1、系統概述

為滿足現代化紡織工業高自動化、高效率、高可靠性和高精度的要求，可編程控制器、人機界面、和變頻器傳動控制在紡織工業上取得了廣泛的應用。

艾默生工業自動化（中國）（以下簡稱艾默生）的變頻器產品以其豐富的功能、優越的性能在紡織行業里面取得了很好的應用，下面是艾默生變頻器在某化纖廠2萬噸滌綸短纖生產線的應用情況介紹。

滌綸生產線，整個生產系統是由前紡部分和后紡部分組成。
前紡部分主要是由擠壓、溶體輸送、紡絲、卷繞等部分組成。

后紡部分設備包括集束架、導絲機、浸油槽、一道牽伸機、水浴牽伸槽、二道牽伸機、蒸汽加熱箱、緊張熱定型、冷卻、三道牽伸機、疊絲機、張力架、卷曲機加熱、卷曲機、鋪絲機、烘干、卷繞、切斷等。由于此部分對各個環節的速度同步控制非常嚴格，采用了PROFIBUS總線控制。

2、前紡紡絲部分的變頻器調速系統

2.1前紡紡絲機的生產工藝流程

前紡紡絲機的生產工藝流程圖如下：

圖1前紡紡絲機生產工藝流程圖
（1） 紡絲：聚脂材料經過擠壓后，變成溶體，并經過溶體管道連續輸送到紡絲箱體。在紡絲箱體上裝有紡絲計量泵，溶體從紡絲計量泵上以均勻的流速傳至紡絲組件，經過過濾后從噴絲板上的小孔中擠壓成束，一個噴絲板噴出的絲約有幾千條，噴出后的絲束經過一個快速冷卻風管，然后將眾多聚脂纖維集結在一起，并通過上油后，傳至卷繞機上面。

（2） 卷繞機：將上油后的落下的32股絲束合并成一股絲束，經過牽引，經喂入輪落入到盛絲桶中，做為后紡部分的原材料。

2.2前紡紡絲機對電氣傳動的要求

（1） 為了保證滌綸短纖維的纖度均勻一致，要求32臺紡絲計量泵的轉速必須嚴格同步，其精度為0.01～0.05%。
（2） 為了滿足纖維多品種的要求，計量泵要有一個較寬的速度調節范圍，紡絲計量泵的轉速調節范圍約為3:1～5:1。
（3） 為了避免紡絲計量泵停車后造成的經濟損失，要求調速器具有較高的可靠性、穩定性。

2.3前紡紡絲機的變頻調速系統

由圖1的生產工藝流程可以看出，在前紡紡絲機部分的變頻調速系統如下：

圖2 前紡紡絲機的變頻調速系統
（1） 擠出機部分，因負載比較大，并且要求要有較高的低頻轉矩，在變頻器上選用的是EV2000系列產品，可以在0.5HZ時達到180%的轉矩。

（2） 因計量泵的轉速嚴格要求同步并且穩定，在計量泵電機的選擇上，采用了永磁同步電機，選擇開環控制方案。因永磁同步電機的運轉速度僅僅取決于供電頻率（N=60F/P），在變頻器和電機的功率匹配上面，采取了用3.7KW變頻器帶2.5KW同步電機的做法，留有了較大的余量。

（3） 在牽引部分，牽引機對變頻器的要求較高，它要求一臺變頻器帶8臺同步電機，而且，在工藝上還有其特殊的要求，就是在啟動的時候，變頻器只帶第一臺電機啟動，在啟動完成到達恒速運行后，逐一將其余七臺電機的接觸器合上，而在停機是正好相反。這樣，從第二臺電機開始，在電機的接觸器合上時，都會對變頻器產生較大的一個沖擊，因此，在選型時，留的余量很大，8臺3.13KW的永磁同步電機，選擇了45KW的變頻器。

3、后紡部分的變頻調速系統

3.1后紡牽伸部分的生產工藝流程

在前紡紡絲部分，生產完成后，所形成的絲束疊放在盛絲桶中，這種絲是未牽伸的絲，無法直接使用，尚需要進行進一步的處理。后紡部分牽伸就是對放在盛絲桶中的未牽伸絲進行再度的牽伸的，在后紡部分，需要經過熱牽伸（牽伸比例3.2～3.6倍）、卷曲、熱定型、切斷、打包等工藝，做為滌綸短纖維成品出廠。

后紡牽伸部分的工藝流程圖如下圖所示：

圖3 后紡牽伸生產工藝流程圖
圖中可以看出，在后紡部分，原絲主要經過三道牽伸，將絲的長度均勻拉伸到原來的3.2～3.6倍，并可以根據對產品的要求，在這三道牽伸里面對拉伸比例作一定的調整。原絲經過拉伸后，進入到卷曲工藝，主要是增加絲的彈性，然后烘干，切斷成一定長度的短纖維，即可出廠。

3.2后紡牽伸部分對變頻調速的基本要求

由于后紡部分是滌綸短纖維的重要生產環節，其控制的好壞，直接影響到生產出來的短纖維的質量的好壞。在后紡部分，對變頻調速系統，有以下基本要求：

（1） 必須嚴格保證各個環節之間的牽伸比，也就是要保證各個環節的速度的比例恒定，張力恒定。要做到這一點，在后紡部分的三道牽伸環節，必須聯合起來控制，保證三道牽伸之間的一個固定的關系。
（2） 在對短纖拉伸的過程中，由于短纖是有彈性的，那么肯定存在部分的環節電機處于制動狀態，這樣，在系統考慮時，必須要將處于制動狀態的電機發出的電能消耗掉。
（3） 短纖的生產，對速度的精度要求較高，而后紡三道牽伸都為大功率的電機，采用異步電機時，必須使用轉速閉環控制，保證速度控制的精度、變頻器的轉矩性能。
（4） 為了方便生產管理，需將各種控制信號集中到一個控制臺，進行集中調節和控制。

3.3后紡部分的變頻調速系統

3.3.1后紡變頻器系統配置

后紡部分的變頻器的系統配置情況如下圖所示：

圖4 后紡變頻器系統配置
3.3.2共直流母線系統

在整個生產流程當中，核心部分在一、二、三牽，它關系到絲的粗細，質量的好壞。而二牽——牽伸一為主要牽伸部分，其牽伸比在3倍左右（線速度比值），三牽——牽伸二為第二牽伸部分，牽伸比為1.2左右。因為線速度速比的關系，使得一牽在正常運行時始終處于制動狀態，而二牽也是大部分時間也處于制動狀態。這樣，一牽和二牽在生產過程中，將產生大量的能量，采用傳統的能耗制動的方法，將產生大量的能源的浪費。鑒于這一點，在本文中，我們提出了一種新的解決方案——采用共直流母線技術，這一新的技術，充分地利用了因制動而發出的電能。

在系統中，我們充分利用了變頻器的特性，將一牽和卷曲的變頻器共用母線1，二牽和三牽共用母線2，導絲和疊絲的變頻器將不接電源而直接接于母線1上面。分成兩條母線并聯，進行發電－電動結合，提高了系統的可靠性，同時還能保持共直流母線的優越性。