印染機(jī)械變頻傳動(dòng)系統(tǒng)控制

摘 要:印染機(jī)械對(duì)電氣控制系統(tǒng)的最主要要求是，多單元、同步性、可調(diào)速、流水線連續(xù)生產(chǎn)、高可靠性，變頻傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了高調(diào)速范圍、高可靠性，符合節(jié)能降耗的要求。

關(guān)鍵詞:印染機(jī)械 變頻傳動(dòng) 系統(tǒng)控制

中圖分類號(hào):TH132文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3791(2012)06(c)-0092-01

我國(guó)是紡織大國(guó)，印染是紡織工業(yè)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(xué)特性、更佳的外觀和手感，提高織物附加值，獲得更高的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。根據(jù)織物的特點(diǎn)，為了提高生產(chǎn)效率，印染工藝大多數(shù)都采用流水線連續(xù)性生產(chǎn)，印染機(jī)械為多單元組成的聯(lián)合機(jī)，各加工單元分別由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，要求加工中保持各單元之間張力恒定或者線速度成適當(dāng)比例關(guān)系，這對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的同步性、可靠性提出較高要求。單元機(jī)數(shù)量少則三五個(gè)，多則一二十個(gè)，電機(jī)總功率也不是個(gè)小數(shù)字，這又對(duì)其調(diào)速范圍、同步協(xié)調(diào)性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性也提出了要求。

1 印染機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)

印染機(jī)械傳動(dòng)主要分直流傳動(dòng)和交流傳動(dòng)，早期的印染機(jī)械傳動(dòng)基本全部采用直流傳動(dòng)，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)可以直接通過電樞電壓調(diào)節(jié)速度，各單元電機(jī)公用一個(gè)電樞電壓，稱為共電源直流控制系統(tǒng)，改變電樞電壓可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)合機(jī)從起步升至工藝車速，電樞電壓采用自耦調(diào)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(lì)磁電壓來調(diào)節(jié)，改變勵(lì)磁電壓早期通過松緊架帶動(dòng)串聯(lián)在各個(gè)單元電機(jī)勵(lì)磁線圈上的可變電阻來實(shí)現(xiàn)，后來改用勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)。20世紀(jì)80年代，從國(guó)外引進(jìn)的印染設(shè)備，開始采用分電源晶閘管直流拖動(dòng)，聯(lián)合機(jī)中每一個(gè)單元都由一個(gè)獨(dú)立的電源供電，直流電機(jī)勵(lì)磁電壓為額定電壓恒定不變，通過電樞電壓改變來調(diào)整車速和同步協(xié)調(diào)，分電源的好處是電機(jī)在滿磁場(chǎng)下工作，特性硬，受負(fù)荷影響小，調(diào)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(tǒng)推廣時(shí)間不長(zhǎng)。上世紀(jì)末，隨著交流變頻技術(shù)的成熟和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，交流變頻同步系統(tǒng)逐漸成為印染機(jī)械的主流配置。解決了原來直流調(diào)速系統(tǒng)同步協(xié)調(diào)能力差、調(diào)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(dòng)系統(tǒng)

交流電機(jī)轉(zhuǎn)速n=60f1(1-s)/p

改變定子電源頻率f1即可改變同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。從異步電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)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(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)中為了充分利用鐵芯材料，都把磁通Ф的數(shù)值選在接近磁飽和的數(shù)值上。因此，如果頻率從額定值(50Hz)向下降低，磁通就會(huì)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(shí)，須同時(shí)降低電壓，即頻率與電壓協(xié)調(diào)控制。印染聯(lián)合機(jī)一般采用額定轉(zhuǎn)速以下范圍的恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)矩M=CMφI2cosψ，為保持輸出轉(zhuǎn)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(lián)合機(jī)傳動(dòng)控制中，一般先確定一臺(tái)運(yùn)動(dòng)慣性大(或者電機(jī)功率大)的電機(jī)作為主令機(jī)，其他皆為從動(dòng)機(jī)，各單元之間采用松緊架(根據(jù)工藝采用門式或擺式松緊架)檢測(cè)、調(diào)節(jié)速度。主令機(jī)速度只受車速給定信號(hào)控制，其他從動(dòng)機(jī)速度給定信號(hào)由車速給定信號(hào)和各自松緊架信號(hào)疊加控制，通過同步控制器可以整定升降速時(shí)間、上下限參數(shù)等，也可以調(diào)整主令給定信號(hào)和松緊架調(diào)節(jié)信號(hào)的比例，應(yīng)用非常靈活。

3 變頻傳動(dòng)方案運(yùn)用

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

以高速布鋏絲光機(jī)為例，整機(jī)傳動(dòng)流程為:平幅進(jìn)布→透風(fēng)→1#軋堿三輥軋車→繃布輥→2#軋堿→繃布輥→浸漬槽→進(jìn)布軋車→布鋏拉幅機(jī)→出布軋車→直輥槽→軋車→水洗機(jī)→軋車→整箱→軋車→水洗機(jī)→軋車→水洗機(jī)→軋車→水洗機(jī)→軋水軋車→三柱烘筒烘燥機(jī)→平幅落布，共21個(gè)傳動(dòng)單元。

整機(jī)交流變頻同步調(diào)速系統(tǒng)，全機(jī)以布夾為主令單元，工藝流程中各點(diǎn)布的張力大小，通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)汽缸松緊架氣壓大小來控制。因?yàn)椴间e傳動(dòng)單元慣性明顯比軋車大，進(jìn)出布鋏松緊架一般要求采用門式松緊架或者行程適當(dāng)加大的松緊架，加減速時(shí)間不宜過快，以利于聯(lián)合機(jī)中各單元機(jī)同步協(xié)調(diào)和工藝參數(shù)穩(wěn)定。同步調(diào)試時(shí)，不一定要求松緊架都處于中間位置，可以根據(jù)各單元機(jī)運(yùn)行特性，適當(dāng)調(diào)高或者調(diào)低一定比例，例如出布鋏軋車前端松緊架，因?yàn)椴间e啟動(dòng)稍慢，一般調(diào)試就讓該松緊架同步運(yùn)行時(shí)位置稍低。在系統(tǒng)加減速調(diào)節(jié)時(shí)，松緊架始終保持同一位置，保證系統(tǒng)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(shè)計(jì)為100米/分，調(diào)速范圍為1∶20。

而直輥絲光機(jī)的直輥部分，由于工藝的關(guān)系，不能設(shè)置松緊架，一般采用以下兩種方法同步。一是速度同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，使電機(jī)呈現(xiàn)較硬的工作特性，各單元機(jī)的線速度盡量不受負(fù)載波動(dòng)等因素的影響，調(diào)試將各電機(jī)的線速度依次遞增一個(gè)小的百分?jǐn)?shù)(可調(diào))，即可實(shí)現(xiàn)各直輥單元同步運(yùn)行。二是利用矢量控制變頻器的轉(zhuǎn)矩輸出構(gòu)造異步電機(jī)的軟機(jī)械特性，因各直輥單元機(jī)功能和結(jié)構(gòu)相同，可以采用軟機(jī)械特性法實(shí)現(xiàn)電機(jī)間的同步，不需要松緊架而能保持良好的同步，各單元機(jī)線速度可以設(shè)定的不一樣，以實(shí)現(xiàn)加工所要求的織物張力的調(diào)節(jié)。有跑快傾向的因負(fù)載加重而快不起來，有跑慢傾向的因負(fù)載變輕而慢不下來，最終維持速度一致。因?yàn)檐洐C(jī)械特性不是用串電阻的方法獲得，而是用轉(zhuǎn)矩負(fù)反饋構(gòu)造，使得電機(jī)效率比較高。

同時(shí)，借助松緊架位置傳感器的進(jìn)步，利用重力、高頻電磁感應(yīng)、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(cè)的可靠性；而結(jié)合控制方法的改進(jìn)(對(duì)松緊架進(jìn)行位置控制)，作到了松緊架的姿態(tài)控制，使聯(lián)合機(jī)處于運(yùn)行穩(wěn)態(tài)時(shí)松緊架總是處于中間位置。

4 結(jié)語

實(shí)踐證明，交流變頻傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可靠性高，輸出線性較好，速度平穩(wěn)，故障率大大降低，控制精度大大提高，調(diào)速范圍大大增加，實(shí)現(xiàn)了印染機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)的飛躍。采用交流變頻、伺服控制等高效節(jié)能驅(qū)動(dòng)技術(shù)，再輔以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化控制與管理系統(tǒng)、印染工藝參數(shù)在線檢測(cè)控制系統(tǒng)等，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)溫度、速度、濕度、加料、張力、門幅、含潮率等檢測(cè)和控制；水、電、汽、堿、染化料助劑等自動(dòng)計(jì)量和存儲(chǔ)，裝備以PLC、PCC為核心的先進(jìn)控制器，使印染機(jī)械向智能化發(fā)展，滿足各種復(fù)雜的工藝控制要求，開辟數(shù)字印染新時(shí)代。

參考文獻(xiàn)

[1]陳效邦.印染機(jī)械電氣控制[M].紡織工業(yè)出版社.

[2]丁學(xué)文.印染設(shè)備無松緊架無張力傳感器多電機(jī)同步調(diào)速系統(tǒng)[J].紡織機(jī)械.