变频调速及PLC技术在棉纺设备上的应用
摘要：针对近年来国内外纺织机械设备制造商采用先进变频调速及PLC可编程控制技术等先进电子技术取代传统的机械传动结构，从而提高机械设备整机的稳定性、可靠性的趋势，分析了变频调速和PLC技术的优点及其在棉纺设备中推广应用的必要性，通过实例分析了该技术在清花棉卷均匀成形、梳棉机、粗纱机、浆纱及整经设备等方面的应用，指出应用变频调速及PLC技术的棉纺设备的价格较高，虽然目前维修方面的成本较高、难度较大，但随着产品的日益国际化，该技术必将大幅提高产品产量和质量，扩大品种的适应性。 棉纺设备的传动系统，都是由电机带动皮带与齿轮来实现，由于普通电动机启动，停止瞬问速度急剧变化及启动力矩无法控制的原因，在点动与启动过程中，不可避免地会出现皮带打滑，齿轮冲击，皮带损耗量大等现象。在机械传动轮系中，齿轮越多，速度控制越不稳定和不灵敏，应用交流变频技术就能够很好的实现平滑启动，调节启动力矩，消除机械启动时的冲击力，实现无级调速和各环节的高度同步性，满足生产工艺要求，提高成纱质量。应用变频控制技术可以在纱号工艺品种变化时，不必改变工艺牙齿或皮带轮，改变设备工艺只需通过变频参数设定就可完成，迅速而简便。而PLC技术的应用可大幅减少控制开关的使用，有效降低控制环节及元器件的故障，提高生产效率。 3交流变频调速及PLC技术在纺织设备中的应用 3．1变频调速及PLC技术在新型国产棉纺设备中的应用 我公司现有设备中的A186F、FA212梳棉机，FA311F、FA320并条机，FA334条卷机，FA497粗纱机，FA344并卷机，F1268精梳机，FA506、FA506AS细纱机，营口D3?1000整经机，进口设备上津田驹HS一20细纱机，津田驹ZA、ZAX系列喷气织机，瑞士C4梳棉机，村田MJS一802喷气纺纱机等都已经采用了这项技术。 3．2清花棉卷均匀成形中的应用 目前的清花成卷机均匀装置采用铁炮调整装置，其精度较低，同时其机械传动部件存在难以克服的机械传动滞后和打滑等随机性误差，棉卷的质量较差，废卷率较高。在采用变频调速技术后，利用位移传感器检测棉层厚度发生的变化，将棉层变量转换成对应的电讯号与设定值进行比较再经过运算矫正电路调整控制器，调整变频器的输出信号，改变电机速度使输出棉量保持恒定，实现棉卷厚度的均匀及重量的恒定，从而提高正卷率，降低不匀率。同样的原理，这项技术也可应用于梳棉机输出棉条的均匀及重量的恒定控制中，从而提高生条质量。 3．3梳棉机中的应用 梳棉机如A186D、A186F梳棉机道夫传动系统中的电磁离合器由于故障率较高，经常造成停台，出现摩擦打火，对生产效率、产品质量及安全生产造成很大影响，要保持与维护需投人大量的人力与物力。有些企业惯性轮电磁离合器被弃用，这样在道夫慢转快的过程中产生细条，严重时出现破边，棉网拉断的现象，影响生条质量。A186D梳棉机为了使道夫达到升、降速平滑，在机械传动中设计双速电机，惯性轮、电磁离合器，用电气加机械的手段来实现。A186F梳棉机设计中又增加了电动机的星一三角转换这一控制环节，改善了升、降速斜率。而FA212、FA224等梳棉机采用了交流变频调速，从而实现了道夫升速斜率的任意调节，道夫工艺转速的任意可变功能，完全解决了老机中存在的问题，为老机改造提供一个好的范例。为此，我们对公司的A186D、A186F共计40台设备用富士FRENIC50()00P系列，法国ATl5、ATl6系列，国产西普PI系列等变频器实施了变频改造，取得了很好的效果。对A186D、A186F老机进行交流变频调速改造后，不但提高了设备性能，降低故障停台，减少机械事故，还提高了生产效率与生条质量。 3．4粗纱机上的应用 粗纱机的锭子卷绕与罗拉的转速在开停车时容易产生差异，造成粗纱张力的过大与过小，这样就很容易形成粗纱细节，为了减少细节的产生，在粗纱机传动系统中设计有电抗器、时间继电器、电磁离合器，统称为防细节装置。电抗器的作用是在粗纱机启动时使主电机处于三相不平衡状态，从而降低电机的启动力矩，达到软启动、低速运行的目的，时间继电器与电磁离合器则是在粗纱机停车时铁炮与筒管卷绕相脱离，筒管停止卷绕，而前罗拉则仍以惯性继续输出粗纱，使得罗拉与锭子之间的粗纱有一定的松弛程度，防止粗纱再次开车时产生过度张力。 这种防细节装置存在很多缺陷：一是电抗器串在电动机主控三相回路中的一相，利用三相不平衡原理来降低电机的启动力矩，当粗纱机启动结束后通过时间继电器将电抗器短接，使电动机恢复三相平衡状态，投入正常运行。时间继电器一旦出现问题，就会使电动机长期处于三相不平衡运行，造成电机过热而烧坏；二是停车用的电磁离合器的离合时问是通过两个时间继电器配合调节来实现的，对粗纱的松弛程度比较难掌握，调节难度较大，再者电磁 离合器的故障率也较高；三是电抗器本身发热也容易烧坏发生故障，调节精度很差。因此，这种装置使粗纱的防细节问题根本没有得到很好的解决。采用交流变频调速技术使这一工艺难题得以解决。目前新型粗纱机如赛特环球的FA497粗纱机采用了四单元变频驱动设计，锭翼、罗拉、卷绕、升降分别控制，采取闭环控制设计，实现了速度的平稳过渡，具有很高的控制精度。 3．5在浆纱、整经设备中的应用 变频调速在浆纱机上的应用减少了机械传动和电机。在G142系列浆纱老机改造中采用交流变频调速，减少原设计中的第一组机械无级变速器，同时省去了一个伺服电机和一个慢速电机。为了满足上浆工艺中，车速由慢速、主机加升降速改造成了车速由启动到工艺车速的无间断无级调速，保证了伸长的一致性和上浆的均匀性。我们对三台G142B(C)140浆纱机改造的过程中应用SANKEN公司的SAMCO一M系列变频器结合IPM公司的IPl612A 220PLC可编程控制器，利用ⅠP1612A一220PLC的模拟量控制方式，实现了运行全过程中的恒张力控制，同时对边轴也改为变频同步控制，保证了启动时张力的稳定。改造后设备运行的稳定性大大提高，设备的机械故障也大幅下降。 我公司津田驹HS一20浆纱机则使用了两台最新型的矢量变频器分别控制卷绕和边轴，配合两台PIV变速器及编码器，对整个过程分退绕、上浆、卷绕三部分进行精确控制，保证设备在爬行、低速、高速、加速及减速过程中的恒张力控制，使好轴率大幅提高。 我们还对德国生产的祖克(SUCKER)浆纱机的直流调速控制系统及津田驹HS20?1浆纱机的上蜡装置利用富土的FRN系列变频器进行了改造，改造后故障率下降80％，设备运行稳定可靠。 公司在D3?1000整经机中也使用了SANKEN公司SAMCO一VF系列变频器，配以富士可编程控制器的控制方式，有效地提高了经轴的质量，保证了浆纱过程的平稳退绕。 目前，新型浆纱机如盐城GA338、郑纺机的GA308等都已采用了伺服变频驱动控制单元配合工业控制专业计算机，具有人机智能对话界面，实现高精度和稳定的运行控制，同时具有故障预警和处理方案，可以指导维护人员迅速处理问题，提高运转效率。 3．6在新产品生产中的应用 在生产竹节纱的过程中，我们利用台达DVP24ES。0R系列PLC可编程控制器结合DLM一3电磁离合器，实现了高精度、多节距、循环控制，甚至还可根据每台设备不同的机械状态进行微调，保证产品的一致性。同时还对公司A201E精梳机利用PLC进行改造，改造后故障率明显下降。 3．7在空调中的应用 交流变频调速在生产车间温度及湿度调节过程中的应用更广泛，节能效果显著，温湿度更加稳定均衡。在空调风机控制中，可根据车间环境条件及一年四季气候的变化对风机进行无级调速，扩大了调节范围，因风机大部分工作在50％～80％的效率中，这样就具有良好的节电效果，节电高达50％左右，同时改变了过去生产车间温湿度变化差异较大，难以调节，造成生产不稳定的状况。在水泵控制应用中，可根据水量调整供水水泵转速，实现节能，同时也实现了接近恒压供水。本公司的5套空调用SANKEN的SAMCO?VF系列和富土的FRN系列变频器进行了变频技术改造后取得了很好的经济效益，车间的温湿度更加稳定。 4结束语 变频调速及PLC可编程控制技术在棉纺织设备上的应用很有必要。但是，目前也存在一些问题，特别是在维修方面：一是由于设备是高新技术，维修的难度本身就很大，而又缺少维修方面的资料和人员培训，造成设备一旦出现故障必须将设备返厂修理，必然影响正常生产；二是设备制造厂处于保护的目的，对其程序进行保密，不提供任何相关资料，一旦出现故障也必须要返生产厂重新编写控制程序；三是设备价格对目前的纺织企业来讲比较高，造成维护成本大幅上升。但是随着我国加入WTO，市场竞争更加激烈，必须大幅提高我国现有棉纺织设备的装备水平，增加技术含量，生产多品种、高附加值的棉纱、布，以满足日益变化的市场需求，提高在国际市场上的竞争力。因此，交流变频调速和PLC可编程控制这些高新技术必将在棉纺织设备中得到广泛的应用。 |
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