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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，十多年來我國紡織企業，以新型的懸錠粗紗機逐步取代托錠粗紗機，紡紗速度和質量得到了發展和提高。懸錠粗紗機(以下簡稱粗紗機)的主傳動普遍采用了變頻調速技術，并且其主傳動隨著變頻調速技術的發展得到了新的發展。
2 變頻調速技術在粗紗機上應用情況的概述
根據紡紗工藝的要求，粗紗機將棉條經羅拉牽伸后，由前羅拉出紗，進行加捻，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，傳統的粗紗機采用機械式錐輪變速機構，皮帶在上、下錐輪上移動，達到改變卷繞和升降速度，完成粗紗卷繞成形。
2.1 單電機驅動的粗紗機應用變頻調速技術
整臺機器主傳動由一臺交流異步電動機驅動，為了解決電機啟動時升速太快引起粗紗的斷頭或者產生粗紗條干不均勻等質量問題，傳統的解決方案，在交流電機主回路中串聯電抗器，另外在紡制不同品種需要改變全機速度時，由人工替換皮帶輪方式實現變速。自從有了小體積的變頻器產品后，粗紗機均采用了變頻調速的主傳動方式，這種方式提高了機器的性能，操作方便，但仍保留錐輪變速機構。
2.2 多電機驅動的粗紗機應用變頻調速技術
有錐輪變速機構的粗紗機，由于皮帶傳動變速的不穩定，控制精度低，掌握難，往往引起產品質量的波動。20世紀90年代中期，國內多家生產粗紗機的主機廠開發成功采用2臺電機(或3臺電機)驅動的粗紗機，1臺機器用2臺(或3臺)變頻器，其中一臺變頻器控制羅拉和錠翼的速度，另一臺變頻器控制卷繞和升降速度，從而取消了傳統的錐輪變速機構。從技術上講，由于卷繞和升降由單獨電機傳動，必須解決筒管卷繞直徑增大相對應其速度的變化規律，建立一個正確的數字模型來控制。但在實際生產中單就正確的數學模型尚不能保證卷繞電機與前羅拉電機之間的正確匹配，保持粗紗的恒張力卷繞，尚需采取其他一些技術措施。
90年代末國內有7~8家主機廠先后成功采用4臺電動機驅動的粗紗機，取消了錐輪變速機構和成型換向機構，機械結構進一步簡化，推動了我國粗紗設備的技術進步。在電機和控制器方面出現多種方案，多數企業采用4臺變頻器驅動方案，即4臺變頻器分別控制羅拉、錠翼、卷繞、升降4個部件的速度，少數廠采用了2臺變頻器和2臺交流伺服方案或1臺變頻器和3臺交流伺服方案。
2.3 變頻器在粗紗機上應用的市場容量
近幾年我國粗紗機的年生產量約在3000~3500臺的水平，其配套用變頻器年需求量約在4000臺的水平。目前生產的粗紗機的單電機驅動的粗紗機占較大比重，因價格較低。多電機驅動的粗紗機，速度高、性能好，但由于價格偏高，其銷量僅占10%左右，另外多電機驅動的粗紗機以計算機為核心的控制系統，目前尚難保證無故障，用戶有所顧慮，也是影響推廣這一新技術的一個因素，但多電機驅動方案必將成為發展方向，變頻器的需求量也將逐步增長。
3 應用實例
目前國內4電機驅動的粗紗機的控制系統分為三種類型:
第一種類型，粗紗機控制系統設計采用以PLC為主控器，工控機作為上位機，用RS-485通訊方式，控制4臺變頻器和變頻電機調速。
第二種類型，控制系統設計采用自行開發的專用控制器(用單片級組成)，選用RS-485通訊方式，控制4臺變頻器和變頻電機調速。
第三種類型，控制系統設計采用以PCC(可編程計算機控制器)為主控器，采用CAN總線通訊方式，控制4臺變頻器和變頻電機調速。
三種控制系統各有特點，而且均獲得成功，其性能都滿足生產工藝的要求，并批量生產提供紡織企業生產使用。下面僅介紹第三種控制系統的應用實例。
3.1 粗紗機電氣控制系統的特點
電氣控制系統的框圖，如附圖所示。
附圖 采用PCC和CANBUS的4臺變頻器和變頻電機的控制系統框圖
3.2 主要設備選用
(1) 主控器
主控器選用奧地利貝加萊公司的PCC，它的特點是一種面向運動控制、過程控制和網絡控制的專用控制器，是集標準PLC、數控系統和工業計算機性能特點于一體的智能控制器，粗紗機的4臺電動機同步運轉和紗線張力反饋，經數學模型運算后，計算出各電機的轉速，通過CAN總線調整各變頻電機的轉速。
(2) 變頻器
變頻器選用了德國科比公司的產品，主電路采用共直流母線方式聯接，主電機變頻器中的整流器負擔4臺變頻器的直流電源，整流器容量要適當放大，不再另加共用整流器。本系統采用共直流母線方案的優點是:
l 提高了機器在升降速過程中的同步性能，以錠翼轉速在1800r/min時，其升速時間可控制在10s以內，降速時間在5s以內，獲得良好的同步;
l 可降低系統的能耗, 當降速時, 大慣量負載的電動機處于發電機狀態，其能量通過直流母線反饋給其他電動機;
l 機器一旦失電，可以保持粗紗不斷頭;
l 每臺變頻電動機均帶有編碼器實現速度反饋，以求提高速度控制精度，保證了粗紗伸長率控制在允許范圍內。
(3) 電控系統
電控系統采用CAN總線。CAN總線具有可靠性高、實時響應性好、實現成本低、通訊協議簡單等優點、在粗紗機生產過程中可對多電機的速度等參數進行實時監測、采集、處理反饋給計算機，構成實時性較強的反饋控制系統。
(4) 人機界面
采用觸摸屏人機界面，可以進行工藝參數的設定，如最高車速、支數、捻度、徑向卷繞密度、軸向卷繞密度、卷繞系數、紡紗系數等、并可隨時修改、調用和儲存。一組參數對應一種紗支，最多可有30種配方供使用。
4 結束語
粗紗機采用4電機分部傳動后有如下效果：
(1) 簡化了復雜的機械結構，取消了錐輪變速裝置，自動成形變速機構、計長裝置;
(2) 主機速度提高了35%，噪音降低，粗紗斷頭減少，提高了生產效率;
(3) 產品質量好，粗紗條干水平達到USTER公報5%的水平;
(4) 計算機儲存多品種的最佳工藝, 更換品種十分方便;
(5) 應用觸摸屏人機界面，操作方便、直觀。
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