变频器在纺织工业中的应用

变频器在纺织工业中的应用

前言

我国是一个纺织大国，也是一个纺机生产大国，每年生产的纺机品种数百种，生产的纺机产品数十万台。纺机自动化水平逐年提高，从五十年代的直流发电机——电动机组的直流调速，经历五十年的发展，如今，变频器等电力电子技术，计算机技术、网络通讯技术以及现代控制理论应用技术，已在纺织工业的推广普及，大大提升了我国纺机自动化水平和整个纺机的档次，增强了我国纺机和纺织品在世界上的竞争力。

变频器在纺织工业中的应用数量最大，应用的方式随生产工艺要求的不同而不同，最简单的是单机台简单变频调速，如风机、水泵调速，此种应用例本文仅略举一、二。变频器更多的应用是与PLC可编程控制器，TP触摸屏等人机界面和现场总线结合，组成各种速度控制系统，变频器的功能也就得到充分发挥，因此变频器的应用离不开电子技术、计算机技术和通讯技术。

本文中所介绍的各种纺织机械的技术特征，传动与控制代表了我国纺机的最新最高水平，但由于技术发展快，信息掌握不够及时，也可能还有最新最高水平的技术未列入本文，请谅解。

本文重点介绍我国八大类近百种纺织机械技术特征，变频调速和控制系统，可供从事电力电子技术，纺织机械自动化的工程技术人员，有关大专院校师生，和有关营销人员，维护人员参考。

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变频器在纺织机械中的应用

目 录

第1章 综述

1．变频器调速技术 2．运动控制 3．可编程控制器 4．网络技术 5．人机界面 6．纺机传动电动机

第2章 变频器在化纤机械中的应用

1．涤纶短丝切片纺纺丝机 2．涤纶短纤维后处理联合机 3．大型涤纶短纤维纺丝联合机 4．大型涤纶短纤维后处理联合机 5．粘胶短纤维纺丝精练联合机 6．绵纶短纤维后处理联合机 7．长丝纺丝设备中的卷绕头 8．高速弹力丝机 9．弹力丝机 10．帘子线直捻机

第3章 变频器在棉纺机械中的应用

1．开清棉和开清梳棉联合机 2．并条机 3．悬锭粗纱机 4．环锭细纱机 5．转杯纺纱机

第4章 变频器在织造机械中的应用

1．槽筒式络筒机 2．并纱机 3．短纤维倍捻机 4．花色纱线纺捻机

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5．分条整经机 6．分纱整经机 7．分段整经机 8．短纤维浆纱机 9．浆染联合机 10．织机

第5章 变频器在毛纺机械中的应用

1．羊绒针梳机 2．毛纺粗纱机 3．立锭粗纺细纱机 4．剪毛机

第6章 1．单、双面针织园纬机 2．电脑横机 3．电脑手套编织机

第7章 1．非织造布梳理机 2．高速铺网机 3．预针刺机 4．无纺喷胶棉生产线

第8章 1．卷轧染机 2．平网印花机 3．园网印花机 4．长环蒸化机 5．拉幅定型机 6．预缩整理联合机 7．磨毛机

第9章 1．自动剪线平缝机 2．电脑刺绣机 3．电脑金片刺绣机 4．数控多针绗缝机 5．验布机

变频器在针织机械中的应用

变频器在非织造布机械中的应用 变频器在染整机械中的应用

变频器在服装机械中的应用

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关 键 词

交频调速 运动控制 触摸屏 牵伸比 纤维

多段速度 闭环控制 控制系统 往复运动 程序控制

三角波调速 恒张力线速卷绕 网络技术 单片微机 自动换筒 调速范围

张力控制 逆变器

共直流母线 同步速度 工艺参数 捻度 纺纱

现场总线 调速精度 自调匀整 牵伸倍数 投纬

工艺流程 监控

第1章 综述

中国纺织机械工业经过上世纪末深化改革，结构调整、促进了纺机生产的发展。近年来，每年新增近1000万锭纺纱生产能力，现已具备6000多万锭短纤维纺纱能力和400多万锭长纤纺纱能力、拥有10多万家纺织服装生产企业，是世界最大的纺织大国。现每年生产约2万台细纱机，5000台粗纱机，10万台织布机以及与之相应的各种配套设备。此外，还有各种针织设备、化纤设备、毛纺设备、非织造布设备、服装设备和染整设备等数百种，年产几十万台纺机产品，可见，中国也是一个纺织机械生产大国。在新世纪中，中国将要从纺织大国发展为纺织强国。作为纺织工业技术装备基础的纺织机械将呈现质的变化，必将从纺机大国发展为纺机强国、大力开发高效、节能、环保的、自动化技术水平高的纺织机械产品、这是一项较长期而艰巨的任务、为实现这一宏伟目标、提升纺织机械自动化技术水平是最主要的关键技术之一。

随着中国加入WTO、其经济更加融入国际经济的大环境中、欧洲纺织机械厂商已经在全力打入亚洲市场包括中国市场。中国纺机生产面临着更加激烈的竞争，促使纺机和纺机自动化技术发展呈现新的特点，例如变频调速技术、运动控制技术、可编程控制器技术、网络技术等，已在纺机中推广应用、并取得较好效果。

变频调速技术随着电力电子技术、变流技术、现代控制理论和计算机技术的发展而得到快速发展。高档变频器均采用矢量控制或直接转矩控制，参数自调试，自识别和智能化控制，国产变频器多数尚属一般V/F开环控制，运转稳定性、可靠性和变频器整体技术水平还不理想，因此高档纺织机械大多采用欧洲、日本等进口变频器、中国纺织工业每年需用拾余万台变频器，容量从0.1kW以下至315kW以上，其中1.5kW至30kW应用最为普遍。

1.1对变频器的特殊要求

纺织机械变频调速大多为一般交流异步电机变频调速，开环控制，调速范围10:1以内，但也有不少纺织机械对变频器调速有较高的特殊要求：

（1）多段速度调速

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例如：细纱机锭子速度分段变速，一落纱从起动→分段升速→稳定运行→分段降速→停止。一般分为8～10段速度运行、升速为4～6段、降速为3～5段，这样有利于提高纺纱速度，减少断（纱）头率，提高纺纱质量，详见图3-4。

（2）三角波调速

为了满足纱线卷绕成型好、无叠线和塌边等的要求，纺丝卷绕头由摩擦辊、槽筒横动装置和筒管夹头等组成、而槽筒横动装置电机调速必须按三角波规律进行调节，此种调速规律通常是由摆频发生器控制变频器输出频率来实现的，即在基频的基础上叠加一个三角波如图2-14。

（3）恒张力恒线速卷绕调速

例如：浆纱机织轴卷绕、卷染或卷轧染机卷布辊等均要求随着纱线或布在轴上卷绕的直径逐步增大，（即卷径增大）轴的转速相应的逐步降低，以保证纱线或布张力的稳定。即要求变频器内置卷径计算功能。

（4）高精度同步调速和共直流母线调速。

例如：平网印花机各印花单元同步调速，园网印花机导带和烘燥等同步调速，粘胶短纤维设备中的大网辊和托压辊，高压轧车上、下辊的同步调速、采用高速光电编码器检测速度，输出的脉冲数与给定速度比较的闭环控制，实现高精度同步调速。

多电机同步协调运转在纺机中应用较多，特别是染整联合机，目前均为1台电机用1台变频器单独供电，这样不经济，采用共直流母线分组供电更合理，例如一组可供3～5台逆变器，并制成一个整体，分别供3～5台电机调速，既可缩小体积，又可节省成本，染整联合机中电机容量大多为1.5kW～2.2kW.

（5）通讯功能

变频器与开放式总线相连，设有RS485通讯口。当现场使用变频器台数多（例如10台以上）、距离远、变频器与PLC的I/O接口多、配线数量大，安装维护工作量大，费用高，采用现场总线控制系统是合理的，例如大型涤纶纺丝及后处理联合机等均采用此方案，为此，变频器必须挂接在开放式的现场总线上运行，变频器作为总线的从站、借助于总线可实现变频器的运行、停止、调频和修改参数等功能。变频器的频率、电流、电压等状态信号和过流、超频、欠压等故障信号均能实现中央监控。变频器的网络控制主要是将多台变频器通过串行口与上位机相连，采用人机界面实现对变频器的操作，运行状况监视以及故障报警，这是技术发展趋势。

（6）计长、定长功能

并条机，短纤盛丝捅装置，整经机等均要求棉条、丝、纱线应有计长、定长控制，即运行到设定长度时，自动报警，停车。

（7）电机零速伺服控制功能

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例如：涤线、锦纶、粘胶等短纤维后处理联合机中各牵伸机分单元传动时，为保证在起动、升速，运转和降速时，丝束牵伸倍数恒定，当停车过程速度降至零速以下时，变频器应自动由速度控制模式切换到位置控制模式，即要求在零速时保持转矩输出，否则丝束将回缩、牵伸比随之变化。

（8）防尘、防潮

纺织厂特别是清钢联，梳棉、并条、粗纱，细纱等机械设备使用环境中有较多的飞花（棉超短纤维），如飞花凝聚在变频器散热片上，将影响变频器的散热，可能使变频器出现不应有的热跳脱，甚至损坏变频器。而染整机械特别是前处理设备和部分染色机械的使用环境中有可能蒸汽较多，甚至凝聚成水滴，将影响变频器的绝缘，甚至损坏变频器。因此，用于该场合的变频器应有一定的防护措施，如提高变频器的防护等级，或变频器的散热片可安装在拒外通风道或者变频器控制拒采取必要的密封等措施。

此外，还有定位功能，简单PLC功能等要求，本文不评述。 1.2 运动控制

传统的纺织机械电气传动电动机基本上是三大类，一是直流电动机（含并激，他激和串激直流电动机）二是交流异步电动机（含笼式和绕线式异步电动机以及电磁调速异步电机），三是同步电动机（含永磁和激磁式同步电动机）采用各种控制方案对电动机速度按各种规律进行控制或恒速运转，以满足各种纺织机械对运转速度的不同要求。随着纺织机械技术水平的发展和生产工艺对纺机设备的要求的不断提高，对纺机运转速度的要求越来越高，越来越多样化，传统的电气传动已不能满足当今纺织机械的需要，例如：

（1）伺服电机的应用

自动络筒机打结循环要求准确定位；精密络筒机导丝机构要求快速往复运动；喷气和剑杆等无梭织机的电子送经，电子卷取等需准确控制经纱的送出量，卷取量；平网印花机导带前后传动辊要求保持严格同步运转；园网印花机的园网为保证园网与导带以及网与网之间严格同步运转，近年都采用了伺服电机驱动

此外，电脑横编织机机头往复横移运动，长环蒸化机，电脑刺绣机立车，衍缝机鞍架和罗拉以及短纤纺丝机丝捅往复装置的纵向，横向运动也采用了伺服电机驱动。

近期新推出的细纱机采用多台伺服电机分别驱动前、中、后罗拉，钢领板升降以及集体落纱，取代了传统的齿轮传动，降低了噪声，有利于提高成纱质量和纺纱工艺参数的改变。

（2）步进电机的应用

电脑刺绣机绣框X、Y方向的移动采用2台步进电机分别驱动以保证刺绣图案的精细；单轴流开棉机尘捧采用步进电机驱动，有利于尘棒位置或尘格角度的调节，此外帘子线直捻机横动导

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丝机构；分批整经机压辊加压；分条整经机的织轴，整经台的横移，前后移等均采用了步进电机驱动。

有些设备为达到精确控制位移量或定位等既可采用伺服电机驱动也可采用步进电机驱动，例如整径机的织轴，整径台的横移和前后移，有的厂家选用伺服电机驱动，有的厂家则选用了步进电机驱动，同样满足了工艺要求，一般地说，如步进电机能满足技术要求的，理应选用步进电机而不宜采用伺服电机，因后者价高。

（3）开关磁阻电机的应用

采用开关磁阻电机驱动剑杆织机主轴的样机已推出，经试用效果良好。

由上可看出，伺服电机，步进电机，开关磁阻电机等已广泛用于纺织机械，当今中国的纺织机械电气传动正在向运动控制发展，运动控制应将电网，整流器、逆变器、电动机、生产机械和控制系统作为一个整体来考虑，使控制更加优化。

1.3可编程控制器 1.3.1 PLC可编程控制器

PLC是一种数字控制专用电子计算机，它使用了可编程序存储器储存指令，执行诸如逻辑，顺序、计时、计数与运算等功能，并通过模拟和数字输入、输出等组件控制各种机械的运动或工作顺序，又开发了模拟量闭环控制功能和通讯功能，PLC具有可靠性高，适应性强，编程方便，结构模块化等特点，是一种专门用于各行业生产的现场设备，也广泛用于各种纺织机械。

一般的PLC均具有多种功能模块能适合各种技术要求的产品的需要，例如供计数、测量、各种定位控制，凸轮控制和闭环控制功能模块，数字量和模拟量I/O模块和多种通讯模块。

PLC的通讯方式可有三种，一是点对点（PP1）方式，用于与本公司的PLC编程器或其它产品通讯，二是DP方式，即通过Profibus的DP通讯接口接入现场总线网络，三是自由口(Free,Port)通讯方式，由用户定义通讯协议，实现PLC与外设的通讯，此方式无需增加投资，灵活性较好，适于小规模控制系统，例如大多数纺机控制系统，它要求双方都使用RS485接口，通过标准的RS485串行通讯网络通讯，接入现场总线网络时，PLC可以作总线的从站，也可作总线的主站，例如大型涤纶纺丝联合机用1台PC机为主站，3台PLC为从站，又如，分条整径机用1台PLC（S7-300型）作总线的主站，用2台PLC（S7-200型）作总线的从站，构成PLC网络。

PLC的性能倚赖于专用的硬件，应用程序的执行依靠专用硬件芯片来实现，如需增加运动控制功能，通讯功能等，一般均需增加相应的功能模块，近年推出的PAC即可编程自动化控制器，它的软件和硬件采用标准的、通用的部件，PAC的性能是基于它的轻便控制引擎和标准的、通用的，开放的实时操作系统，嵌入式硬件系统设计和背板总线（通常采用标准的，开放的背板总线）等，这些特征越来越显得重要，因而PAC系统在不久的将来有可能部分取代PLC系统。

1.3.2 PCC可编程计算机控制器

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PCC集成了可编程逻辑控制器（PLC）的标准控制功能和工业计算机（IPC）的分时多任务操作系统功能，即综合了PLC和IPC的功能，因此能方便地处理开关量、模拟量，进行回路调节，并能用高级语言编程，同时也具备大型机的分析运算能力。

主要特点：并行处理系统；符合IEC61131-3国际标准的编程语言；支持多任务，分时操作系统；集成CNC功能，运动组件提供对定位，凸轮和仿形应用的开发，配置和诊断，以及优化等的解决方案，最多可管理255个轴。

使用Automative NetTM作为和上位机通讯的统一通信平台，网络上每个通信节点都独立于目标系统，物理介质和协议以及多种操作平台。

开放的现场总线已集成到系统中，因此可连接CAN、CANopen Device Net、 Profibus-DP、Ethernet等，现已用于喷气织机，剑杆织机、悬定粗纱机和化纤后处理设备等。

1.4 网络技术

随着计算机网络技术的迅速发展，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业自动化控制系统结构发展的必然趋势，现场总线控制系统FCS （Fieldbus Control system）适应了工业控制系统向分散化、智能化和网络化发展的需要，是八十年代国际自动化控制领域出现的一项革命性技术，是集网络技术，通讯技术、计算机技术，智能现场仪表，控制装置等多种科技成果而成。现场总线（Fieldbus）是连接智能现场设备和自动化系统的开放式、全数字化，双向传输，多分支结构的通讯网络。是现场总线控制系统的核心，因此现场总线不仅仅是一种通信技术和用数字仪表代替模拟仪表，而是用FCS代替传统的DCS实现现场总线通讯网络与控制系统的集成。

现场总线技术发展迅速，到二十世纪末国际上有40多种现场总线，但应用于我国纺织工业的主要有Profibus、Device Net CAN-Bus、Modbus 等，其中以Profibus应用最广泛、最普及。 1.4.1 Profibus现场总线

Profibus是国际现场总线标准IEC61158的组成部分，2001年12月批准为中国的行业标准正式出版，并得到普遍认可，在全球市场占有率最高。Profibus通讯速度最快，通讯速率（波特率）最高达到12Mbps（通讯距离为100m时），其开放性好，不仅技术公开，而且应用广泛，通讯功能强大，通常采用主一从式通讯，一个系统最多可有126个节点，采用线形、星形、环形等多种拓补结构。

1.4.2 Device Net现场总线

Device Net是一种低价位的开放式现场总线，基于CAN芯片，通讯功能强大，支持除主一从方式以外的多种通讯方式。具有强大的抗电磁干扰能力、网络最多可有64个节点，采用线性拓补结构，但其通讯速率较低，最快为500kbps（通讯距离为100m时）不适于高速数据传输，

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Dvice Net现场总线2002年10月被批准为中国国家标准。

1.4.3 现场总线与传统控制方法的比较

现场总线技术就是设备层的工业控制网络技术，也就是连接现场智能设备（例如变频器，PLC等）和车间的通讯网络，更适合于中等量数据（100～500）的传输。它与传统的控制方法（如DCS系统）相比，具有以下主要特点：

（1）数据传输更可靠，数据响应更快，抗电磁干扰能力更强；

（2）现场连接导线和连接按附件可大量减少，系统设计、安装、调试、维护工作量和现场安装费用大幅度减少；

（3）主控器可获得更多的现场设备信息； （4）可方便地实现自动诊断，并显示故障位置等。

近年来，现场总线技术在我国纺机设备中得到推广应用，尤其是在大型化纤设备上使用，更显其优越性。

现场总线虽具有许多优点，但现场总线控制系统价格还较昂贵，另外，现场中很多设备还不是智能仪表，不能直接与现场总线联网。因而，如现场控制设备多，且分散，设备对控制要求高，或用于有腐蚀性气体等使用环境恶劣，且整台设备造价较高的纺织机械比较适宜推广应用现场总线控制系统。如大型化纤设备等。

近年来，工业以太网发展迅速，通讯速率100M的工业以太网已应用到了工业现场。工业以太网技术在不久的将来可能替代现场总线技术。而将设备层，车间层和信息管理层融为一体。

1.5 人机界面

纺织机械使用的人机界面，可分为较低档的和较高档的两类，各有不同的应用对象。

较低档的人机界面，如文本操作面板等，屏幕尺寸较小，一般不大于115×86mm，显示效果一般，从黑折到64色，主要是以字符显示，采用复膜键盘操作，但也具有触摸屏的基本功能，内存一般在256K以下，价格较低，适用于大多数棉纺、毛纺、针织、服装、非织造布机械和部分印染机械。

较高档的人机界面，如图形和触摸屏操作面板，屏幕尺寸较大，一般大于115×86mm，显示屏为256色～65000色的高分辨率、高亮度的屏幕，除具有较大的数据储存和数据处理能力等基本功能外，还具有软件仿真功能，多种通讯连接方式等，采用复膜键盘操作或触摸屏操作，内存为1～2MB，适用于化纤机械、织造机械和印染机械等。

触摸屏作为人机界面用于纺织机械，主要用于：

（1）可方便灵活地实现生产工艺参数的输入和修改，如各种速度、纱支、捻度、牵伸倍数、张力、温度、压力、长度、卷经等等。

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（2）对各种控制参数的监控，并实时监控系统运行状态，实时显示各生产工艺参数和变频器的启停状态，运行频率、电流、电压、报警信号等。

在实际使用中，触摸屏通常与PLC组成如MP1网，方便地实现各种工艺参数的设定，修改，实时监控，历史曲线，数据统计和报表打印等功能。

1.6 纺机传动电动机

纺织机械所用电动机种类较多，主要有交流异步电动机（含变频专用电机、力矩电机）、同步电动机（主要是永磁式转子同步电机）、伺服电机（主要是交流伺服电机）、步进电机（含直线电机）、开关磁阻电机、直流电动机、电磁调速异步电机和缝纫机专用电机等。

1.6.1同步电机

同步电机转子有永久磁极的转子和带励磁绕阻的转子，纺织机械基本上只用永磁转子的同步电机。同步转速No=60f/p式中f——电源频率，p——电机极对数。同步电机机械特性平直其转速不随负载变化，但同步电机也存在“失步”的危险，一旦功率角? ?60?～90?时。即负载瞬时

过大时，同步电机会失步而停转。因此，通常同步电机容量选择时，留有适当裕量（例如放大一档）永磁同步电机结构更简单，运转更可靠，因而，广泛用于化纤机械。在设计和选用时，还应特别注意，例如：电机容量适当放大、供电的变频器容量更应放大1～2个档次。同步电机的起动电流， 一般比异步电机起动电流大2～3倍。

同步电机变数调速，开环控制即可达到高精度调速，其调速精度仅取决于变频器的频率精度，一般为0.1～0.01%，特别适合于对静态调速精度要求高的多电机同步或比例同步传动，因而广泛用于纺丝机各纺丝泵（计量泵）和纺丝泵与牵伸辊的同步传动。

1.6.2 伺服电机及其驱动技术

早期的伺服电机是直流伺服电机，二十世纪七十年代开始推出，并得到迅速发展，八十年代，由于电力电子技术和计算机技术的发展，交流伺服电机及驱动技术发展起来了，此期间伺服驱动器属模拟式，到九十年代，数字式交流伺服电机系统得到快速发展，性价比快速提高。而直流伺服电机，由于容量、最高转速均受到限制，特别是直流伺服电机有碳刷，易摩损，易产生火花，低速运行时，碳刷和换向器易产生死角等，因而，直流伺服电机逐步被交流伺服电机所取代了。

交流伺服电机系统包括永磁同步（SM型）电动机伺服系统和感应式异步（IM型）电动机伺服系统，后者，由于感应式异步电机结构坚固、制造容易、价格低，具有较好的发展和推广应用前景。

九十年代，由于稀土永磁材料的采用，而且驱动器由模拟式过渡到全数字式，使得交流伺系统硬件结构简单，参数调整方便，产品生产的一致，可靠性大大提高，同时，还可集成

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多种复杂的电机控制算法、PID控制、前馈控制、速度实时监控等，智能化控制功能，因而性价比大大提高。如要求低速性能好，线性调速范围宽，速度波动和转矩波动小，交流伺服电机宜采用速度闭环控制。现代纺织机械为提高档次，提高竞争力，更好地实现加快提升我国纺织工业整体竞争力的要求。纺织机械应用伺服系统越来越广泛，现已有几十种纺织机械应用了交流伺服电机系统，例如喷气、剑杆等无梭织机的电子送经，电子卷取，自动络筒机、平网、园网印花机等，详见运动控制部分。所用伺服电机容量从几十W到十几kW。

调速系统和伺服系统没有本质区别。调速系统重点是按照各种技术要求调节电机运行速度，伺服系统重点是控制电机运行的位置或多电机（轴）的同步运转，包括位置同步和速度同步，对停止、启动要求更准确、更快时，一般也采用伺服系统。

近年国外已推出高精度的全闭环数字式伺服系统，该伺服驱动器直接接受驱动机台位置检测器（如光栅、旋转编码器等）的反馈信号构成位置环，而伺服电机轴上的旋转编码器的反馈信号也送至驱动器，构成速度环，如图（1-1）所示，该系统获得很高的定位精度。

驱动 驱动机 上 位 伺服电机 全闭环伺速度反馈 控制器 服控制器 位置检测

位置反馈 图1-1全闭环控制伺服系统方框图

伺服系统的发展趋势：

（1）高性能化——提高伺服电机本身性能、改进伺服控制器的性能，采用高速CPU、专用集成电路ASIC，智能功率模块IPM等。

（2）小型化——采用高性能永磁材料，优化绕线技术和冷却技术。

（3）软件化——在伺服驱动器中使用超大规模集成电路、将更多的硬件结构用软件实现。 （4）网络化——将驱动部分、运动控制、上位控制和计算机通过网络连接、进行高速数据通讯，实现一体化管理，使机械调整和故障诊断更加简便。

1.6.3步进电动机

步进电机是一种把脉冲变为角位移或直线位移的执行元件，每输入一个脉冲信号，步进电机的转子就前进一步，转过一定角度，由于输入的是脉冲信号，因而，输出的角位移是断续的、故又称脉冲电机。步进电机一步行走的角度位移大小，通过相位分配的改变来调节，步进电机一般为开环控制，因而，当步进电机驱不动时，可能出现“失步”，而影响控制精度，这是选用时应注意的问题。

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可以直接输出线位移的，则称为直线电机，它由2个非接触元件组成，即磁板和线卷滑座，电磁力直接作用于移动的元件，而无需机械连接，没有机械滞后，精度完全取决于直线反馈系统和分级的支承，可由数字伺服驱动，可获得频率响应好、精度高、速度快、噪声低、效率高等特性。

第2章 变频器在化纤机械中的应用

2.1 涤纶短丝切片纺丝机 适用于涤纶短纤维纺丝

切片纺工艺流程为，经干燥过的切片，送螺杆挤压机内加温加压制成纺丝溶液，经连续过滤器过滤后由纺丝泵（计量泵）计量并压入纺丝组件，再由喷丝孔喷出的溶体细流经纺丝侧吹风窗冷却形成。纤维冷却成形后，进入纺丝通道之前需进行集束上油，最终形成丝束纤维。切片纺丝机主要由螺杆挤压机、纺丝箱、纺丝泵和油剂泵等组成。

2.1.1主要技术特征 纺丝位数：24位

纺丝速度：500～1300m/min 调速范围；3:1以上 频率精度：?0.5%～?0.2%。 2.1.2螺旋挤压机

螺杆挤压机主要用于合成纤维之切片熔融纺丝，将切片熔融均化、并使熔体在一定温度压力下定量连续剂出。根据纺丝部位的多少，速度的高低等，螺杆挤压机的螺杆直径和转速均不同，传动功率和加热功率亦不同，见表2.1。

螺杆传动电动机可以是直流电动机，也可以是交流电动机。九十年代后，基本都采用三相交流异步电机传动、变频调速。 表2-1 螺杆挤压机技术参数 螺杆转速r/min 20～100 20～100 螺杆直径mm 电机功率kW 加热功率kW ?45 15 10～15 ?60 22 15～20 20～80 ?80 22～30 25～30 20～90 ?90 30～40 30～40 20～80 ?105 55～75 55～70 20～80 ?120 20～80 ?130 20～88 ?150 20～70 ?160 132 90～105 75～90 110～132 110～132 60～75 70～85 80～95 螺杆挤压机的最终控制参数不是转速，而是螺杆出口压力，因此，该系统实质是压力闭环控制系

统，系统方框图如图2-1所示。

变频电机 螺杆 速度调节 设定

熔体压力设定 图2-1螺杆挤压机压力控制系统方框图

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压力变送器

2.1.3纺丝泵

纺丝泵用于将纺丝溶液定量定压地连续输入喷丝组件，1台纺丝机少则为2个部位，多则24个部位，1个纺丝部位用1台纺丝泵，24个纺丝部位用24台纺丝泵。

纺丝泵一般采用永磁同步电机传动，变频调速。多台同步电机供电方式一般有两种，一是全机多台纺丝泵电机共用一套大容量变频器供电、调速；二是每台电机均由1台对应容量的变频器供电，可单独变频调速，第一种采用一套变频器供电的优点是电路简单，造价较低，第二种供电的优点是一旦某一台电动机故障，只需相应变频器停止工作，其余各部位可照常工作，另外，每台变频器还可分别设定其运转频率，即1台纺丝机可同时生产多种规格的POY丝。

永磁同步电机转速完全取决于供电变频器的频率，当今变频器频率精度可达?0.01%，故纺丝泵采用开环变频控制即可。

2.1.4油剂泵

油剂泵用于对加工中的丝纤维施加一定量的合纤油剂，有利于后续加工，减少静电，使纤维具有一定的柔软性、平滑性和抗静电性等。

油剂泵也是一个部位1台，一般采用三相异步电机传动，变频器供电调速，开环控制，其速度的改变主要是按工艺要求调节纤维丝的上油率，保证丝的质量。

牵引装置，卷绕喂入装置等参见3.3、3.4。

2.2 涤纶短纤维后处理联合机

主要用于将涤纶初生纤维经过牵伸、定型、卷曲、切断和打包，制成具有所需强度、捻度等实用纤维。

2.2.1主要技术特征 生产能力50t/d 最高丝速 30～290m/min 总牵伸倍数 3.192～4.723 2.2.2联合机组成

集束架——导丝机——浸渍机——头道牵伸机——二道牵伸机——三道牵伸机——油浴槽——喷油水机——水浴牵伸机——蒸汽加热箱——紧张热定型机——卷曲预热箱——卷曲机——丝束输送——摆丝装置——松驰热定型机——上油机——电引机——切断机——纤维输送——纤维打包机。

浸渍机、油浴槽、水浴牵伸机、蒸汽加热箱、卷曲预热箱等无主传动，但设有温度控制。

（1）牵伸段主传动

从导丝机到四道牵伸机采用机械长边轴加齿轮变速箱传动其中7台单元机，由此解决头道，二道牵伸机在加工丝束运行中可能出现的倒拖，即处在发电运行状态，并保证各段牵伸比的基本

13

稳定，牵伸比的调整靠齿轮变速箱，长边轴采用160kW直流电动机调压调速，或交流异步电动机变频调速。

（2）卷曲机2台，采用2台10kW直流电动机调压调速或交流异步电机变频调速。 （3）皮带输送机2台，采用2台3kW 直流电动机调压调速，或交流异步电机变频调速。 （4）松驰热定型机链板传动采用2.2kW交流异步电机加PIV机械调速，或采用交流异步电机变频调速。摆丝装置则采用1.5kW直流电机调压调速或交流异步电机变频调速。烘房温度135～150℃，采用温度自控。风机共8～10台，采用10kW交流异步电机传动。

（5）上油机2台，采用2台3kW 直流电机调压调速或交流异步电机变频调速。 （6）曵引机2台，采用2台3kW直流电机调压调速或交流异步电机变频调速。

（7）切断机2台，采用2台5.5kW 或7.5kW直流电机调压调速或交流异步电机变频调速。 （8）打包机2台，采用油压传动，主压油泵为三柱塞泵两台，30Mpa，25L/min，预压油泵为叶片泵2台，7Mpa，113L/min。纤维的压实、捆扎、成包、转向等动作程序采用PLC控制。

2.2 .4调速系统控制方案 （1）直流调压调速方案

每台直流电动机采用独立的电流——电压双闭环可控硅整流电源供电，全机共12套可控硅直流电源分别供12台直流电机调速。

牵伸段与2台卷曲机之间的同步运行，采用2台同步调节器，当牵伸与卷曲出现速度差时，同步调节器通过调节辊的位移检测出速度差，并将该位移转换成直流电压信号，分别调节卷曲机1、2的速度，使之与牵伸段同步运行，其同步调速原理框图2-2。

切断机与曵引机之间的同步运行原理与牵伸段一卷曲机之间的同步运行原理相同。 （2）交流变频调速方案

全机共采用12台变频器分别给12台交流异步电机供电，进行变频调速，变频同步调速原理框图如图2-3。 Ug

GT GT ST SF ST SF

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卷TB 曲机 1 卷曲机 2 GT ST LT KZ LF M F SF LT KZ LF M E TB LT KZ LF M E

图2-2牵伸段一卷曲机直流同步调速系统原理框图 牵伸段丝束 M V1 ~ 卷曲机 1 卷曲机 2 Ug

TB V2 M ~ TB V3 M ~ 图2-3牵伸段一卷曲机交流变频同步调速系统原理框图

图2-2中

GT—给定积分器 ST—速度调节器 LT—电流调节器 KZ—可控硅整流电源 M—直流电动机 F—直流测速发电机 HF—电流反馈 SF—速度反馈 TB—同步调节器 Ug—速度给定电压 图2-3中

V—变频器 M ~ —交流异步电机 TB—同步调节器 Ug—速度给定电压

2.3 大型涤纶短纤维纺丝联合机

大型涤纶短纤维纺丝系指年产3万吨以上涤纶短纤维直接纺丝联合机。 主要工艺流程为，熔体分配?纺丝?集合?牵引?喂入?装筒?丝桶输送。

设备组成：熔体配管，纺丝箱体，纺丝泵，喷丝板，丝束冷却装置，上油装置（泵），生头装置，牵引装置，卷绕喂入装置，盛丝装置。

2.3.1主要技术特征 日产量： 100t/d 纺丝位数： 32或36位 机械速度： 500～1500m/min 丝桶纵向速度：5～10m/min 丝桶横向速度：0.5～3.5m/min

全机总功率460kW(其中传动功率160kW，联苯加热300kW) 2.3.2纺丝泵

一位1台纺丝泵，全机32或36台纺丝泵，每台纺丝泵单独一台永磁同步电机或异步电机传动，每台电机由单独变频器供电，变频调速。

2.3.3上油装置

采用油盘园周溢流式上油，上油泵由交流异步电机传动，变频调速。 2.3.4牵引装置

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主要由6根牵引辊交叉排列组成，每根牵引辊单独由交流异步电机或同步电机传动，6台传动电机采用共直流母线的单独逆变器供电的变频调速。6根牵引辊转速可完全一致，也可按工艺要求保持一定的比例关系。

2.3.5卷绕喂入装置。

卷绕喂入装置包括导丝辊和喂入轮，导丝辊由同步电机直接传动，变频调速，喂入轮由交流异步电机传动，变频调速。

2.3.6盛丝装置

盛丝装置的盛丝桶的纵向、横向运动均采用伺服电机驱动，或者变频电机传动，变频调速，丝桶进出辊道和台车均由单独交流异步电机传动。

盛丝装置设有定长装置，对每桶丝的长度进行精确定长，保证每桶丝的尾丝降至最低。 2.3.7联合机控制系统

纺丝联合机的控制可以分为纺丝，卷绕喂入和盛丝三套控制系统，目前已采用现场总线控制系统，PLC为主站，各变频器，伺服控制器，现场I/O等均为从站，其间的通讯采用Profibus-DP总线。可根据用户的需要，本系统可设置操作员站，工程师站，报表打印等。PLC也可与上位机通讯（总线或以太网）。涤纶短丝纺丝联合机控制可将为纺丝，卷绕喂入合并为一套系统，人机界面采用触摸屏，可方便地在触摸屏上设定纺丝工艺参数，运行控制，工况显示，故障报警，显示以及数据的纪录，查询等功能。

（1）纺丝控制系统方框图如图2-4。纺丝PLC（IPLC）对32台纺丝泵，1台上油泵的变频器调速，4台纺丝箱体温度，压力进行监控，系统设有4个现场I/O，通过人机界面实现工艺参数的设定、修改、各有关数据采集，并控制上述设备的运行。

V1 计量 泵1 IPLC PROFIBUS-DP ITP V2 计量 泵2 V32 计量 泵32 V33 计量 泵I/0 现 场 I/01 I/0 现 场 I/02 I/0 现 场 I/03 I/0 现 场 I/04 PLC1 测温铂电阻 电热丝加热 PLC2 测温铂电电热丝加阻 热 33 图2-4纺丝控制系统方框图

（2）卷绕喂入控制系统方框图如图2-5，卷绕PLC（2PLC）除控制1～6牵引辊，导线辊，喂入轮，上油泵（轮）电机的调速外，还控制纺线吹风装置，设有5个现场I/O通过触摸屏完成

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工艺参数的设室，修改和数据采集等。

Z 整流单元 DCBUS 共直流母LV LV LV V V V I/O I/O 126123线 牵 牵 牵 导线 喂入上油现场现场引 引 引 辊 轮 泵 I/O I/O 辊1 辊2 辊6 图2-5卷绕喂入控制系统方框图 （3）盛丝桶往复装置控制系统如图2-6，丝桶往复PLC（3PLC）控制丝桶往复装置的纵向横向伺服电机的精确运动，并通过触摸屏实现有关参数的设定，修改和采集，同时设有定长装置，对每桶丝的长度进行精确定长，使各丝桶的尾丝浪费降到最纸。

SK1 SK2 I/O 纵向 横向 现场伺服 伺服 I/O 控制 控制 图2-6线桶往复装置控制系统方框图

直接纺的纺丝联合机还应包括熔体配管增压泵PLC站（4PLC），该PLC站主要是控制熔体配管的温度和熔体压力，增压泵采用交流异步电机传动，选用矢量型变频器精确调速，调控配管内熔体压力。

根据用户需要，纺丝，卷绕，和丝桶往复装置的PLC站，可与集中控制室的上位机联网，实现生产管理，其通讯可以采用现场总线也可采用工业以太网，如图2-7，实现管控一体化。

1PLC 2PLC 3PLC 纺丝 4PLC 打印 PI 计算机工作站 人机界面 IPC HMI 3PLC 3TP I/O 现场I/O 2PLC 电源 2TP 卷绕 丝桶往复 增压泵 图2-7纺丝联合机控制系统框图。

2.4 大型涤纶短纤维后处理联合机

大型涤纶短纤维后处理联合机系指年产3万吨以上的后处理联合机。

主要用于将涤纶初生纤维经过牵伸、定型、卷曲、切断和打包，变为具有所需强度、伸度等实用纤维。

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该联合机主要由集束架、导丝机、浸油槽、一道牵伸机、水浴槽、二道牵伸机、紧张热定型机、冷却喷淋机、三道牵伸机、叠丝机、三辊牵引机、卷曲机（含预热箱）、铺丝机、输送机、曵引机、切断机和打包机等。

2.4.1主要技术特征

生产品种：1.5dtex×38mm棉型纤维

0.8dtex～1.1dtex?38mm细旦纤维。 线 束：320dtex 日 产 量：100t/d

车 速：250m/min 引丝速度30～60m/min 2.4.2电气传动

主传动电机：导丝机7.5kW，一道牵伸机45kW，二道牵伸机160kW,三道牵伸机315kW，紧张热空型机160kW，叠丝机15kW，卷曲机75kW，铺丝机4.5kW，曵引机15kW，切断机30kW，打包机75kW。

2.4.3联合机控制系统 （1）牵伸段控制系统

从导丝机到卷曲机，各单元分别由交流异步电动机传动，采用共直流母线的多单元同步调速控制，各单元机电机通过旋转编码器检测速度，并与相应的逆变器构成速度闭环控制，保证各单元机转速达到高精度0.1%以上，如图2-8，采用PLC（例如S7-400）作为总线系统的上位机（即主站）各逆变器为从站。主站PLC通过内置的通讯口MPI与触摸屏TP构成MPI网，用于设定，修改各单元机的起动时间，升降速时间，运行速度，各牵伸比控制及停车，制动时间，运行速度，温度等工艺参数。

PLC TP MP1 PROFIBUS-DP Z

DCBUS 牵伸比控制精度0.1%

图2-8牵伸段总线控制系统框图

通过现场I/O，远程I/O接口，控制系统各单元（例如水浴槽、蒸气加热箱、卷曲预热箱等）

L1 BL2 BL3 BL4 BL5 BL6 BL7 BI/O I/O PLC 从站PLC 现场 远程 I/O I/O 18

的温度，液位，以及循环泵等辅机。

ABB公司以ACS600共直流母线系统，能提供精确的速度的转短控制内部高速光纤通讯，抗干扰能力强，支持Profibus-DP现场总线。图2-8中，L1～L7即为ACA逆变单元，从7.5kW～315kW，整流单元为800kW，B1～B 7为旋转编码器，检测从导丝机到卷曲机共7台传动电机的转速，速度信号送相应的逆变器，以控制各单元机在加、减速过程及稳速运行中均能严格同步，保持各牵伸比恒定。

丝束牵伸力大，在牵伸过程，一道、二道牵伸机可能运转在发电状态而出现速度失控，牵伸比不稳定，采用共直流母线即可解决运转中牵伸比稳定的问题，但在临时停车时，仍需保持丝束张力，否则丝束将回缩。因而，要求所用变频器具有零速伺服功能，即在停车过程，速度降至零速阈值以下时，变频器应自动由速度控制模式切换到位置控制模式，类似于电梯等位置控制。

（2）铺丝、曵引机和切断机控制系统

铺丝机与卷曲机无严格同步要求，只须保持速度协调可用位置开关对铺丝机速度进行断续调节。使之与卷曲机保持速度协调。

曵引机和切断机均为变频调速，其速度需同步，可以采用牵伸段控制方案，该变频器作为从站，挂接到总线上，也可两单元机组成一同步调速系统，两单元之间通过同步调节器调节曵引机的运行速度，参见染整联合机同步调速系统。 2.5 粘胶短纤维纺丝精练联合机

主要用于用粘胶原液进行纺丝，精练等后处理，制成粘胶短纤维。 2.5.1主要技术特征 生产能力：30t/d 调速范围：纺丝段低速 高 速

10～30m/min 30～60m/min

曵引、切断机高速 30～75m/min 调速精度：≤?0.5%

大网辊和托压辊以及高压轧车的上、下辊之间要求严格同步。 2.5.2联合机组成

纺练联合机由纺丝段和精练段组成。

（1）纺丝段包括2台纺丝泵，由2台11kW 交流异步电机传动，低速导丝盘由11kW交流电机传动，高速导丝般由11kW交流电机传动，前集束机由15kW 交流电机传动，中集束由18.5kW交流电机传动，牵伸机由30kW 交流电机传动、2台曳引机由2台5.5kW交流电机传动，4台切断机喂入轮由4台4kW交流电机传动，切断机切断刀盘由4台7.5kW交流电机传动，共17台电机。

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（2）精练段包括网式精练机，其中大网辊由7.5kW交流电机传动、托压辊由11kW交流电机传动；前高压轧车上辊由4kW、下压辊由5.5kW 交流电机传动，后高压轧车上辊由4kW，下辊由5.5kW 交流电机传动，共6台电机。

5.3联合机控制系统

纺粗旦丝时，前集束或中集束将处于发电状态运行，即倒拖现象，造成牵伸比不稳定，为此，采取共直流电源供电方式，将前集束机、中集束机和牵伸机共3台通用变频器整流输出的直流电压并联起来，构成共直流母线供电方式，如图2-9，如此连接，可保证前集束或中集束电机所产生的回馈能量消耗在处于电动状态运行的牵伸机中，即负功率能量通过直流母线可自动平衡。加之直流电压的并联，滤波电容容量增大，因而，直流母线的电压不致升高，由此，可保持牵伸比的稳定。

整流 整流 整流 380V 50HZ

逆变器 前集束机 逆变器 中集束机 逆变器 牵伸机 图2-9 变频器供直流母线供电原理框图

联合机采用1台工控机IPC和2台PLC控制联合机中的23台变频器的运行，以及速度、牵伸比温度、压力、流量、液位等工艺参数的设定、修改、故障报警，实时监控系统运行状况，存贮数据、资料等，系统原理框图如图2-10。

U1 纺丝泵 U3 导丝盘 U5 前集束 U6 中集束 U7 牵伸机 U8 曳引机 U1切 断喂入轮 U1切 断刀盘 U1大网辊 U1托压辊 U2前扎车上辊 U2前扎车下辊 U2后扎车上辊 U2后扎车下辊 RS485 IAK 1PL2PL2AK IPC 20

图2-10 联合机控制系统原理框图

为保证大网辊和托压辊的上、下辊之间的严格同步，大网辊速度跟随托压辊、高压轧车上辊速度跟随下辊，为此，各单元机设置编码器，准确检测各单元机转速，若速度差超过充许值，则自动即时调节从动机（大网辊和轧车上辊）转速。

2万吨/年粘胶短丝纺丝——精炼——干燥设备 Modbus协议 RS485 IPC modbusplus

IPC

网M M M ~ ~ ~ 络 IPC 纺丝段—从计量泵到切断机共18台变频器

分布式系统PLC PLCI 分站 M M M PLC PLCI2 ~ ~ ~ 精练段—从精练机到高压轧车共6台，再加轧后链打手共7台变频器 全线由计算机管理生产线工艺参数，改变工艺参数下载到各变频器的时间不超过2s，实现不停机改变工艺参数和纺丝速度。全线的温度、压力为闭环控制，液位、流量为开环控制，其余部分参见1万吨/年粘胶短丝设备。

2.6 锦纶短纤维后处理联合机 2.6.1联合机组成

集束架——导丝机浸油槽头道牵伸机水浴二道牵伸机蒸汽牵伸槽三道牵伸机蒸汽牵伸槽四道牵伸机——叠丝机蒸汽预热箱卷曲机——铺丝机——松驰热定型机——曳引机——切断机— —打包机。

全机包括10台主单元机，每台主单元机均由交流异步电机传动，变频调速。 2.6.2控制系统

由于联合机单元机多、流程长，现场设备分散，为提高工作可靠性，保证控制精度，缩短现场施工周期等，联合机采用现场总线（Profibus-DP）控制系统。

联合机的导丝机，头道牵伸机、二道牵伸机在加工不同品种时，可能处于发电状态运行，即倒拖现象，为此，从导丝机至卷曲机共7台单元机采用共直流母线的变频同步调速系统，利用

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M M M 干燥段——从喂毛链到精开机下罗拉共9台变频器 ~ ~ ~ 生产线的多点温度，液位，压生产线其它电机的监控 力，流量等参数的监控 图2-11 2万吨/年粘胶短丝设备控制系统原理框图

DC-Bus技术，处于发电状态的3台电机所产生的回馈能量可消耗在处于电动状态的4台电动机中，而不会引起直流母线电压的升高，其中每台单元机均采用带编码器的速度反馈控制，便可精确控制各单元机间的速比关系，保持牵伸比的稳定。

铺丝机，曳引机和切断机电机由单独变频器供电，7台逆变器和3台变频器通过通讯板（CBP）接至现场总线Profibus-DP上。松驰热定型机链板为交流异步电机加机械式PIV传动，不参与同步控制，打包机系单独的、间歇工作、油压传动也不参与同步控制。

集束架无主传动，但有44个光电开关和44个行程开关，主要用于检测丝束是否打结和空捅报警：为减少机上连线，采用分布式I/O(ET200)，作为一个从站接至总线上。

B B B LVLVLVV1 V2 V3 I/O W1 W2 W10 W11 Z PLC TC PROF1BUS-DP DC-BUS 图2-13锦纶短纤维后处理联合机总线控制系统原理框图

现场总线系统的主站为可编程控制器（PLC），逆变器（LV1——LV7），变频器（V1、V2、V3）均作为从站，通过通讯板（CBP）挂到总线上，分布式I/O也作为从站直接挂到总线上。7台逆变器由整流单元（Z）通过直流母线（DC-BUS）供电。

浸油槽、水浴牵伸槽、蒸汽牵伸槽、蒸汽预热箱以及松驰定型机均设有温度控制表（W1、W2??W11）共11台温控表通过通讯模块（TC）进行通讯。

2.7长丝纺丝设备中的卷绕头

适用于长丝纺丝生产，有规律地将丝束卷绕成一定形状和容量的筒子，以供下道工序用。 长丝纺丝设备与短纤维纺丝设备的传动和控制基本相同，主要差别在丝的卷绕方式不同，卷绕头是长丝纺丝中的关键部件之一，卷绕轴的传动有磨擦式和锭轴式两种。高速纺丝一般均采用锭轴传动，锭轴式传动是由同步电机直接驱动筒管轴转动，在运行中随着卷绕直径的逐步增大，筒管的转速越来越慢，以保证其表面速度恒定，张力一致。

2.7.1主要技术特征

卷绕轴的转卷速度分为3档：

1500m/min以下用于常规纺丝制成的是UDY丝。

2500m/min～4000m/min用于高速纺丝，制成的是POY或HOY丝

22

6000m/min以上用于超高速纺丝制成的是FDY或FOY丝。

UDY（Undrawnyarn的简称）丝属未拉伸丝，主要用作切断成短纤维用。 POY（Preoriented Yarn的简称）丝属预取向丝。 FDY（Fully Drawn Yarn的简称）丝属全拉伸丝。 2.7.2传动与控制

每一卷绕轴由单独的同步电机传动，变频调速。

双轴式卷绕头，两根轴的轴心线可绕其转盘的中心点回转，实现自动换筒，使两根轴可交互进行卷绕。

为实现恒线速卷绕，同步电机变频调速采用线速度闭环控制。

为了满足纱线卷绕成型好无叠线和塌边等的要求，纺丝卷绕头由摩擦辊、槽筒横动装置和筒管夹头等组成，而槽筒横动装置电机调速必须按图2-14所示的三角波规律进行调节，该图是以变频器输出频率进行标注的，此种调速规律通常是由摆频发生器控制变频器输出频率来实现的。

0 F F2 FJ2 FJ1 F1 T1 TJ1T2TJ2T3 T 图2-14 卷线头横动装置三角波调速曲线图

图中：F1—三角波下限频率

(T2—T1)—三角波下降时间 F2—三角波上限频率 (T3—T2)—三角波上升时间 (F2—FJ2)或者（FJ1-F1）—跳跃频率

T1—起动升速时间，指变频器从0Hz起动加速到上限频率所用的时间 (T3—T1)—横动周期

(TJ1—T1)或者（TJ2—T2）—跳跃时间

由图可见，当变频器驱动横动电机达到上限频率或下限频率时，频率应突变，下降为（F2—FJ2）或上升为（FJ1—F1），突变频率（F2—FJ2）或（FJ1—F1）幅值一般为基本频率F1的1%左右，突变频率的时间，理论上要求是0，但实际上，由于横动装置和电机有惯性，使得电机速度不可能突变而有一过渡时间（FJ1—F1）或（TJ2—T2），该过渡时间通常在0.1s以上。

高速纺卷绕头横动装置三角波调速的参数数值：

23

上限频率为206Hz，下限频率为194Hz； 跳跃频率为?2Hz，上升时间为3s； 下降时间为3s，跳跃时间为0.1s。

2.8 高速弹力丝机

适用于聚脂预取向丝（POY丝）进行牵伸假捻变形后成为弹力丝（DTY丝） 2.8.1主要技术特征 加工丝纤度50～220dtex； 总锭数216锭；

卷绕速度100～900m/min； 速度精度?0.5%；

横动装置0～360周期数/分，速度精度?0.5%，横动辊速度应与卷绕辊保持一定比例且按三角波运动，三角波幅度0～?5% ；

磨擦盘速度0～1750m/min，速度精度?0.5%； 温度范围150～250℃；

控温精度?1.0℃，测温精度?1℃；

巡回检测温度点数，27点，自动巡回检测或定点检测，点温度显示时间2～40s，可调。 2.8.2电气传动

上喂入辊7.5kW永磁同步电机

中喂入辊7.5kW永磁同步电机 下喂入辊7.5kW永磁同步电机

卷绕辊11kW永磁同步电机 横动辊11kW交流异步变频电机 磨擦盘龙带辊2台22kW交流异步变频电机， 磨擦盘与中喂入辊线速度之比为1.5～2.5。 2.8.3控制系统

上、中、下喂入辊和卷绕辊共4台同步电动机传动，变频调速，开环控制便可获得高调速精度。横动辊和磨擦盘（假捻器）龙带辊共3台异步电机采用共直流电源供电的变频调速，采用速度闭环控制，全机为PLC加触摸屏控制如图2-15。

TP RS485 PLC 0-10V DC-BUS LV1 M LV2 M LV3 M LV4 M LV5 M LV6 M LV8 M ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ M ~ 24

上喂入辊 中喂入辊 下喂入辊 卷绕辊 横动 装置 B 磨 擦 盘 龙 带 上油机 图2—15高速弹力丝机控制系统原理框图

PLC在本系统中的主要功能有：（1）控制7台电机的同步协调运转；（2）输出0～10V电压信号控制横动辊的三角波扰动变速；（3）通过通讯口与触摸屏连接，共同完成全机各辊的运转速度，横动辊与卷绕辊，磨擦盘与中喂入辊等的线速度比值以及扰动三角波的参数调整等生产工艺参数的设定，修改和显示。触摸屏还对弹力丝机各部分的运行状况进行监测，并显示逆变器的频率，电流等参数。

温度的检测与控制采用微机多点温度巡检巡控装置，全机共分26个单元，2个加热区。各点的铂电阻测温电桥信号先后由模拟开关电路送入数据放大器，经A/D转换成数字信号进行数据的采集和处理，再经软件处理后，以巡回方式显示各点温度，根据PD调节器的计算结果，发出控制信号，控制加热电源的通断来控制各点温度，如温度越限，则发出报警信号。

2.9 弹力丝机

适用于将50～330dtex的聚脂丝加工成具有中、低弹性能的弹力丝或花色弹力丝。 2.9.1主要技术特征

假捻方式：采用叠盘磨擦式假捻器； 锭 数：24锭/节，共9节，共216锭； 机械速度：最高680m/min；

电气传动：A侧和B侧的Ⅰ罗拉、Ⅱ罗拉、Ⅲ罗拉以及卷绕，磨擦辊和导丝往复机构分别为异步电机传动，传动总容量为56.72kW，变频调速；

温度控制：热箱加热总功率86.1kW；

温度范围120℃～250℃（联苯气相热箱）； 温控精度±1℃～2℃多点温度巡检巡控。 2.9.2控制方式

（1）变频调速为通用变频器

卷绕机构为槽筒式，槽筒转速按三角波变化，达到防叠防凸功能，使丝的卷绕成形和退绕性能好。 （2）温度控制

各点铂电阻测温桥信号先后由模拟多路开关电路送入数据放大器，经模数转换成数字信号进行采集和处理，再经软件处理后，以巡回方式显示各点温度。根据数字PD（比例微分）调节器的计算结果，控制各点的加热，保证各点温度稳定在设定值范围内，如温度越限，则发出报警信号。

25

2.10 帘子线直捻机

适用于将两股未加捻的长丝直接并合，加捻成帘子线并卷绕成平行筒子，供后续织机使用。 2.10.1 主要技术特征 锭数：134锭;

锭速：4000～8500r/min; 卷绕速度：8～40m/min;

自停保护：车门打开自停，纱线张力突变自停。 2.10.2传动

（1）锭子采用单锭传动，全机134台锭子电动机，每台电机0.57kW；采用变频器统一供电，变频调速，可单锭启停。

（2）卷绕为伺服电机驱动，设有速度检测，与锭子电机相耦合、保证两者速比恒定。 （3）卷绕防叠装置：横动导丝机构采用伺服电机或步进电机驱动、带动导丝器往复运动，电机按不等边三角形运转，以达到卷绕防叠效果。

2.10.3 控制系统

全机采用PLC控制，PLC与触摸屏TP组成MPI网，用以设定，实时监控并显示单锭纱线长度，纱线张力、捻度、卷绕交叉角以及单锭锭速，电机电流等生产工艺参数。

SKSKU K1 K2 PLC TP K134 M M M 图2-16直捻机控制系统原理框图

图中：SK1——卷绕防叠伺服或步进电机控制器 SK2——卷取伺服控制器 M ——锭子电动机，共134台 ~

K1～K134——锭子电动机启停开关共134个 U——锭子电动机调速变频器 TP——触摸屏 PLC——可编程控制器

第3章 变频器在棉纺机械中的应用

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3.1 开清棉和开清梳棉联合机

开清棉，开清梳棉机械包括抓棉机、混棉机、开棉机、清棉机、凝棉器、配棉箱、输棉风机、清梳联喂棉箱及梳棉机等。

主要用于将含有各种杂质和疵点的紧压包装的棉包或化纤包，进行开松、混和、除杂和梳理后，纺制出优良品质的棉条。

开清棉和开清梳机的区别在于:开清棉机再加清梳联喂棉箱和梳棉机即组成开清梳棉机。 3.1.1往复抓棉机

间歇下降的抓棉打手随着转塔和小车作往复运动，对棉包按顺序抓取的棉块经输棉管道被气流送至下道加工工序。

（1）主要技术特征 产 量： 1000kg/h 抓棉打手转速： 1250r/nim 行走小车速度： 6～13m/min （2）传动和控制

抓棉打手为交流异步电机传动，不变速，行走小车为交流异步电机传动，变频调速。 X、Y方向用脉冲计数确定小车行车的距离。采用PLC控制行走小车的运动，设有触摸实现人机对话，故障自动显示，且操作方便。

3.1.2多仓混棉机

适用于原棉及原棉与合成纤维的混和 （1）主要技术特征

产 量： 800/1000kg/h 开棉打手转速： 760r/min 给棉罗拉转速： 0.05～0.83r/min （2）电气传动及控制

混棉帘、输棉帘、开棉开手及给棉罗拉均为交流异步电机传动，其中给棉罗拉为交流变频调速，给棉速度与清棉机给棉速度同步。

该机采用PLC控制，主要功能是逻辑控制。

另设有光电装置，检测棉位高度，棉位高度超过限度将报警。 3.1.3单轴流开棉机

适用于各种等级的原棉的处理，是一种预清棉设备 （1）主要技术特征

1500kg/h

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产 量： 1000、1200kg/h 开棉辊筒转速： 480～960r/min 排杂打手转速： 16r/min （2）电气传动

开棉辊筒为11kW交流异步电机传动，变频调速 排杂打手电机为0.37kW交流异步电机传动 尘棒位置（座格）采用步进电机（96W）调节 （3）控制系统

采用PLC控制，设有人机界面方便操作和显示。

开棉辊筒转速、尘格角度、排杂间隔和排杂时间，通过人机界面面板上的4个功能键完成开棉机的全部操作，并显示各种报警信息和操作步骤提示。

开棉强率分成1～10档，通过PLC的程序自动转换成开棉辊筒的转速（480～960r/min，每档转速差约48r/min），即控制开棉辊筒变频器的输出频率。

开棉辊筒的速度由人机界面（TD200）进行实时监控，当实际速度低于指令速度的85%时，向控制台发出报警信号并停机。

尘格距离的设定可分为若干档如1～7档，每档间隔5o，对应尘隔角度调节范围为15-40o。 尘棒位置的调节采用PLC触发步进电机驱动器，步进电机的转角通过传动机构，转换成直线位移，改变设定的当量和发送的脉冲数量便可改变尘棒调节机构的调节速度和调节范围，因该调节要求不高，调节频率也较低，故采用开环控制。

如用户需要PLC可选用S7-200（CPU226）和通讯模块（EM227），将该系统挂到现场总线（Profibus-DP）上，实际数据通讯，通过总线将数据传送到中央控制室的主控计算机上实现远程监控。

3.1.4开棉机

锯齿辊筒开棉机 适用于将各种等级的原棉，对经过初步开松、混合、除杂的延棉作进一步的开松、除杂。

（1）主要技术特征

产量 400kg/h

开棉打手转速 700、800、900r/min 给棉罗拉转速 0～40r/min （2）电气传动

开棉打手和给棉罗拉均为交流异步电机传动。

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其中给棉罗拉为交流变频调速，根据清梳联喂棉箱的需要自动调整以达到连续喂棉的目的。 精开棉机 适用于加工高含杂率的棉、废棉和轧棉机落棉的开松、除杂，也可用于气流纺或喷气纺。

（1）主要技术特征 产 量：最高600kg/h

转速范围：1020～1530r/mim（进口）

1490～2235 r/mim（中间）

2225～3335 r/mim（出口）

（2）传动和控制：开松辊，给棉罗拉和除杂辊均为交流异步电机传动（装机功率10kW） 变频调速。

设有光栅捡测给棉箱内棉位高低，通过微处理器可调节尘笼凝棉器 （通过气流）送入的原料。

除杂强度可调整除杂辊速度进行调节。 3.1.5清梳联喂棉箱

是清棉机和梳棉机之间的联结设备，经清花工序处理后的原料由输棉管道进入本机，制成均匀延棉喂入梳棉机,实现清花、梳理连续化生产。 （1）主要技术特征

单 台 产 量：35～100kg/h 下棉箱压力波动：300pa±20pa 喂 棉 罗拉转速：0～2r/min 开 松 打 手：784r/min （2）传动和控制

喂棉罗拉和开松打手均为交流异步电机传动，其中喂棉罗拉电机0.37kW交流异步电机，变频调速。

在配棉总管中，设有压力传感器，根据压力大小来控制上棉箱给棉罗拉电机转速，调节棉纤维的喂入量，来保证清梳联喂箱上棉箱压力稳定和棉花密度的均匀。 3.1.6梳棉机

适用于纤维长度为22～76mm的纯棉、化纤及其它混纺纤维的梳理。 （1）主要技术特征 产量：40～100kg/h

出条速度：300m/min（最高）

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刺辊速度：807～1210r/min

道夫速度：9～90 r/min（道夫直径Φ706mm时） 锡林速度：400～600 r/min 盖板速度：98～370mm/min （2）电气传动

锡林为5.5kW交流异步电机传动，变频调速; 道夫为2.2kW交流异步电机传动，变频调速;

盖板花清洁辊为0.37kW交流异步电机传动，变频调速; 给棉罗拉为0.75kW交流异步电机传动，变频调速; 圈条器为1.4kW伺服电机传动。 （3）控制系统

全机采用PLC控制，PLC主要控制功能为：

控制道夫和给棉罗拉（刺辊）传动电机的速度和比例跟踪运转；控制圈条器伺服电机的运转并确保其与道夫同步运转；控制满筒后自动换筒，换筒过程如下，当计长达到设定值时，PLC控制车速降低，并发出换筒信号，电磁阀控制机械机构切断棉条并夹住上端棉条，伺服电机转动棉条筒底盘，把空筒放在棉条筒固定位置，并把满筒推出，夹住棉条机构放开棉条，升速至正常生产速度，换筒结束。

机上设有触摸屏设定并显示出条速度、牵伸比、棉条重量、CV值，棉箱压力等工艺参数，满筒和出现各种故障时报警。

本机配备有长、短片段混合环自调匀整装置，如图3-1。

M1 ~ M2 ~ M3 ~ M4 ~ M V1 V2 V3 V4 SK S1 S2 S3 S4 PLC TP 图3-1梳棉机控制及混合环自调匀整装置原理框图。

图中：PLC—可编程控制器 TP—触摸屏

V1-4—分别为给棉罗拉、道夫、锡林、盖板清洁辊变频器 M 1-4—分别为给棉罗拉、道夫、锡林、盖板清洁辊驱动电机

~

S1—给棉棉层厚度传感器

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S2—给棉罗拉速度传感器 S3—出条罗拉速度传感器 S4—出条棉条重量传感器 SK—伺服电机控制器

通过检测喂入棉层厚度和输出棉条重量经数据计算处理后控制给棉罗拉转速、实现棉条的匀整，改善条干均匀度，棉条重量内不匀可达1.8%左右。 3.1.7清梳联合机控制系统

清梳联合机可采用PLC加触摸屏进行集中控制，要求联合机中单元机如抓棉机、混棉机、开棉机、喂棉箱、梳棉机和辅机（如风机等）应采用单独电机传动、变频调速、梳棉机喂棉管道中采用连续喂棉装置，以管道压力变化来调节喂棉速度，随着梳棉机开台数的变化，清棉机或喂棉箱的给棉电机速度能及时同步调整，以达到比较精确地连续喂棉的目的。

1PLC 2PLC 3PLC V1 V2 多仓混棉机 V3 单轴流开棉机 V4 清梳联喂棉箱 V5 给棉机 V6 道夫 V7 锡林 V8 清洁辊 SK 条圈器 V9 抓 棉 机 图3-2 清梳联控制系统原理示意框图 PLC作为主控机，通过RS485通讯口与触摸屏通讯，与各单元机相连，控制各单元机的顺序启动和停止；各单元机风机的顺序启动；延时控制各打手的启、停。各单元机有关电气连锁控制，并对各机台的工艺参数机械运行状况，变频器和传动电机进行监控，触摸屏设定和显示工艺参数和其它有关参数，显示当前机台和系统的运行状况和故障信息等。

图3-2中，每种机台仅绘出一台，实际使用时为多台数量不等，整条清梳联机台多，且分散，拟采用现场总线控制系统和工业以太网，实现管控一体化。

3.2 并条机

并条机是将若干条梳棉条进行并合、牵伸、集合为一根棉条中的机器。适用于棉、化纤及其混纺纤维，将梳棉的生条经并合牵伸纺绵制熟条。

IPC 4PLC PLC RS485 5PLC 2TP TP 31

3.2.1主要技术特征 并合根数 6～8

输出速度 150～600或700m/min 3.2.2电气传动

主电机为5.5kW或7.5kW交流异步电机，变频调速或选用双绕组，双速电机传动、低速起动、延时切换至高速运行，采用电容制动。

换筒电机为0.25kW或0.55kW交流异步电机 吸尘电机为1.1kW交流异步电机 3.2.3控制系统

采用PLC控制，人机界面显示和操作

PLC主要功能为逻辑控制，自动换筒程序、断条监测、计长、故障诊断、报警等。 人机界面功能为速度设定，显示工艺流程、产量、工艺状态、出条长度等工艺参数。 3.2.4自调匀整装置

自调匀整装置是在一定范围内，自动调整棉条均匀度，使输出棉条的重量偏差达到工艺要求的装置，由检测控制和执行三部分组成。

自调匀整装置有闭环式，开环式和混合环式三种，开环式和混合环式应用较多。 （1） 开环式

检测类在喂入端，调整点在后，例如，利用凹凸罗拉组成钳口，检测喂入棉条线密度（不匀度）和棉条粗细变化引起凹凸罗拉移量变化，通过光电编码器等位移传感器将位移变为电信号，送PLC与设定值进行比较后控制伺服电机，调节后区罗拉之间的传动比即调节牵伸倍数，达到输出棉条线密度均匀，输出端还可设一个监测喇叭口，在线检测匀整的结果，差超出设定值的极限值，可自动报警或停机。 （2） 混合环式

混合环是开环、闭环的结合，检测点在喂入端，输出端调整点在喂入端和输出端之间，此法匀整性能好，可控制长、短片段的不匀。 3.3 悬锭粗纱机

适用于普梳和精梳和精梳棉型纤维、化学纤维及其他混纺纤维，将并条后的熟条加工成不同支数和捻度的精纱，供细纱机纺制细纱。 3.3.1主要技术特征

锭翼速度 1500～1800r/min（最高） 锭 数 132、120、108

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自 停 断纱自停，断条自停和安全操作自停（光电式） 3.3.2 电气传动

高速悬锭粗纱机取消了传动粗纱机中的锥轮（俗称铁炮）成形机构、差动机构、摆动机构和换向机构等还取消了捻度、升降、卷绕、张力、成形角度等变换齿轮，而采用4台电机分别传动牵伸罗拉（产生牵扯伸倍数），锭翼（使粗纱绕卷到纱管上），筒管（使粗纱产生捻度）和龙筋升降（完成卷绕形状）。罗拉锭翼筒管和龙筋升降分别为4～5.5kW，4～5.5kW，5.5kW和0.55kW交流异步电机传动，变频调速。 3.3.3控制系统

全机采用触摸屏加PLC控制或工控机加PLC控制，通过RS-485和变频器进行串行通讯，控制4台电机的协调运转，如图3-3。

GS V1 V2 V3 V4 PLC RS485 TP 图3-3，粗纱机控制系统原理框图

PLC按多个数学模型或根据实测粗纱张力控制4台主传动电机的运行速度实现恒张力纺纱慢速启动升降速。触摸屏可设定和显示各传动部分的转速，速度比例关系牵伸倍数、捻度、粗纱锭量、单锭时产量，一落纱中纺纱累计长度，单班产量累计等工艺参数，并实时监控全机运行状况。

PLC在粗纱机上的功能除上述外，还有计数、定长（GS）功能，逻辑功能等。

最新推出的高速悬锭粗纱机取消了牵伸变换齿轮，而采用7台电机分别传动，前、中、后罗拉、锭翼、筒管、龙筋、导条辊和清洁器轴。

3.4 环锭细纱机

细砂机是将喂入的粗纱经牵伸，加捻纺成细纱适用于纯棉、化纤的纯纺或混纺的细纱工序，可纺制织造，针织等所用细纱。

3.4.1主要技术特征 锭 数 384～1008锭 牵伸倍数 10～60

锭 速 12500～25000r/min 3.4.2电气传动

锭子、牵伸罗拉、加捻卷绕，卷绕成形等由1台交流异步电机(18.5kW—45kW)集体传动。

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老式的为双速电机，低速启动，高速动行。九十年代后一般均改为交流变频调速。

吹吸风电机2.2kW交流异步电机，吸落棉行走小车传动150～180W，吸风370W，单相交流电机。 3.4.3控制系统

细纱机一般采用PLC控制，变频调速，为提高纺纱速度，减少断（纱）头率，保证纺纱质量，细纱机锭子速度采用分段变速，例如：

一落纱从起动→分段升速→稳速→分段降速→停止，一般分为8～10段速度运行、升速为4～6段、降速为3～5段，如图3-4。

R1 R0 R3 R6 R7 R2 R8 R R5 0 小纱段 中纱段 3-4：细纱机多段纺纱曲线图

大纱段 纺纱长度与锭子转速的关系参见表3-1： 表3-1 纺纱长度与锭子转速的关系 纺纱长度L(m)LO 锭子转速R(r/min)RO L1=(L0+0.025L) L2=(L0+0.08L) L3=(L0+0.02L) L4=(L0+0.33L) R1 L5=(L0+0.8L) R6 R2 R3 R4=R5 L6=(L0+0.86L) L7=(L0+0.92L) R7 R8 由纺纱曲线可见在小纱段锭子速度是均速增加的，在大纱段，锭子速度是匀速降低的，小纱段不宜长，小纱段纺纱长度为一落纱总长度的20%以内，大纱段不宜太长，为一落纱总长的10%以内。

全机由PLC控制，PLC具有数据处理和逻辑控制两大功能，细纱主轴前，后罗拉速度由速度传感器S1，S2，S3检测，其数值送PLC进行数值运算和处理后，得出牵伸倍数和捻度等纺纱工艺参数，并按预先设定的纺纱曲线调整主轴电机转速，其罗辑功能主要有全机满管自停，钢领板下降，全机开，钢领板上升等动作的完成。

本系统可设置文本操作面板（TD200），用以预先设置多组可达到纺纱品种工艺参数（前罗拉速度，锭速，捻度，定长和班产等）锭子纺纱曲线，并通过RS-485通讯口与PLC通讯如图3-5。

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图3-5细纱机控制系统原理框图

图中： 和V1—主轴电机和变频器

TS1～3—电磁铁

S1～3—速度传感器（接近开关） PLC—可编程控制器 TD—文本操作面板 AK—现场操作开关 C—接触器线圈

3.5 转杯纺纱机

适用于纺制纯棉，粘胶，化纤及混纺等多种纱 3.5.1主要技术特征

纺杯转速30000～75000m/min 分梳辊转速6000～9000r/min(分7档) 卷取速度20～116 m/min 捻度范围258～3060捻/m 牵伸位数35～230.5 5.2电气传动

（1）全机所有纺杯由1台交流异步电机（75～90kW）通过龙带集体传动，变频调速。 （2）1个纺杯由1台交流电机（500W左右）单独驱动，所有电机（例如168台）由1台大客量变频器供电，调速。

喂棉电机0.75kW交流异步电机传动，变频调速。 引纱电机4kW交流异步电机传动，变频调速。

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AK RS485 U1 S1 M ~ 主轴 S2 前罗拉 PLC RS485 TD C S2 后罗拉 吸风 电机启停 TS1 TS2 TS3 主轴定 打 撑 爪 制动 位

全机由计算机控制，通过现场总线Profibus-DP协议，将主控器(S7-300PLC)和分站控制器(S7-200PLC)，触摸屏操作站以及变频器，伺服控制器连成一体组成分布式控制系统，如图4-5。

织轴张力控制—径纱张力由张力传感器检测并通过IPLC与设定的织轴内圈张力和外圈张力 进引比较，其差值信号经运算处理后控制织轴伺服电机速度，由此，可获得高精度的张力控制效果。

S1 S2 图4-5 分条整径机现场总线控制系统原理框图 1PLC V1 V2 Profibus-DP SK1 SK2 SK3 SK4 I/O PLC 1TP 2TP 本系统的主控器选用S7-300型PLC（S7-315-2DP型）内置MPI口和DP通信口，MP1口可和其它带有RS485通信口的设备构成MPI网，实现工艺参数的设定，实时监控，历史数据管理、数据统计和报表打印等功能。DP通信口可直接上Profibus网。S7-300作为网络主站处理系统各种数据和工艺动作程序，例如，通过网络将控制命令和速度设定值传给变频器伺服控制器等。并将变频伺服器等的启停状态、运行频率、电压、电流、报警信息等采集回来进行处理。

整经台的横移由伺服电机驱动并跟随滚筒旋转的角度信号。整经台的前后移动由伺服电机单独驱动，实现等距离卷绕，对绞精度高。

整经台压辊加压采用一套独立的伺服电机控制，以保证大滚筒纱面达到变压力加压。 本系统的触摸屏操作站包括整经操作站（ITP）和倒轴操作站（2TP），均可与PLC通讯。 整经操作站操作、显示内容包括：经长、匹长、条数、速度、位移、条宽、压辊压力等工艺参数；操作和维修，说明书、产量、报警等信息；有调试，检查、测试、显示和储存等功能，并可接受远程工作站编制的工艺参数。

倒轴操作站操作、显示内容有：倒轴速度和张力，断头记忆，倒轴片纱产量，操作维修信息，左右移，收紧等数值。

从站IPLC主要完成操作等逻辑控制；张力传感器SI来的张力信号的处理，计长传感器S2

来的定长控制，定长控制可保证各棉条长度偏差不大于0.1m。

目前，多数分条整经机尚未采用现场总线控制技术，而是采用通用的PLC控制变频调速和伺服电机，用触摸屏操作，显示工艺参数。

4.6 分纱整经机

适用于牛仔布球经染色工艺。

分纱整经的关键:（1）在经轴卷绕时，保持卷绕线速度均匀，不起皱，拉力适中。（2）保持

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一定的张力，且张力设定后，要保持动态张力变化小。（3）储纱架在储，释放时，张力一致，不得出现松驰现象。

4.6.1 主要技术特征

径轴线纱速度 10～250 m/min 卷取恒线速度 50～250 m/min 制动距离 ≤1.5 m (250m/min时) 单纱张力 10～60N 分径根数 300～800根 4.6.2 电气传动

经轴由5.5kW或7.5kW交流异步电机传动，变频调速。 4.6.3 控制系统

采用PLC控制，触摸屏操作，显示工艺参数。PLC控制经轴变频调速，达到恒线速卷绕，钳式制动，并设有电子计长、定长自停。

4.7 分段整经机

分段整经机生产的经轴主要用于经编机。

4.7.1 主要技术特征 纱线总张力： 200N

整经纱线速度：100～1000m/min

制动力矩阵： 1600Nm采用气动一液压碟式制动器 4.7.2 电气传动

主传动 10kW 交流异步电机，变频调速 纱线游动扣驱动电机220V、6W交流微电机

横动装置左、右位移调节电机，左右各1台220V，6W交流微电机。 4.7.3 控制系统

采用单片机实时监控，在整经过程中连续检测盘头直经，以保证成组盘头直径（周长）一致。 设置了张力传感器检测纱片总张力，该信号送单片机计算机处理后，调节经轴传动电机速度，构成片纱张力闭环控制系统，以保证片纱总张力恒定。由测速罗拉检测线速度构成速度反馈系统，实现恒线速，恒张力卷绕，如图4-6 HM显示屏设定和显示纱线速度，设定长度，当时长度，设定圈数，当时圈数，设定纱线张力，当时纱线张力，盘头当时直径，变频器电压、电流、频率以及运行状况等。

此外，还设置了毛羽检测装置。

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CPU U M HM S1 S2 图4-6 分段整经机控制原理框图

由图4-6可见，经轴传动电机M通过测速罗拉传感器S2检测纱线速度，该信号送变频器U构成速度闭环；纱片罗拉装有压力传感器S1检测纱片张力，该信号送单片机CPU经计算处理后同样调节变频器输出频率和电机速度，由此，构成张力闭环控制，保证纱片张力控制精度高。

4.8 短纤维浆纱机

适用于短纤维织物的经纱上浆 4.8.1 主要技术特征

幅 宽： 2000～3600mm;

速 度： 2～80m/min 最大调速范围 0.5～80m/min; 浆槽温度： 双浆槽 95～98℃;

织 轴： 最大卷绕直径Ф800，Ф1000mm;

织轴卷绕恒线速恒张力卷绕,张力600N（最大）; 卷绕张力控制精度±1%;

织轴可正反卷绕，以适应AB双织轴宽幅无梭织机;

伸 长 率： 设有浆纱伸长率控制和显示，总伸长率<2%。 4.8.2电气传动

织轴卷绕为22kW电机，拖引轴11kW电机，上浆轴2台2×3kW电机，烘筒7.5kW电机，引纱辊2台2×4kW电机以上均为交流异步电机传动。

浆槽和烘筒设有排汽罩，共设有6台轴流风机排湿。 4.8.3控制系统

烘筒和引纱单元机速度（1）受全机速度设定信号控制。（2）受回潮率的控制（3）受伸长率的控制，其余单元机速度受（1）、（2）控制。

全机采用现场总线控制系统如图4-7。

U1 M B U 2 M B U 3 M B U 4 M B U 5 M B U 6 M B U 7 M B PLC DP MP1 IPC MP1 Profibus-DP OP 43

图4-7 浆纱机现场总线控制系统原理框图

系统主站PLC通过内置的MP1口与其它带有RS485通讯口的工控机IPC和操作面板OP构成MPI网，用于设定各控制点的工艺参数，并分析、计算和控制，历史数据管理、统计、打印，故障诊断；显示全机各部分的工况。DP口可直接上总线Profibus网。PLC作为网络主站，其主要功能：

（1） 全机的启、停、升、降速等逻辑控制功能。 （2） 与IPC、OP的通讯，与变频器等从站的通讯。 （3） 生产过程数据的采集、设定参数、参数下载。

U1~U7为矢量型变频器，通过通讯模块联网，并向PLC传输数据和接受控制信号，调节相 应电动机的速度，各电机直接安装有编码器，作为速度反馈信号，构成速度闭环控制。

4.8.4工艺参数的控制

浆纱工艺参数控制包括伸长率、浆液及烘房温度、回潮率、织轴卷绕张力、经纱退绕张力和压浆力等参数的控制。

（1）伸长率控制

经纱在浆纱机上需保持尽小且恒定的张力运行，使浆液渗透性好，且使上浆纱具有一定的强伸度，减少织物断头。为此需对经纱在上浆过程的伸长率进行控制。采用编码器测定拖引辊电机和烘筒电机转速，经运算后调整烘筒电机转速以控制干区伸长；测定烘筒电机和上浆电机转速，经运算调整上浆电机转速以控制湿区伸长，测定上浆电机和引纱电机转度，经运算后调整引纱电机转速，以控制喂入伸长，由此，可将伸长率控制在预先设定的范围内（如1.1%左右）。

（2）温度控制

用温度传感器（PT100铂电阻）分别测出2台浆槽内浆液温度（共2处温度）和2只预烘筒，1只烘筒的上部和下部温度（共5处温度）把数据输入到PLC进行运算，比较后输出信号对以上七处温度分别进行PID连续调节。

（3）回潮控制

连续测定运行中纱线的含水量，并随之相应调节车速，以自动保持经纱含水量一定。由回潮传感器检测到的信号（标准信号为4～20mA）输入到PLC与设定值进行比较，超出设定偏差时，PLC将自动调节变频器输出频率，控制全机车速在设定范围内变化，由此进行

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回潮率的控制，回潮率为7.1～7.3%左右。

（4）织轴恒线速恒张力卷绕控制

测出拖引辊的线速度和车头张力辊的张力，计算当前织轴的卷绕直径（伦茨9300矢量型变频器具有卷经计算功能）根据织轴卷绕直径的变化即时调节织轴电机转速和卷绕张力，以保持恒张力恒线速卷绕，如图4-8。

V 线速度设定 F 张力设定 张力调节器 卷径计算器 乘法器 ω1 电机控制器 ω △V + V+△V 角速度 + 张力反馈 图4-8卷绕控制原理框图

VV??V

由图4-8 ?1????D式中 △V—张力调节输出，其值作为线速度的校正。

ω1—角速度的计算值

ω—电机实际输出的角速度并反馈至卷经计算器

线速度V和角速度ω在卷经计算器中相除后再乘以系数πD。 然后与V+△V相乘，即得角速度的计算值ω1，经电机和控制器后输出实际角速度ω。

(5)压浆力控制

浆纱速度变化时，压浆辊的压浆效果也随之变化，造成上浆率不同。压浆辊压力取决于气缸压力，而气缸压力随车速的增加而逐渐加大，但压力的起始点和斜率不同，对应每一点的速度、压力也不同。因此，在工控机上设定线性加压曲线，调整压力曲线的起始点和斜率。测出实际车速和气缸压力进行比较，数据处理后及时修正压浆力。

（6）经纱退绕张力控制

主要防止起动时，经纱张力过大，停车时，因机械惯性回转而使经纱松驰。现一般采用气动张力控制装置，由退卷张力辊检测退卷张力，采用带式制动方式进行控制。

传统浆纱机全机用1台7.5kW或10kW交流异步电机通过边轴集体传动浆槽，烘干和车头等部分，织轴卷绕采用机械无级变速器调速，调速比为1：75，以此，实现近似恒线速卷绕。

4.9 浆染联合机

一般用于棉及其混纺织物的经纱的染色及上浆，具有连续漂、染、浆的特点。

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浆染工艺流程:

经轴架（4组）→煮练槽（2只）→染色槽（11只）→水洗槽（3只）→染纱预烘和烘房→储纱架→浆槽→浆纱预烘和烘房→车头卷烧。经轴架至储纱架属染纱段，浆槽至车头卷绕属浆纱段。

4.9.1 主要技术特征 卷绕直径： 805、1016mm

经轴宽度： 800、1000mm （12个经轴） 染浆速度： 染色2～30m/min ，浆纱2～35m/min 4.9.2电气传动

（1）传统浆染联合机染纱段边长边轴传动30kW异步电机变频调速，浆纱段为长边轴传动，18～22kW异步电机变频调速。

织轴最大卷绕直经φ1000mm采用机械无级变速器PVX4，调速比1:7.5，以此调节织轴卷绕转速，无法保证恒线速恒张力卷绕的工艺要求。

（2）新型浆染联合机取消长边轴，而采用分单元传动，染纱段包括13～16台单元机，其中烘房为4kW～5.5kW电机传动，其余12～15台均为1.5～2.2kW电机传动，全段为多单元变频同步调速系统，浆纱段可选用传统浆纱机或新型浆纱机。

4.9.3控制系统

浆染联合机控制系统分两大部分，一是浆纱机控制，以PLC为主站的现场总线控制，详见4.8.3浆纱机控制系统。二是染纱段控制，染纱段包括煮练轧车，染色轧车，水洗轧车和烘房等13～16台单元机，全段运行速度设定信号在触摸屏TP上设定，经PLC输入到染纱段各单元机变频器，作为速度统调设定信号，系统中通常以大惯量的烘筒作为主令机，其余均为从动机，主令机速度取决于统调信号，各台从动机速度应跟随主令机速度，同时还受两单元机之间的张力调节辊位移量的控制，染纱段为一般交流变频同步调速系统如图4-9。

TBn-1 TB1 PLC U1 B U2 M 主令单元 张力辊位移 M 从动单元1 B Un 张力辊位移 M 从动单元n-1 图4-9染纱段同步调速系统原理框图

联合机控制系统原理框图如图4-10。

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染纱段各单元机为开环控制，因其负载变化不大，调速精度要求不高，染纱段速度根据需要可以与浆纱机同步运行，由统一的速度给定电压控制即可。

U1 U2 U7 TBN TBN TBN YG PLC TP U11 U12 U13 图4-10浆染联合机控制系统原理框图

图4-10中，YG——浆槽压浆力控制器 TB——同步速度调节器 其余详见浆纱机。 4.10 织机

织机一般有五项基本运动和5个基本机构:

Un （1） 使经纱根据织物组织要求的规律作上下运动的开口运动的开口机构； （2） 把纬纱引入梭口的引纬运动的引纬机构； （3） 把纬纱推向织口的打纬运动的打纬机构； （4） 把经纱输入到工作区的送经运动的送经机构； （5） 把织物卷取成一定卷装形式的卷取运动的卷取构物。

织机按引纬方式分为有梭织机，和无梭织纲。有梭织机是用梭子引纬，老织机基本都属有梭织机，目前仍占织机总数的75～80%，但逐步被无梭织机替代。

无梭织机按引纬方式又分为：

（1） 剑杆织机，用剑杆头夹持纬纱进行引纬； （2） 喷气织机，用喷射气流引纬； （3） 喷水织布机用喷射水柱引纬；

（4） 片梭织机，用小片梭夹持纬纱进行引纬，目前发展最快的有剑杆织机和喷气织机。 4.10.1 剑杆织机

适用于棉、毛、麻、丝等各种天然短纤维、化纤、混纺纤的织造。 (1) 主要技术特征 入纬率480～900m/mim; 主轴转速230～600m/mim;

具有电子送经，电子卷取、电子选色、电子多臂。

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(2) 电气传动

主电机4kW～7.5kW交流异步电机（转速高、电机功率大）; 电子送经，电子卷取为交流伺服电机驱动。 (3)控制系统

采用PLC可单片微机控制，触摸屏实现人们对话，PLC主要控制功能:

控制送经，卷取、开口、投纬和打纬五项运动的协调动作；控制送经伺服电机速度，经纱张力传感器捡测经经纱张力信号送PLC，经运算处理后，根据经纱张力大小调速送经速度；控制卷取伺服电机速度，与送经联动，与触摸屏通讯。

触摸屏通过与PLC通讯，完成织机各种参数的设计，如选纬程序的设计，电子多臂的使用，电子送经，电子卷取参数的设计，织机总体参数的设计，班次管理和数据统计等，显示当前织机运行角度，速度，织构序号，织构色号，停机时显示停机原因，当前角度。

控制系统原理框图如图4-11:

触模屏断纱信号PLC或单片微机光电编码器张力传感器操作钮电子选色电子多臂电子送经电子卷取 图4-11剑杆织机控制原理框图

图4-11中断纱信号包括纬纱和经纱，纬纱和经纱的检测方法如下： ·纬纱检则

由探纬器，纬纱信号处理板及选纬传感器组成。当纬纱经过探纬器时，可检出纬纱的状态，并将纬纱状态转换为摸拟信号（如0～6mA）输入到纬纱信号处理板，同时选纬传感器也将该检测信号送到该梭，该两信号经整形、放大和比较等信号处理后，可判断出纬纱是无纬、单纬或是多纬、判断结果送PLC。该信号与纬断定位停车开关信号组合后发出停机信号，使织机在305?～312?定位停车。

·经纱检测

由停经片和经纱断定位停机开关组成。经纱断时，停经片将断经检测电咱接通，发出断经信号给PLC，此信号与经断定位停机开关发出的信号，经PLC逻辑处理后，发出停机信号，使织机在最大320度定位停机（使用防开机挡装置时）。

电子选色，电子多臂，电子送经和电子卷取参见喷气织机部分。

可选配用普通鼓式储纬器，储纬器的作用是将纬纱从筒子上引下来，绕到储纬鼓上或用其它

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方式储存起来，然后再用引纬器将所需引纬长度的纬纱从储存器上引下来送入梭口中，在剑杆织机中，储纬器需保证纬纱张力均匀一致。

4.10.2喷气织机

适用于板、毛等各种天然短纤维、化纤及混纺纤维的织造，特别适合织物批量较大的，织物组织较简单的平纹，斜纹白坯布的织造。

(1) 主要技术特征

入 线 率 950～1400m/mim 主轴转速 500～1000r/mim

配有电子选色（4-8色）电子多臂（多至16片）电子送经，电子卷取和电子引纬。 (2) 电气传动

主轴电机，2.2kW～4.5kW交流异步电机传动，变频调速，卷取和送经装置采用750W 伺服电机驱动。 (3) 控制系统

采用PLC或PCC控制，触摸屏实现操作，设置、显示工艺参数。 PLC或PCC作为主控制器的主要功能：

控制开口、纬线、打纬、送经、卷取等全机运作的协调执行；控制卷经和卷取的同步，故障检测，纬纱定长，产量统计，对角度传感器认号进行采样，以及与触摸屏通讯等。

触摸屏作为人机界面，主要是织机各项参数的的设置、投纬等功能操作，实时监测织机的动转，并显示实际车速纬纱到达时间，卷经、张力、织机曲柄角度（设有角度传感器）、产量、效率、停机原因、当前工况以及故障原因等。 控制系统原理框图如图4-12:

触摸屏操作钮主 控 器PLC或PCC光电编码器张力传感器角度传感器

变频器电子引纬电子送经电子卷取电子多臂电子选色 图4-12喷气织机控制系统原理框图

图4-12中：

·电子引纬：引纬由电磁铁控制，触摸屏完成对电磁阀开、关角度的设置、电磁阀控制板接受主

控器的指令，根据曲柄角度传感器信号驱动电磁阀工作，引纬有正常引纬，慢动引

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纬等功能。

·电子送经：包括经纱张力检测，控制电路，织轴电机，送经电机。主控器根据所设定的经轴卷

径，纬纱密度、织机速度等参数可计算出送经伺服电机转速、在织造过程中检测经纱张力，通过主控器计算后，控制伺服电机转速，调节经纱的送出量，保证织造过程经纱张力始终保持在预先设定的调节范围内。

·电子卷取：对主控器输入减速比等所需参数，由卷取伺服电机控制并与送经装置联动，保证织

物的纬密正确、并通过补偿参数的设定可有效地防止开车挡，由光电编码器检测主车的位置变化，输出的脉冲数送到主控器作为整机的同步信号，通过主控器设置，是否选用快速启动、调整伺服电机的启动延时，启动时间、停机时间、在织机启动前调整织口位置，从面，可有效防止停机挡的产生。

·电子选色：通过触摸屏将纬纱参数送至主控器，主控器根据送入的纬纱参数选技电磁铁的得电或失

电，电磁铁为选纬的执行元件。

·电子多臂：将综框动作程序输入触摸屏，由主控器根据机器的运作和输入综框动作选择多臂

电磁铁的得电或失电，实现电子多臂功能。

可配用电磁控制式储纬器，板槽式储纬器等，在喷气织机中、储线器不能直接从筒子上退绕引出，由应由一个装置事先储存好需引入梭口的一定长度的纬纱，起测长作用。

第5章 变频器在毛纺机械中的应用

毛纺机械的发展趋势是实现高速、宽幅、大卷装、自动化、连续化、并配备各种计算机监控、显示，以保证产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和安全操作。

5.1 羊绒针梳机

适用于羊绒精纺的制条和前纺工序，将经梳理后的羊绒条并合，牵伸、梳理、匀整后纺制成条干均匀的条子。

5.1.1主要技术特征

喂入形式： 8条8筒或12条12筒 出条形式： 2条1筒或4条2筒 出条速度： 24～85m/mim

5.1.2电气传动与控制

主机为1.5kW交流异步电机传动、变频调速。

配有自调匀整装置、交整范围?20%，重量不匀率≤重量偏差≤?1%。

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