高性能的Power Flex 700變頻器

醋酸纖維工業屬紡織工業，早在上個世紀二十年代就實現了工業化生產。煙用二醋酸纖維素絲束是一種技術含量較高、品質較高的產品。我國在七十年代、八十年代曾進行了大量的絲束生產工業化試驗，最終因產品質量達不到要求而擱淺。直到八十年代末，通過技貿結合的方式引進美國塞拉尼斯（Celanese）生產技術，在江蘇南通建立了國內第一家生產企業-南通醋酸纖維有限公司，才開始了國產絲束，結束了我國高品質煙用絲束長期以來全部依賴進口的歷史。此后又相繼建成珠纖、昆纖、惠大三家醋纖生產企業，并自行研制開發了31個新品、350孔紡絲工藝、絲束生產關鍵設備紡絲機、卷曲機等，形成了有自主知識產權的絲束生產工業。

絲束生產的關鍵設備是紡絲機和卷曲機，絲束產品規格的調整、產品質量合格與否，其決定因素是“三速”控制。即計量泵速度、喂絲輥速度、卷曲機速度的控制。

昆明醋酸纖維公司，自95年建廠時就采用了美國羅克韋爾公司的變頻器（1336系列），使生產煙用絲束產品質量達到了國際最高標準要求，滿足了國內煙草生產對絲束的要求，特別是2004年采用羅克韋爾AB公司新一代高性能的Power Flex 系列變頻器后，使昆纖產品在生產規格多樣化、工藝技改、實時系統控制、生產穩定性、提高產能等，有了更加得心應手的能力。

2．絲束生產工藝與“三速”控制；

絲束生產工藝主要是將二醋片經漿液制備、3級過濾、紡絲、卷曲、干燥、擺絲、打包7個主工藝段來完成絲束生產和包裝。輔助工藝主要是丙酮回收、助濾劑制備、TiO₂漿液配制、ST-90制備、公用生產介質（工藝水、軟水、蒸汽等）、空調系統等。其中生產不同規格產品、產品質量合格與否的關鍵是紡絲和卷曲。

2.1 紡絲和卷曲工藝

圖1、紡絲機工藝示意圖

二醋片經漿液制備、3級過濾后,經制漿段S泵打到紡絲機上端的漿液總管,在漿液總內反復打循環合格后,由大計量泵控制漿液總量，漿液從紡絲機上144個漿液分支管，經對應的144個高精度計量泵控制，計量泵的速度決定了絲束生產的規格。計量泵在運轉時把漿液分支管送來的漿液定量送入燭形過濾器，漿液經燭形過濾器后進入漿液預熱器，預熱的高壓漿液經噴絲帽的三層過濾后由噴絲孔噴出,噴出的漿液與紡絲機甬道上部的預熱空氣一起向下運動，噴絲帽噴出的漿液在均勻熱空氣的作用下蒸發出丙酮和水份，到甬道底部時形成醋酸纖維單絲。通過喂絲輥的運轉將絲從甬道內牽出，通過集絲V形板和集絲羅拉，把單絲匯集成一股絲束,每股絲束經上油輥獲取所需的外油含量，再繞過喂絲輥通過節點捕捉器至轉向羅拉轉90⁰度后，匯集于絲帶，根據不同品種要求(20—60)的絲股匯集成絲束帶。從紡絲機出來的絲帶,在卷曲機對棍的牽引下絲帶平展地進入卷曲機腔, 卷曲機腔內受卷曲機壓版的壓縮變成卷曲絲束,然后噴入卷曲機鋪絲器槽,沿槽往下運動后進干燥器,經干燥除丙酮、水份后進入擺絲，打包后完成絲束成品。

(絲束是非常細的,目前生產的絲束規格一根9000米長的絲重為2-4克)

2.2 絲束的質量與“三速”的關系:

從紡絲和卷曲工藝可見,絲束生產的關鍵是在紡絲機和卷曲機上完成的,其產品規格和質量也是在紡絲機和卷曲機段完成的。控制絲束產品規格、質量、產量的核心工作均集中于“三速”控制，即計量泵、喂絲輥、卷曲機對輥的速度。

計量泵、喂絲輥、卷曲機速度控制，每一環節決定絲帶的內在、外在質量，每一個環節要求極其穩定、控制精度要求高；另外“三速”的一致性是致命的技術要求，整個生產過程中,”三速”匹配后反應出絲帶的線速度必須越一致越好，只要有一點匹配不好，絲束生產穩定性和連續性就受到挑戰,絲束斷帶、質量不合格。

2.3紡絲速度和“三速”控制方案：

紡絲速度是絲束生產質量和產量的決定因素。貫穿整個紡絲生產過程中的重要速度，除“三速”外還有上油輥速度、干燥機鏈板速度，擺絲機對輥速度，每一根合格絲都要經過上速幾個速度的有效匹配控制。生產中幾個速度做到反應在絲帶上的線速度一致性越好，質量、產能越高，生產越穩定和連續。

紡絲速度控制，通常以“三速”中喂絲輥速度為中心，以“三速”控制為主，輔以上油輥速度、干燥機鏈板速度，擺絲機對輥速度，最終完成整個絲束生產的控制。

圖2、紡絲速度控制邏輯關系示意圖、速度控制回路示意圖(以喂絲輥速度為例
在實際生產中,一臺變頻器控制一臺大計量泵速度,通過大計量泵控制144臺小計量的漿液速度;一臺喂絲輥控制144股絲,又由4臺卷曲機配合完成對同一喂絲輥的絲帶進行卷曲,每一臺紡絲機要對應配合8臺卷曲機，由于各設備功率、軸徑、工作位置等不同,使”三速”控制變得更加困難。

為做好這些速度的控制，昆纖工程對這些設備速度的控制方案，都采用了羅克韋爾AB公司的變頻器，二期工程采用新一代Power Flex系列變頻器。采用同一廠家、同一系列，使其有較好的一致性，較成功的決解了紡絲“三速”控制一致性的問題，使昆纖公司開展的工改，生產不同規格、品種的產品，開發企業潛能，提速增產增收都變得能得心應手。

3．Power Flex系列變頻器功能及運用效果

羅克韋爾AB公司Power Flex系列變頻器是一個大家族，主要分為Power Flex 4系列和Power Flex 7系列兩個等級。每個等級中的變頻器，針對運用需求又分為幾種產品，每一種產品中又根據性能要求不同分為不同檔次的產品，這對用戶在使用時，既能選到滿足生產要求的變頻器，又能節約生產投入成本。

昆纖公司絲束生產中選用的Power Flex 系列變頻器，主要是Power Flex 40、70、700變頻器，是根據工藝控制性能要求和使用環境要求等考慮。選型合理對確保運用效果是非常重要的。本文結合昆纖公司的特點簡要交流Power Flex700變頻器功能和運用效果：

①．Power Flex 700變頻器：控制方式中主要有基本型和帶AB專利FORCE技術的磁場定向控制；兩種不同的選擇對電機速度控制精度要求是有很大差異，當然費用也不一樣；選用基本型對電機速度控制精度為0.5%；選用帶FORCE技術的速度控制精度為0.001%。在選基本型變頻器時，如果要采用無速度傳感器矢量控制方式，選擇帶不帶編碼器對速度控制精度也是有很大差異的，不帶編碼器對速度控制精度為0.5%，帶編碼器反饋對速度控制精度為0.001%。不同的選型對應性能和價格是有差異的。昆纖“三速”控制的關鍵是“三速”控制后反應的絲束線速度一致性，對單設備速度控制主要是穩定性，故選用Power Flex 700變頻器標準型配置。

② Power Flex 700變頻器：25HP以下的都內置有動態制動單元。動態制動單元對調速性能要求高，特別對需要快速減速的性能有極好的改善。昆纖絲束生產因需要適應市場對不同規格產品需求，工改需要調速頻繁，故在選型時對紡絲、卷曲機配的變頻器都考慮了帶動態制動單元。

③．Power Flex 700變頻器：內置有EMC濾波器和輸出共模磁心，能夠滿足全求EMC電磁兼容性的要求，提供了一體化的集成解決方案；

④．Power Flex 700變頻器有較好的網絡控制功能，有利于昆纖實現了電氣馬達調速控制與過程控制系統PCS7，全廠管理控制系統，實時狀態在線監視系統等，有效的通信和控制連接。

⑤、Power Flex 700變頻器采用了通用人機界面。人機界面包括LCD人機界面模塊和基于PC的組態軟件。昆纖為完善對變頻系統的管理，還配置了DriveTools2000TM 在離線和診斷軟件，DriveExplorerTM在線組態軟件等，通過這些工具軟件，對全廠變頻器組態和化、設置和定值管理、故障診斷分析處理、實施預防維修等，都有較大改善。

圖三、中心控制室（PCS7系統—變頻器控制）示意圖

AB公司的Power Flex系列變頻器是一個功能強大、操作靈活、適應性強、使用經濟性好的家族產品。除硬件選型時要關注需求功能外，在安裝后對其編程組態,做好運用功能選擇、參數設置也是非常重要的。昆纖在使用Power Flex系列變頻器時，因設置不當也發生過導致影響生產的事故，如擺絲機因減速時間設置不當，在快速減速時導致故障停機，后修改減速時間設置就解決了問題。

綜上所述，變頻器的運用效果，一是設備選型非常重要，設備本身的性能決定對生產的保障能力。設備選定安裝后，做好對其性能的掌握和運用也是非常重要的工作。昆纖使用羅克韋爾公司變頻器100多臺，新一代高性能的Power Flex 系列60多臺，自95年投運到現在，沒有發生一次變頻器本身的設備事故，其間發生的一些生產事故，經分析都屬選型不當和運用時參數設置不當的問題，AB變頻器為昆纖生產高品質絲束和穩定、連續生產，做出了很大的貢獻。

4．應用體會

通過一期工程（95年）使用羅克韋爾公司1336系列變頻器，二期工程（2004年）采用Power Flex系列變頻器，我們體會到羅克韋爾公司變頻器是高質量，高性能的產品。特別是最新一代Power Flex系列變頻器，功能更強大、操作更靈活、對各類設備、使用環境的適應性更強。對有特殊功能要求，如高精度速度控制、苛刻場所應用、多臺設備同步性能一致性控制等，都能取得較好的控制效果。昆纖在使用中體會到Power Flex系列變頻器，實施對生產設備控制的穩定性、調速性能、網絡功能、與工藝過程的聯控等，都有較好的效果。

(附：投稿人：姚金坤（YaoJinKun）; 男.1965年1月2日生.電氣工程師.昆明醋酸纖維有限公司、電儀車間主任。

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聯系地址：昆明市穿金路725號:昆明醋酸纖維有限公司電儀工段; 郵編:650224

（725 Chuan Jin Road Kunming P.R.C;Kunming Cellulose Fibers CO.LTD. P.C;650224）

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紡絲機

卷曲機

圖三、中心控制室（PCS7—系統）示意圖

他國

圖4、丙酮回收裝置示意圖