變頻器在毛紡機(jī)械中的應(yīng)用

　　1、引言
　　毛紡工藝較復(fù)雜，各工序所用的設(shè)備品種、規(guī)格較多，主要的毛紡機(jī)械分為精梳毛紡機(jī)械和粗梳毛紡機(jī)械兩大類，精梳毛紡機(jī)械有洗毛機(jī)、和毛機(jī)、梳毛機(jī)、精梳機(jī)、針梳機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)等。粗梳毛紡機(jī)械有和毛機(jī)、粗紡梳毛機(jī)、環(huán)錠細(xì)紗機(jī)、立錠細(xì)紗機(jī)等，其中洗毛機(jī)、和毛機(jī)目前使用的電控系統(tǒng)較簡(jiǎn)單、單電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、不變速和簡(jiǎn)單變頻調(diào)速，而梳毛機(jī)、精梳機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)、立錠細(xì)紗機(jī)等近年來自動(dòng)化技術(shù)水平發(fā)展較快，普通推廣應(yīng)用了變頻調(diào)速、計(jì)算機(jī)、可編程控制技術(shù)等，并取得了較好效果，本文主要介紹變頻器在精紡梳毛機(jī)、毛粗紗機(jī)和毛細(xì)紗機(jī)上的應(yīng)用例。
　　2、半精紡梳毛機(jī)
　　半精紡梳毛機(jī)用于化纖仿毛半精紡制條，滿足纖維的精細(xì)梳理要求，主要設(shè)備組成為：自動(dòng)喂毛機(jī)→開毛輥→后餳林→后道夫→除草裝置→主餳林→前道夫→自動(dòng)換筒圈條器。
主要技術(shù)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(dòng)及變頻器的選型
　　自動(dòng)喂毛機(jī)的鈄簾、平簾為單獨(dú)交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、變頻調(diào)速，開毛錕、后餳林、后道夫、除草裝置、主餳林等為一臺(tái)主電動(dòng)機(jī)通過邊軸加減速器統(tǒng)一傳動(dòng)，即采用機(jī)械速比來保證各單元之間的工藝速比、主電機(jī)為交流異步電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速。前道夫、圈條器為單獨(dú)交流電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)、變頻調(diào)速。
　　該機(jī)在整個(gè)加工過程中，負(fù)載基本不變，屬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，對(duì)調(diào)速精度有較高要求，需保持前、后各單元機(jī)所要求的速度比不變，因而應(yīng)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(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，2個(gè)RS485通信口，6個(gè)獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，滿足本系統(tǒng)需要。
　　2.2 控制系統(tǒng)
　　該機(jī)為可編程控制器PLC控制，變頻調(diào)速、觸摸屏操作顯示如圖1所示。

圖1 半精紡梳毛控制系統(tǒng)原理框

　　PLC的一個(gè)通信口（如PORT1）以自由口方式與變頻器的PS485通信口進(jìn)行串行通信連接、PLC的另一個(gè)通信口（如PORTO）以PP1協(xié)議與觸摸屏通信，完成工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、數(shù)據(jù)顯示。
　　PLC的功能主要有：
（1）與觸摸屏通信，完成工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、查詢和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(dòng)機(jī)）的起動(dòng)、運(yùn)行速度和停止；
（3）控制喂毛簾、剝毛輥、毛斗電動(dòng)機(jī)的起、停等邏輯控制；
（4）計(jì)算功能：自動(dòng)喂毛機(jī)的自調(diào)勻整系將每斗所稱的毛的實(shí)際重量與工藝設(shè)定的重量通過觸摸屏送至PLC進(jìn)行比較，根據(jù)重量偏差值經(jīng)計(jì)算后調(diào)整喂毛時(shí)間即延長或縮短喂毛時(shí)間，以保證單位時(shí)間內(nèi)喂入的毛料基本相等，起到了自調(diào)勻整的作用。
（5）控制自動(dòng)換筒動(dòng)作，當(dāng)滿筒信號(hào)（編碼器脈沖計(jì)達(dá)設(shè)定值時(shí)）送至PLC,PLC控制換筒電磁閥動(dòng)作，帶動(dòng)氣動(dòng)換筒機(jī)構(gòu)將滿筒推出，并撥進(jìn)空筒，完成自動(dòng)換筒。
　　觸摸屏的主要功能是工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、查詢和顯示，全機(jī)的操作和故障診斷顯示等設(shè)定修改和查詢的工藝參數(shù)主要有：
·稱重—每次喂入量；
·定重—梳毛機(jī)出機(jī)毛條每米的重量；
·滿筒長度—每筒出條毛條長度；
·日期和時(shí)間；
·道夫與平簾之間的速比；
·左右稱重量不對(duì)稱最大值。
　　顯示的工藝參數(shù)主要有：稱重、定重、出條速度、毛條長度、各班產(chǎn)量、最近20稱喂入不勻率，當(dāng)前時(shí)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(shí)、左右稱重量不對(duì)稱超限、推毛超時(shí)未到位、推毛復(fù)位超時(shí)不到位、電動(dòng)機(jī)過熱（熱繼電器動(dòng)作）、平簾、斜簾變頻器故障等。
　　3、毛紡粗紗機(jī)
　　適用于純毛，人造纖維和合成纖維的純紡或混紡。該機(jī)為懸錠毛紡粗紗機(jī)。
　　其主要技術(shù)特征有：
　　·牽伸倍數(shù)4～20；
　　·捻度范圍10～40捻/米；
　　·最高紡紗轉(zhuǎn)速1200r/min。
　　3.1 電氣傳動(dòng)和變步器的選型
　　主電機(jī)10kW交流異步電機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速；
　　卷繞電機(jī)5kW交流異步電機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速；
　　龍筋升降電機(jī)0.55kW交流異步電機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速；
　　該機(jī)主傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載屬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，即在各種不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度下，所需轉(zhuǎn)矩不變（或基本不變）。恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的功率為：
　　P=ML·n/9550 （1）
　　可見，恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的功率P與轉(zhuǎn)速n成正比。
　　式（1）中，轉(zhuǎn)矩M1為折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩，其單位是N·M，轉(zhuǎn)速的單位r/min，功率P的單位是kW。
　　卷繞電動(dòng)機(jī)負(fù)載的屬恒功率負(fù)載，即在各種不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度下，所需功率不變（或基本不變），其機(jī)械特性（轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系曲線）呈雙曲線，恒功率負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩為：
　　ML=9550P/n （2）
　　即恒功率負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩ML與轉(zhuǎn)速n成反比。負(fù)載的恒功率特性實(shí)際上是在一定的速度范圍內(nèi)，因?yàn)楫?dāng)速度很低時(shí)，受機(jī)械強(qiáng)度等的限制，阻轉(zhuǎn)矩ML不可能無限增大，因而實(shí)際上，在很低的速度下，恒功率負(fù)載將轉(zhuǎn)變?yōu)楹戕D(zhuǎn)矩負(fù)載。
　　龍筋升降電動(dòng)機(jī)的負(fù)載類似起重機(jī)負(fù)載，龍筋運(yùn)動(dòng)為升降往復(fù)變化，負(fù)載經(jīng)重往復(fù)變化，該類負(fù)載電動(dòng)機(jī)應(yīng)配置直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器或采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。但因龍筋升降電動(dòng)機(jī)功率小，負(fù)載輕，選用矢量控制變頻器，采用變頻調(diào)速也可。
　　主傳動(dòng)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(zhuǎn)矩控制變頻器。
　　3.2 控制系統(tǒng)
　　采用PLC控制，完成粗紗的卷繞成形及牽伸、加捻的同步運(yùn)行，選用高精度的張力傳感器在線檢測(cè)粗紗張力。該信號(hào)送至PLC經(jīng)數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算后控制變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)卷繞電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速以保證粗紗張力穩(wěn)定，如圖2所示，通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)捻度齒輪的參數(shù)和龍筋升降動(dòng)程變化量，數(shù)據(jù)經(jīng)PLC數(shù)據(jù)處理和運(yùn)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(shè)定紡紗品種，粗紗質(zhì)量、捻度、錠翼轉(zhuǎn)速以及紡紗定長等參數(shù)，通過PLC自動(dòng)控制卷繞張力的大小以保證最少斷頭的錠翼轉(zhuǎn)速等的匹配關(guān)系，顯示機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)，提示故障方式和故障位置，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，控制系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 毛紡粗紗機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖

　　圖3中，變頻器分別為主電動(dòng)機(jī)、卷繞電動(dòng)機(jī)和龍筋升降電動(dòng)機(jī)調(diào)速變頻器，線圈為接觸器線圈。
　　4、毛細(xì)紗機(jī)
　　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(shù)特征：
　　錠數(shù)（錠）504、492、480、456等；
　　錠速（r/min）：10000-17000。
　　4.1 電氣傳動(dòng)和變頻器選型
　　全機(jī)主傳采用15kW（對(duì)456錠）交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，變頻調(diào)速。鋼領(lǐng)板升降電機(jī)380v，180w，吸風(fēng)電動(dòng)機(jī)2.2kW、3kW各1臺(tái)。
　　毛細(xì)紗機(jī)主傳動(dòng)為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，對(duì)調(diào)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(tǒng)
　　F2520型毛細(xì)紗機(jī)采用可編程控制器PLC通過變頻器控制電動(dòng)機(jī)調(diào)速，使全機(jī)速度按預(yù)先設(shè)定的紡紗曲線運(yùn)行。系統(tǒng)主要由PLC、觸摸屏、變頻器、定位控制模塊和伺服系統(tǒng)等組成。框圖如圖4所示。

圖4 毛細(xì)紗機(jī)控制原理框圖

　　本機(jī)采用電子凸輪取代傳統(tǒng)的機(jī)械式凸輪，使鋼領(lǐng)板的升降更為平穩(wěn)。電子凸輪由定位模塊（如西門子EM253模塊）和伺服電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器等組成。
5、結(jié)束語
　　毛紡機(jī)械種類較多，工藝性強(qiáng)，近年來自動(dòng)技術(shù)化水平有了較大提高，然而，與其它紡織機(jī)械（如化纖機(jī)械、棉紡機(jī)械等）相比，應(yīng)用變頻調(diào)速，計(jì)算機(jī)技術(shù)還不夠普及、水平還不夠高。另外，還有不少毛紡機(jī)械至今仍未采用變頻調(diào)速等高新技術(shù)。也就是說毛紡機(jī)械的技術(shù)改造工作量還較大，需要同行共同為毛紡機(jī)械技術(shù)水平的提升盡力。