變頻器在紡粘法不織造布生產線中的應用

　　1、引言
　　不織造布與一般的機織布或者針織布不一樣，不織造布是一種經加固的定向排列或雜亂排列的纖維網。不織造布的工業生產的方法有很多種，例如紡粘法、干法、熔噴法等。不同的生產方法主要是對纖維的鋪網和纖維的加固方法不同，從而生產的不織造布品種也就各異。本文所介紹的紡粘法不織造布生產線采用聚合物切片為原料。經熔融紡絲、拉伸成網和粘合而制成不織造布，紡粘法不織造布生產的設備流程為：
　　聚合物切片→螺桿擠壓機→熔體過濾→計量泵→噴絲板→側吹風→擺絲裝置→氣流牽伸→成網機→壓布輥→熱軋機→切邊卷繞機。
　　生產線的主要技術特征為：
　　非織造布幅寬為2500mm;
　　紡絲部位為24位;
　　熱軋機速度為6～60m/min;
　　成網輸送速度為10～125m/min。
　　2、生產線組成及電氣傳動
　　紡粘法不織造布生產線由以下10種機臺組成。
　　（1）螺桿擠壓機
　　主要作用是輸送、熔融和混煉高分子聚合物，并使熔體在一定的溫度、壓力下連續擠出。螺桿擠壓機的規格主要用螺桿直徑標稱，不同直徑螺桿對高聚物的熔融能力不同。其驅動功率也不一樣，本機螺桿直徑為Φ150mm,選用110kW交流異步電動機傳動。變頻高速。
　　（2）紡絲泵
　　紡絲泵又稱計量泵，主要是對熔體增壓并定量的由噴絲板噴咀噴出。本機共24臺紡絲泵，每臺紡絲泵均由一臺永磁同步電動機和變頻器（1～1.5kW）傳動，采用變頻調速。選用泵類專用變頻器或v/f控制通用變頻器均可。
　　（3）側吹風
　　主要是對噴絲板噴出的絲束進行冷卻。
　　側吹風風機由交流異步電動機（12kW）傳動，變頻調速，選用風機專用變頻器或v/f控制通用變頻器均可。
　　（4）擺絲裝置
　　主要是使絲束經分絲后由一對擺絲輥的往復擺動，使絲束交叉鋪放在成網簾上形成纖維網。
　　擺絲裝置的主傳動為交流異步電動機（2.2kW）變頻調速，擺絲裝置負載雖輕，但是往復變化，應選用無速度傳感器的矢量控制變頻器。
　　（5）氣流牽伸
　　主要是對絲束進行氣流牽伸，氣流牽伸需要控制風壓穩定。
　　氣流牽伸風機由一臺交流異步電動機傳動，變頻調速，通過PID調節器控制風壓。
　　另設有網下吸風裝置配合氣流牽伸完成對絲束的牽伸。網下吸風裝置設有2臺風機，分別由2臺變頻器供電，變頻調速。
　　（6）成網機
　　主要是將絲束制成纖網。
　　成網機由交流異步電動機傳動（7.5kW）,變頻器調速。
　　（7）壓布輥
　　主要是對網狀絲加壓，有利于下道工序（熱軋機）加工。
　　壓布機由45kW交流異步電動傳動、變頻調速，壓布輥屬恒轉矩員載。調速范圍較大，宜選用無速度傳感器矢量控制變頻器。
　　（8）熱軋機
　　主要是對纖維網通過加熱、加壓、加固制成不織造布產品。熱軋輥筒由熱油循環方式加熱，溫度約為170℃～180℃。
　　熱軋機由交流異步電動機傳動（10kW）、變頻調速。熱軋機屬恒轉矩負載，且調速范圍大（10∶1）宜選用同容量的矢量控制變頻器。
　　（9）切邊卷繞機
　　主要是將熱軋后纖維網切邊并卷繞成卷。
　　卷繞機采用交流異步電動傳動（10kW）、變頻調速。卷繞機為恒轉矩負載。調速范圍較大，宜選用同容量的矢量控制變頻器。切邊由交流電動機單獨傳動，不變速。
　　3、控制系統
　　該生產線的控制系統包括兩部分。從螺桿到氣流牽伸為第一部分，從成網機到卷繞機為第二部分。第一部分為可編程控制器PLC通過RS-485串口與變頻器通信，并控制變頻器V1-V7的運行，包括起動、調頻、運行和停止等。
　　（1）系統中的主要單元機的控制
　　●螺桿擠壓機采用壓力閉環控制。即熔體壓力通過壓力傳感器檢測，由壓力調節器對壓力信號進行數據運算處理后輸出壓力反饋信號與壓力給定信號疊加，若壓力超過設定值。變頻器降低輸出頻率，使螺桿速度降低。從而降低熔體壓力。反之，則提高螺桿速度，由此，穩定熔體壓力不超過允許的壓力偏差范圍。如圖1所示。

圖1螺桿擠壓機熔體壓力控制方框圖

　　●計量泵也稱紡絲泵。一般采用永磁同步電動機傳動，變頻調速。同步電動機轉速n0=60f/p僅取決于頻率f和極對數p，而與負載大小無關。當今，變頻器的頻率精度可達到±0.01%，故同步電動機開環控制便可達到高精度調速，本機24臺紡絲泵分別用24臺小變頻器單獨供電，由于頻率精度達到±0.01%。故24臺紡絲泵能達到高精度同步調速，可滿足工藝要求。為降低成本，24臺紡絲泵也可采用一臺大容量頻率器供電統一變頻調速。如圖2所示。

圖2多臺同步電動機統一調頻調速

　　此種情況下，對變頻器的精度要求不高，因各臺同步電動機M1-Mn的供電頻率相同。因此，轉速亦相同。同樣可達到高精度同步調速。此時，變頻器應選用v/f控制方式的通用變頻器。因為磁通矢量控制方式的變頻器都是基于對電動機參數的計算。這種參數的計算，只能針對某一臺電動機。因而磁通矢量控制方式的變頻器只能用于驅動一臺電動機，而不能用于驅動多臺電動機。
　　變頻器容量的選擇主要考慮變頻器輸出電流應大于各同步電動機額定電流之和（Im1+……Imn）的2倍以上。
　　●側吹風，擺絲和各風機變頻器均通過RS-485串口協議與PLC通信，其輸出頻率可根據工藝要求單獨調。
　　（2）控制系統控制原理框圖如圖3所示。

圖3紡粘法不織造布生產線第一部分控制系統的原理框圖

　　圖中：U1為螺桿變頻器;U21U44為計量泵變頻器;U3為側吹風變頻器;U4為擺絲變頻器;U5、U6、U7分別為氣流牽伸，網下吸風風機（2臺）變頻器。
　　（3）第二部分包括成網、壓布、熱軋和切邊卷4臺單元機，它由另一臺PLC和觸摸屏通過RS-485串口協議與4臺變頻器U11-U14進行串口通訊，控制成網機、熱軋機和卷繞機的比例同步調運轉。該4臺單元機之間無松緊或張力調節棍進行速度微調，完全靠其調速精度來保證4臺單元機速度的比例同步。因而，該4臺單元機均選用編碼器作速度反饋檢測以構成速度閉環控制系統，壓布輥與成網機和熱軋機的速度無嚴格要求，因而，開環控制即可，如圖4所示。

圖4紡粘生產線-0第2部分控制系統原理框圖

　　（4）觸摸屏與PLC通過RS-485串口協議通信，觸摸屏主要用于設定、修改、顯示全生產線和各單元的運轉速度，生產量統計，以及監視各變頻器和生產線的運行狀況和故障診斷等。
　　4、結束語
　　不織造布生產工藝流程短、效率高、成本低，因此發展較快。但目前國內不織造布生產設備的自動化技術水平相對其它紡織機械來說還不高，采用變頻器等高新技術還不夠普遍。