變頻器使粗紗機實現(xiàn)穩(wěn)定控制

劉增喜+崔桂華

賽特環(huán)球機械（青島）有限公司生產(chǎn)粗紗機有20多年的歷史。公司在1986年消化吸收了日本豐田FL16的技術(shù)，成功開發(fā)了中國第一臺高速懸錠粗紗機。2001年，公司又開發(fā)成功了四電機電腦粗紗機，成為國內(nèi)最早生產(chǎn)電腦粗紗機的廠家。

隨著紡紗設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，原來由單變頻驅(qū)動的粗紗機可以改為四變頻分別驅(qū)動其機械傳動單元，形成電氣的集散化控制，靈活高效地將粗紗機的控制方式改進(jìn)更新，使機械傳動系統(tǒng)大大簡化，適應(yīng)了市場需求。

由于粗紗機紡紗的特殊要求，粗紗機常年不間斷工作，需要頻繁啟動、點動，容易造成粗紗細(xì)節(jié)，直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。而且控制四變頻電腦粗紗機的任何一個變頻器出現(xiàn)故障，都會造成爛紗和打頭，這就要求所使用的變頻器具有很高的可靠性。同時，如果在紡紗過程中電源突然中斷，4個電機若不能受控停車，也會造成粗紗的打頭。可見，在四變頻電腦粗紗機的控制過程中各電機的同步性和可靠性是至關(guān)重要的。

粗紗機的變頻控制

賽特環(huán)球生產(chǎn)的粗紗機最早采用兩變頻和兩伺服的控制方式來完成，但這種控制方式相對比較復(fù)雜，成本較高，在市場上沒有競爭力，而且也不能有效解決電源突然中斷時粗紗打頭的現(xiàn)象。變頻技術(shù)的發(fā)展使四電機電腦粗紗機使用4個變頻器來完全取代伺服控制成為可能。經(jīng)過長時間的論證和實驗，賽特環(huán)球選用了丹麥丹佛斯（DANFOSS）生產(chǎn)的FC300系列變頻器。

憑借在行業(yè)內(nèi)多年的經(jīng)驗和應(yīng)用知識，丹佛斯傳動部能夠提供可靠的、用戶友好的變頻器來滿足來自不同行業(yè)和領(lǐng)域的客戶需要，其標(biāo)準(zhǔn)化的模塊設(shè)計具有極大的靈活性，能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)所需要的功能。FC300系列變頻器在紡織行業(yè)里有很廣泛的應(yīng)用，尤其在進(jìn)口的歐洲紡機上得到非常成功的應(yīng)用。該系列變頻器采用異步伺服控制方式，具有很高的控制精度和可靠性。它的使用還大大增加了整個機器運行的穩(wěn)定性、可靠性及靈活性，使故障率降到最低水平。

AutomationDrive代表了一種理念，即通過單臺或多臺變頻器在從標(biāo)準(zhǔn)到伺服的整個運行范圍內(nèi)控制任何機器或生產(chǎn)線。智能化的即插即用技術(shù)和無可比擬的可靠性，讓變頻器操作變得更加簡單。

VLT FC300系列是一款全能型的變頻器，具有可靠、精確的負(fù)荷處理功能，能夠估計實際負(fù)載所產(chǎn)生的電機電流，并進(jìn)行補償，使設(shè)備運行平緩；內(nèi)置了智能邏輯控制器，可進(jìn)行簡單的PLC功能和數(shù)據(jù)計算功能，實現(xiàn)電機的自動控制；具有能量儲備功能，可使用動能產(chǎn)生的功率在發(fā)生掉電時控制減速；選裝的MCO305控制卡是一種綜合可編程運動控制器，它使變頻器增加了更多的功能性和靈活性。配置了MCO305運動控制器，VLT AutomationDrive就成了智能變頻器，以高精度的動態(tài)控制、同步控制（電子軸）、定位和電子凸輪控制，實現(xiàn)各種復(fù)雜的系統(tǒng)應(yīng)用。

控制系統(tǒng)的設(shè)計

當(dāng)粗紗機由單變頻轉(zhuǎn)向四變頻驅(qū)動時，部分機械連接可以取消，由電氣傳動取代。四變頻所驅(qū)動的部分分別為羅拉、錠翼、筒管（卷繞）和龍筋，其電機功率大約分別為3千瓦、5.5千瓦、11千瓦和0.75千瓦；對應(yīng)其電機功率和負(fù)載狀況，其變頻器的功率選擇為4千瓦、7.5千瓦（錠翼的滿車負(fù)載率可能在90%以上，考慮到其啟動、停止?fàn)顟B(tài)，其變頻器驅(qū)動功率應(yīng)放大）、11千瓦，升降電機選用1.5千瓦變頻器。

在實際的運行過程中，對粗紗機的要求是保證紗線的線速度恒定，并且按照標(biāo)準(zhǔn)成形。根據(jù)以上各驅(qū)動單元分析，當(dāng)使用前羅拉或錠翼為主機的時候，則需要另外一個和筒管保證同主機的線速度一致，折合機械齒輪系數(shù)，則需要這3個傳動單元具有帶電子齒輪比的同步功能。另外，龍筋驅(qū)動部分對于主機的跟隨體現(xiàn)在線速度跟隨，但是位置狀態(tài)根據(jù)工藝成型需求進(jìn)行設(shè)定跟隨。

根據(jù)上述的系統(tǒng)說明，其技術(shù)要點在于除龍筋外的3個驅(qū)動單元根據(jù)電子齒輪比保證嚴(yán)格的角同步、龍筋的速度同步和位置關(guān)系。根據(jù)其機械運行規(guī)律來說，對于多單元同步驅(qū)動的要點則在于除正常運行狀態(tài)外的點動、起動、停止?fàn)顟B(tài)的同步跟隨性能和斷電時的多單元同步功能。

在主回路連接上，筒管主回路連接電網(wǎng)，通過筒管變頻器的直流母線端子連接其他幾臺變頻的直流端子，中間可連接熔斷器用于保護(hù)變頻器。為了保證同步性能，負(fù)載較為穩(wěn)定的錠翼作為主機，其編碼器信號（主機位置信號）通過其編碼器二口連接至其它驅(qū)動部分的編碼器二口，從機的編碼器一口連接本身電機的編碼器信號做速度閉環(huán)，再根據(jù)編碼器二口上的主機位置信號做同步運行。

與粗紗機匹配更好

目前，國內(nèi)四電機粗紗機的變頻器主要采用一些通用的矢量型變頻器，如施耐德公司生產(chǎn)的ATV71系列、三菱公司的FR500系列。這些通用矢量型變頻器是為滿足不同行業(yè)的需求而設(shè)計，通用性強、功能多，但因為不是針對紡機行業(yè)來量身定做的，在粗紗機的應(yīng)用上還存在一些問題。

DANFOSS變頻器采用異步伺服控制方式，啟動時沒有爬行現(xiàn)象，可有效防止開停車的粗紗細(xì)節(jié)問題，并且各電機的同步采用角速度同步，同步精度高。而通用矢量型變頻器的同步采用速度同步或位置同步，同角速度同步相比同步精度要差，尤其是啟動和停止時會有較大的同步誤差，影響成紗的質(zhì)量。

DANFOSS變頻器采用特殊的斷電停車控制方式，利用能量反饋，不加任何儲能裝置來保證4個電機的突然掉電的同步，防止紗線的打頭。而現(xiàn)在粗紗機上使用的變頻器大多數(shù)要使用電容、蓄電池等儲能裝置，這些儲能裝置的容量會隨時間的變化而下降，最后失去斷電同步停車的作用。

賽特環(huán)球?qū)ANFOSS變頻器應(yīng)用到四電機電腦粗紗機的控制上，收到了很好的效果，產(chǎn)品質(zhì)量有了顯著提高，四電機電腦粗紗機易出粗紗細(xì)節(jié)的問題得到了徹底解決，變頻器參數(shù)調(diào)整方便、同步性能好、故障率低、節(jié)電效果明顯。目前，賽特環(huán)球?qū)⒃撏竭\行系統(tǒng)申請了國家發(fā)明專利（專利號為：200510045181.0）。使用DANFOSS變頻控制系統(tǒng)的四電機電腦粗紗機在客戶的使用中得到了客戶的高度評價，目前已成為賽特環(huán)球的主力機型，并且已出口到印度、巴基斯坦等國家。