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艾默生变频器在涤纶短纤生产线上有哪些应用?

106 变频器 调速系统
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艾默生前纺纺丝部分的变频调速系统是怎样的?

艾默生变频器后纺部分的变频调速系统是怎样的?
如何去调试艾默生变频器?
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2021-4-26 06:36:18   评论 分享淘帖 邀请回答
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  1、系统概述
  为满足现代化纺织工业高自动化、高效率、高可靠性和高精度的要求,可编程控制器、人机界面、和变频器传动控制在纺织工业上取得了广泛的应用。
  艾默生工业自动化(中国)(以下简称艾默生)的变频器产品以其丰富的功能、优越的性能在纺织行业里面取得了很好的应用,下面是艾默生变频器在某化纤厂2万吨涤纶短纤生产线的应用情况介绍。
  涤纶生产线,整个生产系统是由前纺部分和后纺部分组成。
  前纺部分主要是由挤压、溶体输送、纺丝、卷绕等部分组成。
  后纺部分设备包括集束架、导丝机、浸油槽、一道牵伸机、水浴牵伸槽、二道牵伸机、蒸汽加热箱、紧张热定型、冷却、三道牵伸机、叠丝机、张力架、卷曲机加热、卷曲机、铺丝机、烘干、卷绕、切断等。由于此部分对各个环节的速度同步控制非常严格,采用了PROFIBUS总线控制。
  2、前纺纺丝部分的变频器调速系统
  2.1前纺纺丝机的生产工艺流程
  前纺纺丝机的生产工艺流程图如下:
  
  图1 前纺纺丝机生产工艺流程图
  (1)纺丝:聚脂材料经过挤压后,变成溶体,并经过溶体管道连续输送到纺丝箱体。在纺丝箱体上装有纺丝计量泵,溶体从纺丝计量泵上以均匀的流速传至纺丝组件,经过过滤后从喷丝板上的小孔中挤压成束,一个喷丝板喷出的丝约有几千条,喷出后的丝束经过一个快速冷却风管,然后将众多聚脂纤维集结在一起,并通过上油后,传至卷绕机上面。
  (2)卷绕机:将上油后的落下的32股丝束合并成一股丝束,经过牵引,经喂入轮落入到盛丝桶中,做为后纺部分的原材料。
  2.2前纺纺丝机对电气传动的要求
  (1)为了保证涤纶短纤维的纤度均匀一致,要求32台纺丝计量泵的转速必须严格同步,其精度为0.01~0.05%。
  (2)为了满足纤维多品种的要求,计量泵要有一个较宽的速度调节范围,纺丝计量泵的转速调节范围约为3:1~5:1。
  (3)为了避免纺丝计量泵停车后造成的经济损失,要求调速器具有较高的可靠性、稳定性。
  2.3前纺纺丝机的变频调速系统
  由图1的生产工艺流程可以看出,在前纺纺丝机部分的变频调速系统如下:
  
  图2 前纺纺丝机的变频调速系统
  (1)挤出机部分,因负载比较大,并且要求要有较高的低频转矩,在变频器上选用的是EV2000系列产品,可以在0.5HZ时达到180%的转矩。
  (2)因计量泵的转速严格要求同步并且稳定,在计量泵电机的选择上,采用了永磁同步电机,选择开环控制方案。因永磁同步电机的运转速度仅仅取决于供电频率(N=60F/P),在变频器和电机的功率匹配上面,采取了用3.7KW变频器带2.5KW同步电机的做法,留有了较大的余量。
  (3)在牵引部分,牵引机对变频器的要求较高,它要求一台变频器带8台同步电机,而且,在工艺上还有其特殊的要求,就是在启动的时候,变频器只带第一台电机启动,在启动完成到达恒速运行后,逐一将其余七台电机的接触器合上,而在停机是正好相反。这样,从第二台电机开始,在电机的接触器合上时,都会对变频器产生较大的一个冲击,因此,在选型时,留的余量很大,8台3.13KW的永磁同步电机,选择了45KW的变频器。
  3、后纺部分的变频调速系统
  3.1后纺牵伸部分的生产工艺流程
  在前纺纺丝部分,生产完成后,所形成的丝束叠放在盛丝桶中,这种丝是未牵伸的丝,无法直接使用,尚需要进行进一步的处理。后纺部分牵伸就是对放在盛丝桶中的未牵伸丝进行再度的牵伸的,在后纺部分,需要经过热牵伸(牵伸比例3.2~3.6倍)、卷曲、热定型、切断、打包等工艺,做为涤纶短纤维成品出厂。
  后纺牵伸部分的工艺流程图如下图所示:
  
  图3 后纺牵伸生产工艺流程图
  图中可以看出,在后纺部分,原丝主要经过三道牵伸,将丝的长度均匀拉伸到原来的3.2~3.6倍,并可以根据对产品的要求,在这三道牵伸里面对拉伸比例作一定的调整。原丝经过拉伸后,进入到卷曲工艺,主要是增加丝的弹性,然后烘干,切断成一定长度的短纤维,即可出厂。
  3.2后纺牵伸部分对变频调速的基本要求
  由于后纺部分是涤纶短纤维的重要生产环节,其控制的好坏,直接影响到生产出来的短纤维的质量的好坏。在后纺部分,对变频调速系统,有以下基本要求:
  (1)必须严格保证各个环节之间的牵伸比,也就是要保证各个环节的速度的比例恒定,张力恒定。要做到这一点,在后纺部分的三道牵伸环节,必须联合起来控制,保证三道牵伸之间的一个固定的关系。
  (2)在对短纤拉伸的过程中,由于短纤是有弹性的,那么肯定存在部分的环节电机处于制动状态,这样,在系统考虑时,必须要将处于制动状态的电机发出的电能消耗掉。
  (3)短纤的生产,对速度的精度要求较高,而后纺三道牵伸都为大功率的电机,采用异步电机时,必须使用转速闭环控制,保证速度控制的精度、变频器的转矩性能。
  (4)为了方便生产管理,需将各种控制信号集中到一个控制台,进行集中调节和控制。
  3.3后纺部分的变频调速系统
  3.3.1后纺变频器系统配置
  后纺部分的变频器的系统配置情况如下图所示:
  
  图4 后纺变频器系统配置
  3.3.2共直流母线系统
  在整个生产流程当中,核心部分在一、二、三牵,它关系到丝的粗细,质量的好坏。而二牵——牵伸一为主要牵伸部分,其牵伸比在3倍左右(线速度比值),三牵——牵伸二为第二牵伸部分,牵伸比为1.2左右。因为线速度速比的关系,使得一牵在正常运行时始终处于制动状态,而二牵也是大部分时间也处于制动状态。这样,一牵和二牵在生产过程中,将产生大量的能量,采用传统的能耗制动的方法,将产生大量的能源的浪费。鉴于这一点,在本文中,我们提出了一种新的解决方案——采用共直流母线技术,这一新的技术,充分地利用了因制动而发出的电能。
  在系统中,我们充分利用了变频器的特性,将一牵和卷曲的变频器共用母线1,二牵和三牵共用母线2,导丝和叠丝的变频器将不接电源而直接接于母线1上面。分成两条母线并联,进行发电-电动结合,提高了系统的可靠性,同时还能保持共直流母线的优越性。
  按照以上思路,后纺部分牵伸段的变频器线路图如下:
  
  图5牵伸部分线路图
  共母线的四台变频器都通过接触器和熔断器后,将自己的母线接到共用母线上面去,接触器的通断由变频器的PA-PC输出READY信号控制,针对共母线方案,在变频器的功能码当中还增加了一个功能FA.16(READY延时输出),在调试时根据变频器的功率的大小,设置不同的延时输出时间,保证先把功率大的变频器接到母线上面。每台共母线变频器的接线如图四所示,频率由总线给定,运行命令由端子给定。
  
  图6 牵伸变频器接线图
  这样,从工艺上考虑,55KW发出电可以供应30KW/5.5KW/7.5KW使用,而90KW发出的电可以供应110KW使用,节约了大量的能量。
  在此方案中,通过对后纺所用的TD3000变频器进行有效的组合,采取共直流母线技术,节约了大量的能量,极大的降低了生产成本。采用通讯控制后,很方便的形成了整个系统的速度的闭环,有效的保证了各工艺段的同步过程,而变频器采用闭环矢量,提高了速度的精度。这种方案低的推出,对化纤生产将产生很大的影响。
  3.3.2PROFIBUS总线系统
  在后纺部分,采用了PROFIBUS总线控制系统,分为三个部分:变频器调速系统、上位机、人机界面。在整个系统中,变频器的速度给定、启动命令、速度的监控的都通过PLC实现,同时在生产线的旁边,设有一个人机界面,与PLC进行总线通讯,在人机界面上,可以进行各个环节的速度的设定、牵伸比的设定、启动、停车、生产线的监控等。
  3.3.3生产线整线速度闭环系统
  在整个后纺生产中,各个牵伸的速度的大小,将直接影响到纤维丝的质量的好坏。影响纤维丝质量好坏主要表现在两个方面:
  (1)单台变频器的速度的精度;
  (2)各牵伸之间的速度的关系,也就是要保证张力恒定;
  在单台变频器上,我们选择了速度精度很高的TD3000系列矢量型变频器,并采取了闭环矢量控制,在每台牵伸的变频器上,增加了旋转编码器,控制精度达到了0.05%。
  考虑到各个牵伸之间的关系,各个牵伸之间的速度必须进行严格的控制,在任何时候,要保证各个牵伸之间的速度的比值是一个恒定值。因此,我们在单台闭环矢量的基础上,增加了整条生产线的速度闭环控制。因在后纺部分用到了PROFIBUS总线控制,这样,就在上位机中,对整车的速度进行实时监控并计算,并选择一个参考点,一旦计算出某个环节的变频器的实际速度不符合要求,上位机立即给出频率修改指令,调整这一台变频器的速度,保证整线的速度之间的比例关系恒定。
  4、调试过程
  在前纺、后纺的变频调速系统中,因后纺用到的闭环矢量控制,又有新的技术共直流母线技术,因而在调试过程中主要集中在后纺这一部分。
  在这一阶段的调试中,首先要确保共直流母线的可靠性,设置变频器开环矢量运行,进行电机参数辨识,调试通讯正常。
  观察制动单元的工作情况,在整个过程中,制动单元都没有投入工作,监控直流母线的电压,两条母线的电压都在520V左右,处于制动状态的变频器发出的电基本被消耗掉。事实证明,共母线的应用方案,在这种既有发电又有电动的系统当中使用,效果是非常明显的。
  整个工艺过程,存在丝的拉伸,要严格保证各工艺段的同步,才能保证丝的质量。同步过程的调试是,首先确定一台变频器的速度做为整条生产线的主给定,然后PLC通过通讯读取各变频器的实际运行频率,根据相互之间设定的牵伸比的关系,进行实时计算,做为其他变频器的设定频率。按照这种方案,实际上是由PLC通过软件对整条生产线做了一个速度的闭环。变频器按照牵伸比和减速比设置各自的加减速时间,这样处理后,在启动和停车时,都有了很好的同步效果。
  因为涤纶丝经过拉伸,在停车时,有收缩现象,表现在变频器的运行频率降到0,运行命令撤除后,涤纶丝有很大的收缩,观察二牵和三牵之间的情况,在每次停车后,都会收缩1米多。由于每台电机都是有抱闸的,在抱闸动作的时间上面,要和变频器配合,抱闸动作早,则变频器过流,抱闸动作晚,又会出现倒拉。经过多次的调试,由系统读取变频器的运行频率,当小于2HZ时,抱闸就直接动作,这样就避免了停车时的倒拉现象。
  5、结束语
  引进艾默生公司变频器的涤纶短纤2万吨/年生产线,自投入生产一年多以来,一致稳定运行,说明了艾默生TD3000变频器共直流母线调速技术是可靠的,通过利用这一新技术,节约了大量的电能,减少了日常的维护量,而且,使用这一技术后,每年因检修等而停机的情况也大大减少,效果非常的显著。
  近两年,随着化纤行业的迅速增长,不断地有新系统投入设计、生产,由于共直流母线的优越性,将在这些新上的线中得到广泛的应用。
2021-4-26 15:19:24 评论

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