印染機械變頻傳動系統控制

摘 要:印染機械對電氣控制系統的最主要要求是，多單元、同步性、可調速、流水線連續生產、高可靠性，變頻傳動實現了高調速范圍、高可靠性，符合節能降耗的要求。

關鍵詞:印染機械 變頻傳動 系統控制

中圖分類號:TH132文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2012)06(c)-0092-01

我國是紡織大國，印染是紡織工業的一道重要工序，通過煉漂、染色、印花、整理等工藝，使織物獲得更好的物理和化學特性、更佳的外觀和手感，提高織物附加值，獲得更高的經濟社會效益。根據織物的特點，為了提高生產效率，印染工藝大多數都采用流水線連續性生產，印染機械為多單元組成的聯合機，各加工單元分別由一臺電動機驅動，要求加工中保持各單元之間張力恒定或者線速度成適當比例關系，這對傳動系統的同步性、可靠性提出較高要求。單元機數量少則三五個，多則一二十個，電機總功率也不是個小數字，這又對其調速范圍、同步協調性、運行經濟性也提出了要求。

1 印染機械傳動系統

印染機械傳動主要分直流傳動和交流傳動，早期的印染機械傳動基本全部采用直流傳動，因為直流電機可以直接通過電樞電壓調節速度，各單元電機公用一個電樞電壓，稱為共電源直流控制系統，改變電樞電壓可以實現聯合機從起步升至工藝車速，電樞電壓采用自耦調壓器+硅整流或者變壓器+晶閘管整流方式獲得；同步是改變勵磁電壓來調節，改變勵磁電壓早期通過松緊架帶動串聯在各個單元電機勵磁線圈上的可變電阻來實現，后來改用勵磁調節器調節。20世紀80年代，從國外引進的印染設備，開始采用分電源晶閘管直流拖動，聯合機中每一個單元都由一個獨立的電源供電，直流電機勵磁電壓為額定電壓恒定不變，通過電樞電壓改變來調整車速和同步協調，分電源的好處是電機在滿磁場下工作，特性硬，受負荷影響小，調速范圍大，同步性能好，但是受器件可靠性等因素的影響，直流分電源系統推廣時間不長。上世紀末，隨著交流變頻技術的成熟和電子技術的飛速發展，交流變頻同步系統逐漸成為印染機械的主流配置。解決了原來直流調速系統同步協調能力差、調速范圍小、可靠性較差、維修工作量大等問題。

2 交流變頻同步傳動系統

交流電機轉速n=60f1(1-s)/p

改變定子電源頻率f1即可改變同步轉速和電動機的轉速。從異步電動機的電勢公式可知，外加電壓近似與頻率和磁通的乘積成正比，即

U∝E1=4.44f1W1Ф

于是有Ф∝E1/f1=U1/f1

所以若外加電壓不變，則磁通隨頻率改變而改變。一般電動機在設計中為了充分利用鐵芯材料，都把磁通Ф的數值選在接近磁飽和的數值上。因此，如果頻率從額定值(50Hz)向下降低，磁通就會增加，將使磁路過飽和，激磁電流增加，鐵芯過熱，這是不允許的。為此在降頻的同時，須同時降低電壓，即頻率與電壓協調控制。印染聯合機一般采用額定轉速以下范圍的恒轉矩調速，根據電機轉矩M=CMφI2cosψ，為保持輸出轉矩M一定，要求磁通φ一定，即要求定子電壓要與頻率成比例變化。

在聯合機傳動控制中，一般先確定一臺運動慣性大(或者電機功率大)的電機作為主令機，其他皆為從動機，各單元之間采用松緊架(根據工藝采用門式或擺式松緊架)檢測、調節速度。主令機速度只受車速給定信號控制，其他從動機速度給定信號由車速給定信號和各自松緊架信號疊加控制，通過同步控制器可以整定升降速時間、上下限參數等，也可以調整主令給定信號和松緊架調節信號的比例，應用非常靈活。

3 變頻傳動方案運用

目前，印染機械設備電氣控制的同步調速系統普遍使用變頻器+同步控制器(或DA、AD模塊)+人機界面觸摸屏等來完成。

以高速布鋏絲光機為例，整機傳動流程為:平幅進布→透風→1#軋堿三輥軋車→繃布輥→2#軋堿→繃布輥→浸漬槽→進布軋車→布鋏拉幅機→出布軋車→直輥槽→軋車→水洗機→軋車→整箱→軋車→水洗機→軋車→水洗機→軋車→水洗機→軋水軋車→三柱烘筒烘燥機→平幅落布，共21個傳動單元。

整機交流變頻同步調速系統，全機以布夾為主令單元，工藝流程中各點布的張力大小，通過調壓閥調節汽缸松緊架氣壓大小來控制。因為布鋏傳動單元慣性明顯比軋車大，進出布鋏松緊架一般要求采用門式松緊架或者行程適當加大的松緊架，加減速時間不宜過快，以利于聯合機中各單元機同步協調和工藝參數穩定。同步調試時，不一定要求松緊架都處于中間位置，可以根據各單元機運行特性，適當調高或者調低一定比例，例如出布鋏軋車前端松緊架，因為布鋏啟動稍慢，一般調試就讓該松緊架同步運行時位置稍低。在系統加減速調節時，松緊架始終保持同一位置，保證系統張力恒定及速度同步的控制要求，最低車車速為5米/分，最高車速設計為100米/分，調速范圍為1∶20。

而直輥絲光機的直輥部分，由于工藝的關系，不能設置松緊架，一般采用以下兩種方法同步。一是速度同步系統設計成轉速負反饋，使電機呈現較硬的工作特性，各單元機的線速度盡量不受負載波動等因素的影響，調試將各電機的線速度依次遞增一個小的百分數(可調)，即可實現各直輥單元同步運行。二是利用矢量控制變頻器的轉矩輸出構造異步電機的軟機械特性，因各直輥單元機功能和結構相同，可以采用軟機械特性法實現電機間的同步，不需要松緊架而能保持良好的同步，各單元機線速度可以設定的不一樣，以實現加工所要求的織物張力的調節。有跑快傾向的因負載加重而快不起來，有跑慢傾向的因負載變輕而慢不下來，最終維持速度一致。因為軟機械特性不是用串電阻的方法獲得，而是用轉矩負反饋構造，使得電機效率比較高。

同時，借助松緊架位置傳感器的進步，利用重力、高頻電磁感應、磁敏電阻等原理研制成功無接觸松緊架位置傳感器，提高了松緊架位置檢測的可靠性；而結合控制方法的改進(對松緊架進行位置控制)，作到了松緊架的姿態控制，使聯合機處于運行穩態時松緊架總是處于中間位置。

4 結語

實踐證明，交流變頻傳動系統運行時可靠性高，輸出線性較好，速度平穩，故障率大大降低，控制精度大大提高，調速范圍大大增加，實現了印染機械傳動系統質的飛躍。采用交流變頻、伺服控制等高效節能驅動技術，再輔以計算機網絡化控制與管理系統、印染工藝參數在線檢測控制系統等，進一步實現溫度、速度、濕度、加料、張力、門幅、含潮率等檢測和控制；水、電、汽、堿、染化料助劑等自動計量和存儲，裝備以PLC、PCC為核心的先進控制器，使印染機械向智能化發展，滿足各種復雜的工藝控制要求，開辟數字印染新時代。

參考文獻

[1]陳效邦.印染機械電氣控制[M].紡織工業出版社.

[2]丁學文.印染設備無松緊架無張力傳感器多電機同步調速系統[J].紡織機械.