高速转染机控制系统方案

高速转染机在整个染整工艺中起着重要作用，小批量、多品种的织物染色大多在高速转染机上完成。为了保证织物染色的质量，使织物的色泽均匀，对高速转染机的控制提出了很高的要求。

从高速转染机的运行过程看，染色的过程就是织物经过染缸不断地在两根辊子上来回的收卷与放卷，通过不断的收放卷，高温染液中的染料分子渗透到织物中，与织物分子发生化学反应，使织物的颜色发生改变。所以染色的过程既是一个物理过程，又是一个化学反应过程。

从以上整个染色过程可以看出，织物在染液中的停留时间，决定了织物染色后的颜色色度，同时织物在通过染液时所受到的张力，也对染色后的色泽有影响。张力太大，织物会绷得太紧，甚至会被拉断；同时张力太大，会使织物中间与织物两边的染色效果产生差异；而张力太小，织物会堆积在染缸中，严重影响染色过程，甚至使染色过程中断。所以，为了保证染色效果，在整个染色的收放卷过程中，要使织物在经过染液时的线速度与织物本身受到的张力保持恒定。

但是，从控制过程来看，织物在卷绕辊上从空卷到满卷的卷径比很大，织物经过染液的浸染，重量变的很重，所以，从空卷到满卷，卷绕辊的转动惯量变化非常大。大多数的转染机从空卷的直径0.2米到满卷的直径1.4米，卷径比达到了7倍，而转动惯量与回转直径成平方关系，加上满卷时的重量是空卷时的十倍以上，所以转动惯量的变化在百倍以上。在这样的条件下，要保持织物在收放卷时速度张力恒定，对控制系统提出了很高的要求。

高速转染机的控制系统大致经过了三个阶段：直流控制系统、单变频控制系统、双变频控制系统。直流控制系统技术成熟、控制方便，调节电枢电流就能控制输出力矩，机械特性硬，通过卷径计算能很好地满足高速转染机恒张力、恒线速度的驱动要求。但是，由于直流电机有整流子和碳刷，直流电机的维护工作量非常大，维修周期短，故障率相对较高。直流控制系统在实际生产中还有很多在应用，许多生产厂商也仍在生产与销售，很好地说明了直流控制系统的独特的性能。

单变频器控制系统不要求变频器具有直接控制转距的功能，所以相对来讲对变频器的性能要求并不高。而恒力矩是由提供反力矩的磁粉离合器来实现的。由于无法准确地控制磁粉离合器的力矩，所以无法提供真正的恒张力控制性能。

随着电力电子技术的发展，变频器的各项性能指标得到了长足的提高，特别是高速运算的大规模集成电路在变频器中的应用，使交流变频控制系统能象直流控制系统一样直接控制交流电机的输出转距，使整个控制系统的性能达到甚至超过直流控制系统。并且交流电机的防护等级高，维护简单方便，所以双变频控制系统正在高速转染机上得到快速的推广应用。

在双变频控制系统中，一个变频器工作在速度控制方式，另一个工作在力矩控制方式，在整个工作过程中，每当换卷时就交换两个变频器的工作方式。通过测量工作线速度及两根卷绕辊的转速，可以计算出这两根卷绕辊的实时直径。根据直径就能计算出实时的力矩与速度输出。在实际的应用程序中，根据织物材料的性能，还需作各种修正，包括松紧度调整、输出曲线调整、加减速时间调整等等。通过这些计算，使系统运行在能适合各种不同织物材料的恒张力与恒线速度的工作状态，保证了织物的染色效果。

在我们的实际配套使用中，使用了二台优利康（Yolico）YD5000变频器，使两台变频器分别运行在闭环速度与闭环力矩模式，并且两台变频器的直流母线共享，不仅节约了能源，还提高了系统的动态响应。控制器用户可自己选择，该控制器应具备标准模拟量输出接口，用来控制变频器的转速和转距。实际的系统还配有一台触摸屏，所有的参数设置与显示，都由触摸屏完成，使系统操作简单、快捷、方便。从用户的实际使用效果来看，这样的配置已完全满足工艺要求，生产的产品质量稳定、可靠；得到了客户的一致好评。