PI3381 变频调速在粗纱机上的应用

1 引言
PI3381  在棉纺锭纺纱工艺中，粗纱工序有着举足轻重的地位，十多年来我国纺织企业，以新型的悬锭粗纱机逐步取代托锭粗纱机，纺纱速度和质量得到了发展和提高。悬锭粗纱机(以下简称粗纱机)的主传动普遍采用了变频调速技术，并且其主传动随着变频调速技术的发展得到了新的发展。

2 变频调速技术在粗纱机上应用情况的概述
PI3381  根据纺纱工艺的要求，粗纱机将棉条经罗拉牵伸后，由前罗拉出纱，进行加捻，然后按照卷装成形的要求，将纱卷绕在筒管上，由于前罗拉出纱速度是恒定的，而卷绕速度是随着卷绕直径的增大按反比例降速，传统的粗纱机采用机械式锥轮变速机构，皮带在上、下锥轮上移动，达到改变卷绕和升降速度，完成粗纱卷绕成形。

2.1 单电机驱动的粗纱机应用变频调速技术
整台机器主传动由一台交流异步电动机驱动，为了解决电机启动时升速太快引起粗纱的断头或者产生粗纱条干不均匀等质量问题，传统的解决方案，在交流电机主回路中串联电抗器，另外在纺制不同品种需要改变全机速度时，由人工替换皮带轮方式实现变速。自从有了小体积的变频器产品后，粗纱机均采用了变频调速的主传动方式，这种方式提高了机器的性能，操作方便，但仍保留锥轮变速机构。

2.2 多电机驱动的粗纱机应用变频调速技术
PI3381  有锥轮变速机构的粗纱机，由于皮带传动变速的不稳定，控制精度低，掌握难，往往引起产品质量的波动。20世纪90年代中期，国内多家生产粗纱机的主机厂开发成功采用2台电机(或3台电机)驱动的粗纱机，1台机器用2台(或3台)变频器，其中一台变频器控制罗拉和锭翼的速度，另一台变频器控制卷绕和升降速度，从而取消了传统的锥轮变速机构。从技术上讲，由于卷绕和升降由单独电机传动，必须解决筒管卷绕直径增大相对应其速度的变化规律，建立一个正确的数字模型来控制。但在实际生产中单就正确的数学模型尚不能保证卷绕电机与前罗拉电机之间的正确匹配，保持粗纱的恒张力卷绕，尚需采取其他一些技术措施。
90年代末国内有7~8家主机厂先后成功采用4台电动机驱动的粗纱机，取消了锥轮变速机构和成型换向机构，机械结构进一步简化，推动了我国粗纱设备的技术进步。在电机和控制器方面出现多种方案，多数企业采用4台变频器驱动方案，即4台变频器分别控制罗拉、锭翼、卷绕、升降4个部件的速度，少数厂采用了2台变频器和2台交流伺服方案或1台变频器和3台交流伺服方案。

2.3 变频器在粗纱机上应用的市场容量
近几年我国粗纱机的年生产量约在3000~3500台的水平，其配套用变频器年需求量约在4000台的水平。目前生产的粗纱机的单电机驱动的粗纱机占较大比重，因价格较低。多电机驱动的粗纱机，速度高、性能好，但由于价格偏高，其销量仅占10%左右，另外多电机驱动的粗纱机以计算机为核心的控制系统，目前尚难保证无故障，用户有所顾虑，也是影响推广这一新技术的一个因素，但多电机驱动方案必将成为发展方向，变频器的需求量也将逐步增长。

3 应用实例
PI3381  目前国内4电机驱动的粗纱机的控制系统分为三种类型:
第一种类型，粗纱机控制系统设计采用以PLC为主控器，工控机作为上位机，用RS-485通讯方式，控制4台变频器和变频电机调速。
第二种类型，控制系统设计采用自行开发的专用控制器(用单片级组成)，选用RS-485通讯方式，控制4台变频器和变频电机调速。
第三种类型，控制系统设计采用以PCC(可编程计算机控制器)为主控器，采用CAN总线通讯方式，控制4台变频器和变频电机调速。
三种控制系统各有特点，而且均获得成功，其性能都满足生产工艺的要求，并批量生产提供纺织企业生产使用。下面仅介绍第三种控制系统的应用实例。

3.1 粗纱机电气控制系统的特点
电气控制系统的框图，如附图所示。

附图 采用PCC和CANBUS的4台变频器和变频电机的控制系统框图

3.2 主要设备选用
(1) 主控器
主控器选用奥地利贝加莱公司的PCC，它的特点是一种面向运动控制、过程控制和网络控制的专用控制器，是集标准PLC、数控系统和工业计算机性能特点于一体的智能控制器，粗纱机的4台电动机同步运转和纱线张力反馈，经数学模型运算后，计算出各电机的转速，通过CAN总线调整各变频电机的转速。
(2) 变频器
变频器选用了德国科比公司的产品，主电路采用共直流母线方式联接，主电机变频器中的整流器负担4台变频器的直流电源，整流器容量要适当放大，不再另加共用整流器。本系统采用共直流母线方案的优点是:
l 提高了机器在升降速过程中的同步性能，以锭翼转速在1800r/min时，其升速时间可控制在10s以内，降速时间在5s以内，获得良好的同步;
l 可降低系统的能耗, 当降速时, 大惯量负载的电动机处于发电机状态，其能量通过直流母线反馈给其他电动机;
l 机器一旦失电，可以保持粗纱不断头;
l 每台变频电动机均带有编码器实现速度反馈，以求提高速度控制精度，保证了粗纱伸长率控制在允许范围内。
(3) 电控系统
电控系统采用CAN总线。CAN总线具有可靠性高、实时响应性好、实现成本低、通讯协议简单等优点、在粗纱机生产过程中可对多电机的速度等参数进行实时监测、采集、处理反馈给计算机，构成实时性较强的反馈控制系统。
(4) 人机界面
采用触摸屏人机界面，可以进行工艺参数的设定，如最高车速、支数、捻度、径向卷绕密度、轴向卷绕密度、卷绕系数、纺纱系数等、并可随时修改、调用和储存。一组参数对应一种纱支，最多可有30种配方供使用。

4 结束语
粗纱机采用4电机分部传动后有如下效果：
(1) 简化了复杂的机械结构，取消了锥轮变速装置，自动成形变速机构、计长装置;
(2) 主机速度提高了35%，噪音降低，粗纱断头减少，提高了生产效率;
(3) 产品质量好，粗纱条干水平达到USTER公报5%的水平;
(4) 计算机储存多品种的最佳工艺, 更换品种十分方便;
(5) 应用触摸屏人机界面，操作方便、直观。