviceeNett CAAN-BBus、Moddbuss 等,其其中以PProffibuus应用用最广泛泛、最普普及。1.4.1 Proofibbus现现场总线线Proffibuus是国国际现场场总线标标准IEEC6111588的组成成部分,220011年122月批准准为中国国的行业业标准正正式出版版,并得得到普遍遍认可,在在全球市市场占有有率最高高。Prrofiibuss通讯速速度最快快,通讯讯速率(波波特率)最最高达到到12MMbpss(通讯讯距离为为1000m时),其其开放性性好,不不仅技术术公开,而而且应用用广泛,通通讯功能能强大,通通常采用用主一从从式通讯讯,一个个系统最最多可有有1266个节点点,采用用线形、星星形、环环形等多多种拓补补结构。1.4.2 DDeviice Nett现场总总线DeviiceNNet是是一种低低价位的的开放式式现场总总线,基基于CAAN芯片片,通讯讯功能强强大,支支持除主主一从方方式以外外的多种种通讯方方式。具具有强大大的抗电电磁干扰扰能力、网网络最多多可有664个节节点,采采用线性性拓补结结构,但但其通讯讯速率较较低,最最快为5500kkbpss(通讯讯距离为为1000m时)不适于于高速数数据传输输,Dvvicee Neet现场场总线220022年100月被批批准为中中国国家家标准。1.4.3 现现场总线线与传统统控制方方法的比比较现场总线线技术就就是设备备层的工工业控制制网络技技术,也也就是连连接现场场智能设设备(例例如变频频器,PPLC等等)和车车间的通通讯网络络,更适适合于中中等量数数据(11005000)的传传输。它它与传统统的控制制方法(如如DCSS系统)相相比,具具有以下下主要特特点:(1)数数据传输输更可靠靠,数据据响应更更快,抗抗电磁干干扰能力力更强;(2)现现场连接接导线和和连接按按附件可可大量减减少,系系统设计计、安装装、调试试、维护护工作量量和现场场安装费费用大幅幅度减少少;(3)主主控器可可获得更更多的现现场设备备信息;(4)可可方便地地实现自自动诊断断,并显显示故障障位置等等。近年来,现现场总线线技术在在我国纺纺机设备备中得到到推广应应用,尤尤其是在在大型化化纤设备备上使用用,更显显其优越越性。现场总线线虽具有有许多优优点,但但现场总总线控制制系统价价格还较较昂贵,另另外,现现场中很很多设备备还不是是智能仪仪表,不不能直接接与现场场总线联联网。因因而,如如现场控控制设备备多,且且分散,设设备对控控制要求求高,或或用于有有腐蚀性性气体等等使用环环境恶劣劣,且整整台设备备造价较较高的纺纺织机械械比较适适宜推广广应用现现场总线线控制系系统。如如大型化化纤设备备等。近年来,工工业以太太网发展展迅速,通通讯速率率1000M的工业业以太网网已应用用到了工工业现场场。工业业以太网网技术在在不久的的将来可可能替代代现场总总线技术术。而将将设备层层,车间间层和信信息管理理层融为为一体。1.5 人机界界面 纺织机机械使用用的人机机界面,可可分为较较低档的的和较高高档的两两类,各各有不同同的应用用对象。较低档的的人机界界面,如如文本操操作面板板等,屏屏幕尺寸寸较小,一一般不大大于111586mmm,显示示效果一一般,从从黑折到到64色色,主要要是以字字符显示示,采用用复膜键键盘操作作,但也也具有触触摸屏的的基本功功能,内内存一般般在2556K以以下,价价格较低低,适用用于大多多数棉纺纺、毛纺纺、针织织、服装装、非织织造布机机械和部部分印染染机械。较高档的的人机界界面,如如图形和和触摸屏屏操作面面板,屏屏幕尺寸寸较大,一一般大于于115586mmm,显示示屏为2256色色6550000色的高高分辨率率、高亮亮度的屏屏幕,除除具有较较大的数数据储存存和数据据处理能能力等基基本功能能外,还还具有软软件仿真真功能,多多种通讯讯连接方方式等,采采用复膜膜键盘操操作或触触摸屏操操作,内内存为112MMB,适适用于化化纤机械械、织造造机械和和印染机机械等。触摸屏作作为人机机界面用用于纺织织机械,主主要用于于:(1)可可方便灵灵活地实实现生产产工艺参参数的输输入和修修改,如如各种速速度、纱纱支、捻捻度、牵牵伸倍数数、张力力、温度度、压力力、长度度、卷经经等等。(2)对对各种控控制参数数的监控控,并实实时监控控系统运运行状态态,实时时显示各各生产工工艺参数数和变频频器的启启停状态态,运行行频率、电电流、电电压、报报警信号号等。在实际使使用中,触触摸屏通通常与PPLC组组成如MMP1网,方方便地实实现各种种工艺参参数的设设定,修修改,实实时监控控,历史史曲线,数数据统计计和报表表打印等等功能。1.6 纺机传传动电动动机纺织机械械所用电电动机种种类较多多,主要要有交流流异步电电动机(含含变频专专用电机机、力矩矩电机)、同同步电动动机(主主要是永永磁式转转子同步步电机)、伺伺服电机机(主要要是交流流伺服电电机)、步步进电机机(含直直线电机机)、开开关磁阻阻电机、直直流电动动机、电电磁调速速异步电电机和缝缝纫机专专用电机机等。1.6.1同步步电机同步电机机转子有有永久磁磁极的转转子和带带励磁绕绕阻的转转子,纺纺织机械械基本上上只用永永磁转子子的同步步电机。同同步转速速No=60f/p式中中f电源源频率,p电机极对数。同步电机机械特性平直其转速不随负载变化,但同步电机也存在“失步”的危险,一旦功率角q6090时。即负载瞬时过大时,同步电机会失步而停转。因此,通常同步电机容量选择时,留有适当裕量(例如放大一档)永磁同步电机结构更简单,运转更可靠,因而,广泛用于化纤机械。在设计和选用时,还应特别注意,例如:电机容量适当放大、供电的变频器容量更应放大12个档次。同步电机的起动电流, 一般比异步电机起动电流大23倍。同步电机机变数调调速,开开环控制制即可达达到高精精度调速速,其调调速精度度仅取决决于变频频器的频频率精度度,一般般为0.10.001%,特特别适合合于对静静态调速速精度要要求高的的多电机机同步或或比例同同步传动动,因而而广泛用用于纺丝丝机各纺纺丝泵(计计量泵)和和纺丝泵泵与牵伸伸辊的同同步传动动。1.6.2 伺伺服电机机及其驱驱动技术术早期的伺伺服电机机是直流流伺服电电机,二二十世纪纪七十年年代开始始推出,并并得到迅迅速发展展,八十十年代,由由于电力力电子技技术和计计算机技技术的发发展,交交流伺服服电机及及驱动技技术发展展起来了了,此期期间伺服服驱动器器属模拟拟式,到到九十年年代,数数字式交交流伺服服电机系系统得到到快速发发展,性性价比快快速提高高。而直直流伺服服电机,由由于容量量、最高高转速均均受到限限制,特特别是直直流伺服服电机有有碳刷,易易摩损,易易产生火火花,低低速运行行时,碳碳刷和换换向器易易产生死死角等,因因而,直直流伺服服电机逐逐步被交交流伺服服电机所所取代了了。交流伺服服电机系系统包括括永磁同同步(SSM型)电电动机伺伺服系统统和感应应式异步步(IMM型)电电动机伺伺服系统统,后者者,由于于感应式式异步电电机结构构坚固、制制造容易易、价格格低,具具有较好好的发展展和推广广应用前前景。九十年代代,由于于稀土永永磁材料料的采用用,而且且驱动器器由模拟拟式过渡渡到全数数字式,使使得交流流伺系统统硬件结结构简单单,参数数调整方方便,产产品生产产的一致致,可靠靠性大大大提高,同同时,还还可集成成多种复复杂的电电机控制制算法、PPID控控制、前前馈控制制、速度度实时监监控等,智智能化控控制功能能,因而而性价比比大大提提高。如如要求低低速性能能好,线线性调速速范围宽宽,速度度波动和和转矩波波动小,交交流伺服服电机宜宜采用速速度闭环环控制。现现代纺织织机械为为提高档档次,提提高竞争争力,更更好地实实现加快快提升我我国纺织织工业整整体竞争争力的要要求。纺纺织机械械应用伺伺服系统统越来越越广泛,现现已有几几十种纺纺织机械械应用了了交流伺伺服电机机系统,例例如喷气气、剑杆杆等无梭梭织机的的电子送送经,电电子卷取取,自动动络筒机机、平网网、园网网印花机机等,详详见运动动控制部部分。所所用伺服服电机容容量从几几十W到到十几kkW。调速系统统和伺服服系统没没有本质质区别。调调速系统统重点是是按照各各种技术术要求调调节电机机运行速速度,伺伺服系统统重点是是控制电电机运行行的位置置或多电电机(轴轴)的同同步运转转,包括括位置同同步和速速度同步步,对停停止、启启动要求求更准确确、更快快时,一一般也采采用伺服服系统。 近年国外外已推出出高精度度的全闭闭环数字字式伺服服系统,该该伺服驱驱动器直直接接受受驱动机机台位置置检测器器(如光光栅、旋旋转编码码器等)的的反馈信信号构成成位置环环,而伺伺服电机机轴上的的旋转编编码器的的反馈信信号也送送至驱动动器,构构成速度度环,如如图(11-1)所所示,该该系统获获得很高高的定位位精度。驱动驱动机台湾台 上 位控制器伺服电机全闭环伺服控制器速度反馈位置检测器位置反馈图1-11全闭环环控制伺伺服系统统方框图图伺服系统统的发展展趋势:(1)高高性能化化提高高伺服电电机本身身性能、改改进伺服服控制器器的性能能,采用用高速CCPU、专专用集成成电路AASICC,智能能功率模模块IPPM等。(2)小小型化采用用高性能能永磁材材料,优优化绕线线技术和和冷却技技术。(3)软软件化在伺伺服驱动动器中使使用超大大规模集集成电路路、将更更多的硬硬件结构构用软件件实现。(4)网网络化将驱驱动部分分、运动动控制、上上位控制制和计算算机通过过网络连连接、进进行高速速数据通通讯,实实现一体体化管理理,使机机械调整整和故障障诊断更更加简便便。1.6.3步进进电动机机 步进电电机是一一种把脉脉冲变为为角位移移或直线线位移的的执行元元件,每每输入一一个脉冲冲信号,步步进电机机的转子子就前进进一步,转转过一定定角度,由由于输入入的是脉脉冲信号号,因而而,输出出的角位位移是断断续的、故故又称脉脉冲电机机。步进进电机一一步行走走的角度度位移大大小,通通过相位位分配的的改变来来调节,步步进电机机一般为为开环控控制,因因而,当当步进电电机驱不不动时,可可能出现现“失步”,而影影响控制制精度,这这是选用用时应注注意的问问题。可以直接接输出线线位移的的,则称称为直线线电机,它它由2个个非接触触元件组组成,即即磁板和和线卷滑滑座,电电磁力直直接作用用于移动动的元件件,而无无需机械械连接,没没有机械械滞后,精精度完全全取决于于直线反反馈系统统和分级级的支承承,可由由数字伺伺服驱动动,可获获得频率率响应好好、精度度高、速速度快、噪噪声低、效效率高等等特性。第2章 变频器器在化纤纤机械中中的应用用2.1 涤纶短短丝切片片纺丝机机适用于涤涤纶短纤纤维纺丝丝切片纺工工艺流程程为,经经干燥过过的切片片,送螺螺杆挤压压机内加加温加压压制成纺纺丝溶液液,经连连续过滤滤器过滤滤后由纺纺丝泵(计计量泵)计计量并压压入纺丝丝组件,再再由喷丝丝孔喷出出的溶体体细流经经纺丝侧侧吹风窗窗冷却形形成。纤纤维冷却却成形后后,进入入纺丝通通道之前前需进行行集束上上油,最最终形成成丝束纤纤维。切切片纺丝丝机主要要由螺杆杆挤压机机、纺丝丝箱、纺纺丝泵和和油剂泵泵等组成成。2.1.1主要要技术特特征 纺纺丝位数数:244位 纺纺丝速度度:5000113000m/miin 调调速范围围;3:1以上上 频频率精度度:0.5%0.22%。2.1.2螺旋旋挤压机机 螺杆杆挤压机机主要用用于合成成纤维之之切片熔熔融纺丝丝,将切切片熔融融均化、并并使熔体体在一定定温度压压力下定定量连续续剂出。根根据纺丝丝部位的的多少,速速度的高高低等,螺螺杆挤压压机的螺螺杆直径径和转速速均不同同,传动动功率和和加热功功率亦不不同,见见表2.1。螺杆传动动电动机机可以是是直流电电动机,也也可以是是交流电电动机。九九十年代代后,基基本都采采用三相相交流异异步电机机传动、变变频调速速。表2-11 螺杆杆挤压机机技术参参数 螺杆转速速r/min20110020110020880209902088020880208802088820770螺杆直径径mmF45F60F80F90F105F120F130F150F160电机功率率kW15222233030440557757599011013221101322132加热功率率kW1011515220253303044055770607757088580995901105螺杆挤压压机的最最终控制制参数不不是转速速,而是是螺杆出出口压力力,因此此,该系系统实质质是压力力闭环控控制系统统,系统统方框图图如图22-1所所示。 速度设定变频器电机螺杆菌压力变送器调节器熔体压力设定图2-11螺杆挤挤压机压压力控制制系统方方框图2.1.3纺丝丝泵 纺纺丝泵用用于将纺纺丝溶液液定量定定压地连连续输入入喷丝组组件,11台纺丝丝机少则则为2个个部位,多多则244个部位位,1个个纺丝部部位用11台纺丝丝泵,224个纺纺丝部位位用244台纺丝丝泵。 纺丝泵泵一般采采用永磁磁同步电电机传动动,变频频调速。多多台同步步电机供供电方式式一般有有两种,一一是全机机多台纺纺丝泵电电机共用用一套大大容量变变频器供供电、调调速;二二是每台台电机均均由1台台对应容容量的变变频器供供电,可可单独变变频调速速,第一一种采用用一套变变频器供供电的优优点是电电路简单单,造价价较低,第第二种供供电的优优点是一一旦某一一台电动动机故障障,只需需相应变变频器停停止工作作,其余余各部位位可照常常工作,另另外,每每台变频频器还可可分别设设定其运运转频率率,即11台纺丝丝机可同同时生产产多种规规格的PPOY丝丝。永磁同步步电机转转速完全全取决于于供电变变频器的的频率,当当今变频频器频率率精度可可达0.01%,故纺纺丝泵采采用开环环变频控控制即可可。2.1.4油剂剂泵油剂泵用用于对加加工中的的丝纤维维施加一一定量的的合纤油油剂,有有利于后后续加工工,减少少静电,使使纤维具具有一定定的柔软软性、平平滑性和和抗静电电性等。油剂泵也也是一个个部位11台,一一般采用用三相异异步电机机传动,变变频器供供电调速速,开环环控制,其其速度的的改变主主要是按按工艺要要求调节节纤维丝丝的上油油率,保保证丝的的质量。牵引装置置,卷绕绕喂入装装置等参参见3.3、3.44。2.2 涤纶短短纤维后后处理联联合机主要用于于将涤纶纶初生纤纤维经过过牵伸、定定型、卷卷曲、切切断和打打包,制制成具有有所需强强度、捻捻度等实实用纤维维。2.2.1主要要技术特特征生产能力力50tt/d最高丝速速 3002990m/minn总牵伸倍倍数 3.11924.77232.2.2联合合机组成成 集束架架导丝丝机浸渍机机头道道牵伸机机二道道牵伸机机三道道牵伸机机油浴浴槽喷油水水机水浴牵牵伸机蒸汽汽加热箱箱紧张张热定型型机卷曲预预热箱卷曲曲机丝束输输送摆丝装装置松驰热热定型机机上油油机电引机机切断断机纤维输输送纤维打打包机。浸渍机、油油浴槽、水水浴牵伸伸机、蒸蒸汽加热热箱、卷卷曲预热热箱等无无主传动动,但设设有温度度控制。(1)牵牵伸段主主传动从导丝机机到四道道牵伸机机采用机机械长边边轴加齿齿轮变速速箱传动动其中77台单元元机,由由此解决决头道,二二道牵伸伸机在加加工丝束束运行中中可能出出现的倒倒拖,即即处在发发电运行行状态,并并保证各各段牵伸伸比的基基本稳定定,牵伸伸比的调调整靠齿齿轮变速速箱,长长边轴采采用1660kW直流流电动机机调压调调速,或或交流异异步电动动机变频频调速。(2)卷卷曲机22台,采采用2台台10kkW直流流电动机机调压调调速或交交流异步步电机变变频调速速。(3)皮皮带输送送机2台台,采用用2台33kW直流电电动机调调压调速速,或交交流异步步电机变变频调速速。(4)松松驰热定定型机链链板传动动采用22.2kkW交流流异步电电机加PPIV机机械调速速,或采采用交流流异步电电机变频频调速。摆摆丝装置置则采用用1.55kW直直流电机机调压调调速或交交流异步步电机变变频调速速。烘房房温度11351500,采用用温度自自控。风风机共88100台,采采用100kW交流流异步电电机传动动。(5)上上油机22台,采采用2台台3kW直流电电机调压压调速或或交流异异步电机机变频调调速。(6)曵曵引机22台,采采用2台台3kW直流流电机调调压调速速或交流流异步电电机变频频调速。(7)切切断机22台,采采用2台台5.55kW或7.55kW直直流电机机调压调调速或交交流异步步电机变变频调速速。(8)打打包机22台,采采用油压压传动,主主压油泵泵为三柱柱塞泵两两台,330Mppa,25LL/minn,预压压油泵为为叶片泵泵2台,77Mpaa,1133L/minn。纤维维的压实实、捆扎扎、成包包、转向向等动作作程序采采用PLLC控制制。2.2 .4调速速系统控控制方案案(1)直直流调压压调速方方案 每台直直流电动动机采用用独立的的电流电压压双闭环环可控硅硅整流电电源供电电,全机机共122套可控控硅直流流电源分分别供112台直直流电机机调速。 牵伸段段与2台台卷曲机机之间的的同步运运行,采采用2台台同步调调节器,当当牵伸与与卷曲出出现速度度差时,同同步调节节器通过过调节辊辊的位移移检测出出速度差差,并将将该位移移转换成成直流电电压信号号,分别别调节卷卷曲机11、2的的速度,使使之与牵牵伸段同同步运行行,其同同步调速速原理框框图2-2。切断机与与曵引机机之间的的同步运运行原理理与牵伸伸段一卷卷曲机之之间的同同步运行行原理相相同。(2)交交流变频频调速方方案全机共采采用122台变频频器分别别给122台交流流异步电电机供电电,进行行变频调调速,变变频同步步调速原原理框图图如图22-3。卷曲机2卷曲机1GTSTLTKZMFSFLFGTSTLTTBKZMSFLFEGTSTLTKZMSFLFETBUg图2-22牵伸段段一卷曲曲机直流流同步调调速系统统原理框框图Ug牵伸段丝束MV1MV2TB卷曲机1卷曲机2MV3TB图2-33牵伸段段一卷曲曲机交流流变频同同步调速速系统原原理框图图图2-22中GT给给定积分分器 STT速度调调节器 LLT电流调调节器 KZ可控硅硅整流电电源M直流流电动机机 F直流测测速发电电机 HFF电流反反馈 SFF速度反反馈TB同同步调节节器 Ugg速度给给定电压压图2-33中MV变频频器 交流异异步电机机 TBB同步调调节器 Ug速度给给定电压压2.3 大型型涤纶短短纤维纺纺丝联合合机大型涤纶纶短纤维维纺丝系系指年产产3万吨吨以上涤涤纶短纤纤维直接接纺丝联联合机。主要工艺艺流程为为,熔体体分配纺纺丝集合合牵引喂入入装筒丝桶桶输送。设备组成成:熔体体配管,纺纺丝箱体体,纺丝丝泵,喷喷丝板,丝丝束冷却却装置,上上油装置置(泵),生生头装置置,牵引引装置,卷卷绕喂入入装置,盛盛丝装置置。2.3.1主要要技术特特征日产量: 1100tt/d纺丝位数数: 322或36位机械速度度: 550015000m/minn丝桶纵向向速度:5110m/minn丝桶横向向速度:0.553.5mm/miin全机总功功率4660kWW(其中传传动功率率1600kW,联联苯加热热3000kW)2.3.2纺丝丝泵一位1台台纺丝泵泵,全机机32或336台纺纺丝泵,每每台纺丝丝泵单独独一台永永磁同步步电机或或异步电电机传动动,每台台电机由由单独变变频器供供电,变变频调速速。2.3.3上油油装置采用油盘盘园周溢溢流式上上油,上上油泵由由交流异异步电机机传动,变变频调速速。2.3.4牵引引装置主要由66根牵引引辊交叉叉排列组组成,每每根牵引引辊单独独由交流流异步电电机或同同步电机机传动,66台传动动电机采采用共直直流母线线的单独独逆变器器供电的的变频调调速。66根牵引引辊转速速可完全全一致,也也可按工工艺要求求保持一一定的比比例关系系。2.3.5卷绕绕喂入装装置。卷绕喂入入装置包包括导丝丝辊和喂喂入轮,导导丝辊由由同步电电机直接接传动,变变频调速速,喂入入轮由交交流异步步电机传传动,变变频调速速。2.3.6盛丝丝装置盛丝装置置的盛丝丝桶的纵纵向、横横向运动动均采用用伺服电电机驱动动,或者者变频电电机传动动,变频频调速,丝丝桶进出出辊道和和台车均均由单独独交流异异步电机机传动。盛丝装置置设有定定长装置置,对每每桶丝的的长度进进行精确确定长,保保证每桶桶丝的尾尾丝降至至最低。2.3.7联合机机控制系系统纺丝联合合机的控控制可以以分为纺纺丝,卷卷绕喂入入和盛丝丝三套控控制系统统,目前前已采用用现场总总线控制制系统,PPLC为为主站,各各变频器器,伺服服控制器器,现场场I/OO等均为为从站,其其间的通通讯采用用Proofibbus-DP总总线。可可根据用用户的需需要,本本系统可可设置操操作员站站,工程程师站,报报表打印印等。PPLC也也可与上上位机通通讯(总总线或以以太网)。涤涤纶短丝丝纺丝联联合机控控制可将将为纺丝丝,卷绕绕喂入合合并为一一套系统统,人机机界面采采用触摸摸屏,可可方便地地在触摸摸屏上设设定纺丝丝工艺参参数,运运行控制制,工况况显示,故故障报警警,显示示以及数数据的纪纪录,查查询等功功能。(1)纺纺丝控制制系统方方框图如如图2-4。纺纺丝PLLC(IIPLCC)对332台纺纺丝泵,11台上油油泵的变变频器调调速,44台纺丝丝箱体温温度,压压力进行行监控,系系统设有有4个现现场I/O,通通过人机机界面实实现工艺艺参数的的设定、修修改、各各有关数数据采集集,并控控制上述述设备的的运行。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2-44纺丝控控制系统统方框图图 (2)卷卷绕喂入入控制系系统方框框图如图图2-55,卷绕绕PLCC(2PPLC)除除控制116牵牵引辊,导导线辊,喂喂入轮,上上油泵(轮轮)电机机的调速速外,还还控制纺纺线吹风风装置,设设有5个个现场II/O通通过触摸摸屏完成成工艺参参数的设设室,修修改和数数据采集集等。I/OI/OV3V2V1LV6Z2TP2PLC电源整流单元DCBUS共直流母线I/OLV2LV1上油泵喂入轮导线辊牵引辊1牵引辊6牵引辊2现场I/O现场I/O现场I/O图2-55卷绕喂喂入控制制系统方方框图 (3)盛盛丝桶往往复装置置控制系系统如图图2-66,丝桶桶往复PPLC(33PLCC)控制制丝桶往往复装置置的纵向向横向伺伺服电机机的精确确运动,并并通过触触摸屏实实现有关关参数的的设定,修修改和采采集,同同时设有有定长装装置,对对每桶丝丝的长度度进行精精确定长长,使各各丝桶的的尾丝浪浪费降到到最纸。现场I/O横向伺服控制纵向伺服控制3PLC3TPSK1SK2I/O图2-66线桶往往复装置置控制系系统方框框图直接纺的的纺丝联联合机还还应包括括熔体配配管增压压泵PLLC站(44PLCC),该该PLCC站主要要是控制制熔体配配管的温温度和熔熔体压力力,增压压泵采用用交流异异步电机机传动,选选用矢量量型变频频器精确确调速,调调控配管管内熔体体压力。根据用户户需要,纺纺丝,卷卷绕,和和丝桶往往复装置置的PLLC站,可可与集中中控制室室的上位位机联网网,实现现生产管管理,其其通讯可可以采用用现场总总线也可可采用工工业以太太网,如如图2-7,实实现管控控一体化化。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2-77纺丝联联合机控控制系统统框图。 2.4 大型涤涤纶短纤纤维后处处理联合合机大型涤纶纶短纤维维后处理理联合机机系指年年产3万万吨以上上的后处处理联合合机。主要用于于将涤纶纶初生纤纤维经过过牵伸、定定型、卷卷曲、切切断和打打包,变变为具有有所需强强度、伸伸度等实实用纤维维。 该联合合机主要要由集束束架、导导丝机、浸浸油槽、一一道牵伸伸机、水水浴槽、二二道牵伸伸机、紧紧张热定定型机、冷冷却喷淋淋机、三三道牵伸伸机、叠叠丝机、三三辊牵引引机、卷卷曲机(含含预热箱箱)、铺铺丝机、输输送机、曵曵引机、切切断机和和打包机机等。2.4.1主要要技术特特征生产品种种:1.5dttex38mmm棉型型纤维 0.88dteex11.1dteex388mm细细旦纤维维。 线 束:3320ddtexx日 产 量:1100tt/d 车 速:2250mm/miin 引丝丝速度330660m/miin 牵伸伸比控制制精度00.1%2.4.2电气气传动主传动电电机:导导丝机77.5kWW,一道道牵伸机机45kWW,二道道牵伸机机1600kW,三道牵牵伸机3315kkW,紧紧张热空空型机1160kkW,叠叠丝机115kWW,卷曲曲机755kW,铺铺丝机44.5kWW,曵引引机155kW,切切断机330kWW,打包包机755kW。2.4.3联合机机控制系系统(1)牵牵伸段控控制系统统从导丝机机到卷曲曲机,各各单元分分别由交交流异步步电动机机传动,采采用共直直流母线线的多单单元同步步调速控控制,各各单元机机电机通通过旋转转编码器器检测速速度,并并与相应应的逆变变器构成成速度闭闭环控制制,保证证各单元元机转速速达到高高精度00.1%以上,如如图2-8,采采用PLLC(例例如S77-4000)作作为总线线系统的的上位机机(即主主站)各各逆
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