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1 引言
在棉紡錠紡紗工藝中，粗紗工序有著舉足輕重的地位，十多年來(lái)我國(guó)紡織企業(yè)，以新型的懸錠粗紗機(jī)逐步取代托錠粗紗機(jī)，紡紗速度和質(zhì)量得到了發(fā)展和提高。懸錠粗紗機(jī)(以下簡(jiǎn)稱粗紗機(jī))的主傳動(dòng)普遍采用了變頻調(diào)速技術(shù)，并且其主傳動(dòng)隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展得到了新的發(fā)展。
2 變頻調(diào)速技術(shù)在粗紗機(jī)上應(yīng)用情況的概述
根據(jù)紡紗工藝的要求，粗紗機(jī)將棉條經(jīng)羅拉牽伸后，由前羅拉出紗，進(jìn)行加捻，然后按照卷裝成形的要求，將紗卷繞在筒管上，由于前羅拉出紗速度是恒定的，而卷繞速度是隨著卷繞直徑的增大按反比例降速，傳統(tǒng)的粗紗機(jī)采用機(jī)械式錐輪變速機(jī)構(gòu)，皮帶在上、下錐輪上移動(dòng)，達(dá)到改變卷繞和升降速度，完成粗紗卷繞成形。
2.1 單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的粗紗機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)
整臺(tái)機(jī)器主傳動(dòng)由一臺(tái)交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，為了解決電機(jī)啟動(dòng)時(shí)升速太快引起粗紗的斷頭或者產(chǎn)生粗紗條干不均勻等質(zhì)量問(wèn)題，傳統(tǒng)的解決方案，在交流電機(jī)主回路中串聯(lián)電抗器，另外在紡制不同品種需要改變?nèi)珯C(jī)速度時(shí)，由人工替換皮帶輪方式實(shí)現(xiàn)變速。自從有了小體積的變頻器產(chǎn)品后，粗紗機(jī)均采用了變頻調(diào)速的主傳動(dòng)方式，這種方式提高了機(jī)器的性能，操作方便，但仍保留錐輪變速機(jī)構(gòu)。
2.2 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的粗紗機(jī)應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)
有錐輪變速機(jī)構(gòu)的粗紗機(jī)，由于皮帶傳動(dòng)變速的不穩(wěn)定，控制精度低，掌握難，往往引起產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)。20世紀(jì)90年代中期，國(guó)內(nèi)多家生產(chǎn)粗紗機(jī)的主機(jī)廠開(kāi)發(fā)成功采用2臺(tái)電機(jī)(或3臺(tái)電機(jī))驅(qū)動(dòng)的粗紗機(jī)，1臺(tái)機(jī)器用2臺(tái)(或3臺(tái))變頻器，其中一臺(tái)變頻器控制羅拉和錠翼的速度，另一臺(tái)變頻器控制卷繞和升降速度，從而取消了傳統(tǒng)的錐輪變速機(jī)構(gòu)。從技術(shù)上講，由于卷繞和升降由單獨(dú)電機(jī)傳動(dòng)，必須解決筒管卷繞直徑增大相對(duì)應(yīng)其速度的變化規(guī)律，建立一個(gè)正確的數(shù)字模型來(lái)控制。但在實(shí)際生產(chǎn)中單就正確的數(shù)學(xué)模型尚不能保證卷繞電機(jī)與前羅拉電機(jī)之間的正確匹配，保持粗紗的恒張力卷繞，尚需采取其他一些技術(shù)措施。
90年代末國(guó)內(nèi)有7~8家主機(jī)廠先后成功采用4臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的粗紗機(jī)，取消了錐輪變速機(jī)構(gòu)和成型換向機(jī)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)一步簡(jiǎn)化，推動(dòng)了我國(guó)粗紗設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步。在電機(jī)和控制器方面出現(xiàn)多種方案，多數(shù)企業(yè)采用4臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)方案，即4臺(tái)變頻器分別控制羅拉、錠翼、卷繞、升降4個(gè)部件的速度，少數(shù)廠采用了2臺(tái)變頻器和2臺(tái)交流伺服方案或1臺(tái)變頻器和3臺(tái)交流伺服方案。
2.3 變頻器在粗紗機(jī)上應(yīng)用的市場(chǎng)容量
近幾年我國(guó)粗紗機(jī)的年生產(chǎn)量約在3000~3500臺(tái)的水平，其配套用變頻器年需求量約在4000臺(tái)的水平。目前生產(chǎn)的粗紗機(jī)的單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的粗紗機(jī)占較大比重，因價(jià)格較低。多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的粗紗機(jī)，速度高、性能好，但由于價(jià)格偏高，其銷量?jī)H占10%左右，另外多電機(jī)驅(qū)動(dòng)的粗紗機(jī)以計(jì)算機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，目前尚難保證無(wú)故障，用戶有所顧慮，也是影響推廣這一新技術(shù)的一個(gè)因素，但多電機(jī)驅(qū)動(dòng)方案必將成為發(fā)展方向，變頻器的需求量也將逐步增長(zhǎng)。
3 應(yīng)用實(shí)例
目前國(guó)內(nèi)4電機(jī)驅(qū)動(dòng)的粗紗機(jī)的控制系統(tǒng)分為三種類型:
第一種類型，粗紗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用以PLC為主控器，工控機(jī)作為上位機(jī)，用RS-485通訊方式，控制4臺(tái)變頻器和變頻電機(jī)調(diào)速。
第二種類型，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自行開(kāi)發(fā)的專用控制器(用單片級(jí)組成)，選用RS-485通訊方式，控制4臺(tái)變頻器和變頻電機(jī)調(diào)速。
第三種類型，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用以PCC(可編程計(jì)算機(jī)控制器)為主控器，采用CAN總線通訊方式，控制4臺(tái)變頻器和變頻電機(jī)調(diào)速。
三種控制系統(tǒng)各有特點(diǎn)，而且均獲得成功，其性能都滿足生產(chǎn)工藝的要求，并批量生產(chǎn)提供紡織企業(yè)生產(chǎn)使用。下面僅介紹第三種控制系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例。
3.1 粗紗機(jī)電氣控制系統(tǒng)的特點(diǎn)
電氣控制系統(tǒng)的框圖，如附圖所示。
附圖 采用PCC和CANBUS的4臺(tái)變頻器和變頻電機(jī)的控制系統(tǒng)框圖
3.2 主要設(shè)備選用
(1) 主控器
主控器選用奧地利貝加萊公司的PCC，它的特點(diǎn)是一種面向運(yùn)動(dòng)控制、過(guò)程控制和網(wǎng)絡(luò)控制的專用控制器，是集標(biāo)準(zhǔn)PLC、數(shù)控系統(tǒng)和工業(yè)計(jì)算機(jī)性能特點(diǎn)于一體的智能控制器，粗紗機(jī)的4臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)和紗線張力反饋，經(jīng)數(shù)學(xué)模型運(yùn)算后，計(jì)算出各電機(jī)的轉(zhuǎn)速，通過(guò)CAN總線調(diào)整各變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
(2) 變頻器
變頻器選用了德國(guó)科比公司的產(chǎn)品，主電路采用共直流母線方式聯(lián)接，主電機(jī)變頻器中的整流器負(fù)擔(dān)4臺(tái)變頻器的直流電源，整流器容量要適當(dāng)放大，不再另加共用整流器。本系統(tǒng)采用共直流母線方案的優(yōu)點(diǎn)是:
l 提高了機(jī)器在升降速過(guò)程中的同步性能，以錠翼轉(zhuǎn)速在1800r/min時(shí)，其升速時(shí)間可控制在10s以內(nèi)，降速時(shí)間在5s以內(nèi)，獲得良好的同步;
l 可降低系統(tǒng)的能耗, 當(dāng)降速時(shí), 大慣量負(fù)載的電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，其能量通過(guò)直流母線反饋給其他電動(dòng)機(jī);
l 機(jī)器一旦失電，可以保持粗紗不斷頭;
l 每臺(tái)變頻電動(dòng)機(jī)均帶有編碼器實(shí)現(xiàn)速度反饋，以求提高速度控制精度，保證了粗紗伸長(zhǎng)率控制在允許范圍內(nèi)。
(3) 電控系統(tǒng)
電控系統(tǒng)采用CAN總線。CAN總線具有可靠性高、實(shí)時(shí)響應(yīng)性好、實(shí)現(xiàn)成本低、通訊協(xié)議簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)、在粗紗機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中可對(duì)多電機(jī)的速度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集、處理反饋給計(jì)算機(jī)，構(gòu)成實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的反饋控制系統(tǒng)。
(4) 人機(jī)界面
采用觸摸屏人機(jī)界面，可以進(jìn)行工藝參數(shù)的設(shè)定，如最高車速、支數(shù)、捻度、徑向卷繞密度、軸向卷繞密度、卷繞系數(shù)、紡紗系數(shù)等、并可隨時(shí)修改、調(diào)用和儲(chǔ)存。一組參數(shù)對(duì)應(yīng)一種紗支，最多可有30種配方供使用。
4 結(jié)束語(yǔ)
粗紗機(jī)采用4電機(jī)分部傳動(dòng)后有如下效果：
(1) 簡(jiǎn)化了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，取消了錐輪變速裝置，自動(dòng)成形變速機(jī)構(gòu)、計(jì)長(zhǎng)裝置;
(2) 主機(jī)速度提高了35%，噪音降低，粗紗斷頭減少，提高了生產(chǎn)效率;
(3) 產(chǎn)品質(zhì)量好，粗紗條干水平達(dá)到USTER公報(bào)5%的水平;
(4) 計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存多品種的最佳工藝, 更換品種十分方便;
(5) 應(yīng)用觸摸屏人機(jī)界面，操作方便、直觀。
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