變頻器在毛紡機械中的應用

　　1、引言
　　毛紡工藝較復雜，各工序所用的設備品種、規格較多，主要的毛紡機械分為精梳毛紡機械和粗梳毛紡機械兩大類，精梳毛紡機械有洗毛機、和毛機、梳毛機、精梳機、針梳機、粗紗機、細紗機等。粗梳毛紡機械有和毛機、粗紡梳毛機、環錠細紗機、立錠細紗機等，其中洗毛機、和毛機目前使用的電控系統較簡單、單電動機傳動、不變速和簡單變頻調速，而梳毛機、精梳機、粗紗機、細紗機、立錠細紗機等近年來自動化技術水平發展較快，普通推廣應用了變頻調速、計算機、可編程控制技術等，并取得了較好效果，本文主要介紹變頻器在精紡梳毛機、毛粗紗機和毛細紗機上的應用例。
　　2、半精紡梳毛機
　　半精紡梳毛機用于化纖仿毛半精紡制條，滿足纖維的精細梳理要求，主要設備組成為：自動喂毛機→開毛輥→后餳林→后道夫→除草裝置→主餳林→前道夫→自動換筒圈條器。
主要技術特征為：
·工作幅寬（m）:2或2.5；
·出條速度（m/min）:最高35-40；
·電子稱重精度（g）:1；
·最大稱重量（kg）:1。
　　2.1 傳動及變頻器的選型
　　自動喂毛機的鈄簾、平簾為單獨交流異步電動機傳動、變頻調速，開毛錕、后餳林、后道夫、除草裝置、主餳林等為一臺主電動機通過邊軸加減速器統一傳動，即采用機械速比來保證各單元之間的工藝速比、主電機為交流異步電動機采用變頻調速。前道夫、圈條器為單獨交流電動機傳動、變頻調速。
　　該機在整個加工過程中，負載基本不變，屬恒轉矩負載，對調速精度有較高要求，需保持前、后各單元機所要求的速度比不變，因而應選用無速度傳感器矢量控制變頻器，并配置有RS-485通信口，以便于與PLC通信。
　　PLC可編程控制器可選用S7-226CPU,24輸入、16輸出共40個數字量I/O點，2個RS485通信口，6個獨立的30kHz高速計數器，滿足本系統需要。
　　2.2 控制系統
　　該機為可編程控制器PLC控制，變頻調速、觸摸屏操作顯示如圖1所示。

圖1 半精紡梳毛控制系統原理框

　　PLC的一個通信口（如PORT1）以自由口方式與變頻器的PS485通信口進行串行通信連接、PLC的另一個通信口（如PORTO）以PP1協議與觸摸屏通信，完成工藝參數的設定、修改、數據顯示。
　　PLC的功能主要有：
（1）與觸摸屏通信，完成工藝參數的設定、修改、查詢和數據統計顯示故障診斷；
（2）與變頻器通信，完成控制斜簾、平簾變頻器（含電動機）的起動、運行速度和停止；
（3）控制喂毛簾、剝毛輥、毛斗電動機的起、停等邏輯控制；
（4）計算功能：自動喂毛機的自調勻整系將每斗所稱的毛的實際重量與工藝設定的重量通過觸摸屏送至PLC進行比較，根據重量偏差值經計算后調整喂毛時間即延長或縮短喂毛時間，以保證單位時間內喂入的毛料基本相等，起到了自調勻整的作用。
（5）控制自動換筒動作，當滿筒信號（編碼器脈沖計達設定值時）送至PLC,PLC控制換筒電磁閥動作，帶動氣動換筒機構將滿筒推出，并撥進空筒，完成自動換筒。
　　觸摸屏的主要功能是工藝參數的設定、修改、查詢和顯示，全機的操作和故障診斷顯示等設定修改和查詢的工藝參數主要有：
·稱重—每次喂入量；
·定重—梳毛機出機毛條每米的重量；
·滿筒長度—每筒出條毛條長度；
·日期和時間；
·道夫與平簾之間的速比；
·左右稱重量不對稱最大值。
　　顯示的工藝參數主要有：稱重、定重、出條速度、毛條長度、各班產量、最近20稱喂入不勻率，當前時間和日期以及各頻器輸出電壓、電流和頻率等。
　　自診斷功能主要有：
　　診斷左、右皮重超重、喂入不足、喂入超時、左右稱重量不對稱超限、推毛超時未到位、推毛復位超時不到位、電動機過熱（熱繼電器動作）、平簾、斜簾變頻器故障等。
　　3、毛紡粗紗機
　　適用于純毛，人造纖維和合成纖維的純紡或混紡。該機為懸錠毛紡粗紗機。
　　其主要技術特征有：
　　·牽伸倍數4～20；
　　·捻度范圍10～40捻/米；
　　·最高紡紗轉速1200r/min。
　　3.1 電氣傳動和變步器的選型
　　主電機10kW交流異步電機傳動，變頻調速；
　　卷繞電機5kW交流異步電機傳動，變頻調速；
　　龍筋升降電機0.55kW交流異步電機傳動，變頻調速；
　　該機主傳動電動機的負載屬恒轉矩負載，即在各種不同運轉速度下，所需轉矩不變（或基本不變）。恒轉矩負載的功率為：
　　P=ML·n/9550 （1）
　　可見，恒轉矩負載的功率P與轉速n成正比。
　　式（1）中，轉矩M1為折算到電動機軸上的轉矩，其單位是N·M，轉速的單位r/min，功率P的單位是kW。
　　卷繞電動機負載的屬恒功率負載，即在各種不同運轉速度下，所需功率不變（或基本不變），其機械特性（轉矩與轉速的關系曲線）呈雙曲線，恒功率負載的阻轉矩為：
　　ML=9550P/n （2）
　　即恒功率負載的阻轉矩ML與轉速n成反比。負載的恒功率特性實際上是在一定的速度范圍內，因為當速度很低時，受機械強度等的限制，阻轉矩ML不可能無限增大，因而實際上，在很低的速度下，恒功率負載將轉變為恒轉矩負載。
　　龍筋升降電動機的負載類似起重機負載，龍筋運動為升降往復變化，負載經重往復變化，該類負載電動機應配置直接轉矩控制變頻器或采用伺服電動機驅動。但因龍筋升降電動機功率小，負載輕，選用矢量控制變頻器，采用變頻調速也可。
　　主傳動變頻器宜選用矢量控制變頻器，而卷繞變頻器宜選用直接轉矩控制變頻器。
　　3.2 控制系統
　　采用PLC控制，完成粗紗的卷繞成形及牽伸、加捻的同步運行，選用高精度的張力傳感器在線檢測粗紗張力。該信號送至PLC經數據處理和運算后控制變頻器輸出頻率，調節卷繞電動機的轉速以保證粗紗張力穩定，如圖2所示，通過旋轉編碼器檢測捻度齒輪的參數和龍筋升降動程變化量，數據經PLC數據處理和運算后控制龍筋的升降。

圖2 粗紗張力控制原理框圖

采用觸摸屏設定紡紗品種，粗紗質量、捻度、錠翼轉速以及紡紗定長等參數，通過PLC自動控制卷繞張力的大小以保證最少斷頭的錠翼轉速等的匹配關系，顯示機器的運行狀態，提示故障方式和故障位置，實現人機對話，控制系統如圖3所示。

圖3 毛紡粗紗機控制系統原理框圖

　　圖3中，變頻器分別為主電動機、卷繞電動機和龍筋升降電動機調速變頻器，線圈為接觸器線圈。
　　4、毛細紗機
　　適用于纖維平均長度為60～100mm的羊毛、毛型化纖的純紡或混紡
　　主要技術特征：
　　錠數（錠）504、492、480、456等；
　　錠速（r/min）：10000-17000。
　　4.1 電氣傳動和變頻器選型
　　全機主傳采用15kW（對456錠）交流異步電動機傳動，變頻調速。鋼領板升降電機380v，180w，吸風電動機2.2kW、3kW各1臺。
　　毛細紗機主傳動為恒轉矩負載，對調速精度要求較高，宜選用無速度傳感器矢量控制變頻器為宜。
　　4.2 控制系統
　　F2520型毛細紗機采用可編程控制器PLC通過變頻器控制電動機調速，使全機速度按預先設定的紡紗曲線運行。系統主要由PLC、觸摸屏、變頻器、定位控制模塊和伺服系統等組成。框圖如圖4所示。

圖4 毛細紗機控制原理框圖

　　本機采用電子凸輪取代傳統的機械式凸輪，使鋼領板的升降更為平穩。電子凸輪由定位模塊（如西門子EM253模塊）和伺服電機及其驅動器等組成。
5、結束語
　　毛紡機械種類較多，工藝性強，近年來自動技術化水平有了較大提高，然而，與其它紡織機械（如化纖機械、棉紡機械等）相比，應用變頻調速，計算機技術還不夠普及、水平還不夠高。另外，還有不少毛紡機械至今仍未采用變頻調速等高新技術。也就是說毛紡機械的技術改造工作量還較大，需要同行共同為毛紡機械技術水平的提升盡力。