變頻器在化纖設備中的應用

1、變頻器在化纖設備中的應用1引言化纖生產(chǎn)是長流程連續(xù)化生產(chǎn)，一般要求一年內無故障連續(xù)運轉8000h以上，即化纖設備運轉的可靠性要求高于一般紡織機械設備。化纖一般分為人造纖維和合成纖維兩大類。我國化纖以合成纖維為主，而合成纖維中又以滌綸纖維為重點發(fā)展，其生產(chǎn)規(guī)模越來越大，年產(chǎn)3萬噸至10萬噸的滌綸短纖維生產(chǎn)設備已趨成熟。本文以年產(chǎn)3萬噸滌綸短纖維生產(chǎn)設備為例。滌綸短纖維生產(chǎn)設備包括紡織聯(lián)合機和后處理聯(lián)合機。紡絲聯(lián)合機包括紡絲機（主要有1引言化纖生產(chǎn)是長流程連續(xù)化生產(chǎn)，一般要求一年內無故障連續(xù)運轉8000h以上，即化纖設備運轉的可靠性要求高于一般紡織機械設備?；w一般分為人造纖維和合成纖維兩大類。我

2、國化纖以合成纖維為主，而合成纖維中又以滌綸纖維為重點發(fā)展，其生產(chǎn)規(guī)模越來越大，年產(chǎn)3萬噸至10萬噸的滌綸短纖維生產(chǎn)設備已趨成熟。本文以年產(chǎn)3萬噸滌綸短纖維生產(chǎn)設備為例。滌綸短纖維生產(chǎn)設備包括紡織聯(lián)合機和后處理聯(lián)合機。紡絲聯(lián)合機包括紡絲機（主要有紡絲箱體、紡絲組件、紡絲泵、計量泵、冷卻吹風和上油、聯(lián)苯加熱等），卷繞機（主要有上油、牽引機、喂入機等）和絲桶往復裝置（主要包括進桶輸送、臺車、縱向和橫向運動裝置，絲束出捅輸送裝置等）。后處理聯(lián)合機包括集束架、導絲機、浸油槽、一道牽伸機、水浴槽、二道牽伸機、蒸汽加熱管、緊張熱定型機、冷卻噴淋機、三道牽引機、疊絲機、三輥牽引機、張力架、蒸汽預熱槽、卷曲機、

3、鋪絲機、輸送機、松弛熱定型機、曳引張力架、曳引機、切斷機和打包機等。2控制系統(tǒng)滌綸短纖維生產(chǎn)設備的控制系統(tǒng)方框圖如圖1所示，系統(tǒng)采用工業(yè)計算機作為上位機、PLC為各分系統(tǒng)的控制核心。各分系統(tǒng)的PLC與各變頻器、伺服控制器、現(xiàn)場I/O等通過現(xiàn)場總線（Profibus-DP）進行通訊，構成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，而各分系統(tǒng)的PLC與操作員站和工程師站通過工業(yè)以太網(wǎng)（IndustrialEthernet）進行通訊，實現(xiàn)車間級和廠級信息管控，提供實時數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)管控一體化提供了條件。圖1滌綸短纖維生產(chǎn)設備控制系統(tǒng)方框圖2.1紡絲聯(lián)合機控制紡絲聯(lián)合機主要技術特征:日產(chǎn)量:100t/d;紡絲位數(shù):32或36位;

4、機械速度:5001500m/min;絲桶縱向速度:510m/min;絲桶橫向速度:0.53.5m/min;全機總功率460kW（其中傳動功率160kW，聯(lián)合加熱300kW）?？刂葡到y(tǒng)方框圖如圖1，控制系統(tǒng)包括工程師站、操作員站、紡絲控制、卷繞喂入控制、絲桶往復控制分站。圖2紡絲控制系統(tǒng)方框圖操作員站完成對生產(chǎn)流程畫面顯示，可對工藝參數(shù)，PID調節(jié)參數(shù)進行設定、修改、記錄、查詢、打印以及報警信息的紀錄、查詢和打印等。工程師站除具有操作員站主要功能外，還具有對多條生產(chǎn)線（如紡絲及后處理聯(lián)合機）的編程、組態(tài)、調試和修改等功能，還具有故障診斷功能。操作員站和工程師站均由工控機實現(xiàn)。人機界面采用觸摸屏，

5、可方便地在觸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)紀錄和查詢等紀錄。（1）紡絲機控制系統(tǒng)方框圖如圖2所示。紡絲PLC（1PLC）對32臺紡絲泵，1臺上油泵的變頻對調速，對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。（2）卷繞喂入控制系統(tǒng)方框圖如圖3所示，卷繞PLC（2PLC）出控制16牽引輥、導絲輥、喂入輪、上油泵（輪）電機的調速外，還控制紡絲吹風裝置，設有5個現(xiàn)場I/O，通過觸摸屏完成工藝參數(shù)的設定、修改和數(shù)據(jù)采集等。圖3卷繞喂入控制系統(tǒng)方框圖牽引輥1至牽引輥6之間各輥在牽引絲束時

6、可能出現(xiàn)發(fā)電運行狀態(tài)，即倒拖現(xiàn)象，這將導致牽引比不穩(wěn)定。為此，采用共直流母線供電方式，將牽引輥16共6臺逆變器由1臺整流單元供電，即可保證處于發(fā)電運行的電機所產(chǎn)生的回饋能量消耗在處于電動狀態(tài)運行的電機中，這樣，負功率能量通過直流母線可自動平衡，加之各逆變器端直流電壓并聯(lián)連接，濾波電容容量增大，因而，直流母線的電壓不致升高，牽伸比的穩(wěn)定得到保證。（3）盛絲桶往復裝置控制系統(tǒng)如圖4所示，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傳動，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低。圖4絲桶往復裝置控制系

7、統(tǒng)方框圖直接紡的紡絲聯(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，選用矢量控制型變頻器精確調速，調控配管內熔體壓力。2.2后處理聯(lián)合機控制后處理聯(lián)合機包括牽伸段（從集束架到卷曲機）和切斷段,另外，松弛熱定型機和打包機為單獨控制,本文不作介紹。圖5牽伸段總線控制系統(tǒng)框圖后處理聯(lián)合機控制系統(tǒng)方框圖如圖5，該聯(lián)合機主要技術特征為:生產(chǎn)品種:1.5dtex38mm棉型纖維;0.88dtex38mm細旦纖維;線束:320dtex;日產(chǎn)量:100t/d;車速:250m/min;引絲速度:3060m/min;牽伸比控制精度0.1%

8、;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，緊張熱定型機160kW，疊絲機15kW，卷曲機75kW，鋪絲機4.5kW，引機15kW，切斷機30kW，打包機75kW。（1）牽伸段控制系統(tǒng)從導絲機到卷曲機，各單元分別由交流異步電動傳動，采用共直流母線的多單元同步調速控制，各單元機電機通過旋轉編碼器檢測速度，并與相應的逆變器構成速度閉環(huán)控制，保證各單元機轉速達到高精度（0.1%以上），如圖5，采用PLC（例如S7-400）作為總線系統(tǒng)的上位機（即主站），各逆變器為從站。主站PLC通過內置的通訊口MPI與觸摸屏IP構成MPI網(wǎng)，用于設定，修改各單元機

9、的起動時間、升降速時間、運行速度、各牽伸比控制及停車、制動時間、運行速度、溫度等工藝參數(shù)。通過現(xiàn)場I/O、遠程I/O控制系統(tǒng)各單元（例如水浴、蒸汽加熱箱、卷曲預熱箱等）的溫度、液位、以及循環(huán)泵等輔機。絲束牽伸力大，在牽伸過程，一道、二道牽伸機可能運轉在發(fā)電狀態(tài)而出現(xiàn)速度失控，致使牽伸比不穩(wěn)定，采用共直流母線即可解決運轉中牽伸比穩(wěn)定的問題，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。SAJ變頻器能提供精確的速度和轉矩控制，內部高速光纖通訊，抗干擾能力強，支持Profibus-DP現(xiàn)場總線。圖5中L1L7即為ACA逆變單元，從7.5kW315kW，整流單元為800kW，B1B7為旋轉編碼器，檢測從導絲機到卷曲機共7臺傳動電機的轉速，該速度信號送相應的逆變器，以控制各單元機在加、減速過程及穩(wěn)速運行中均能嚴格同步，保持各牽伸比恒定。（2）鋪絲、曳引機和切斷機控制系統(tǒng)鋪絲機與卷曲機無嚴格同步要求，只須保持速度協(xié)調，可用位置開關對鋪絲機速度進行斷續(xù)調節(jié)。使之與卷曲機保持速度協(xié)調。曳引機和切斷機均為變頻調速，其速度需同步，可以采用牽伸段控制方