采用变频调速器实现细纱机恒张力自动纺纱控制

[摘要] 传统细纱机由于其运行转速是通过更换皮带盘来实现的，不能实现运转过程中的变速，因此造成小纱及大纱阶段产生较高断头率，损失原料，并影响纱线的产量及质量。采用变频调速器可实现细纱机的无级变速，使纱线在各个阶段所受张力恒定，从而提高产值量。
一、概述
细纱机是纺纱过程中的最后一道工序，精纺机械的运行时间最长，且需要强驱动力。由于该道工序的好坏直接影响到纱线的质量和产量，选择细纱机传动用电气元件是重要的关键。细纱断头是细纱生产最主要的危害，它是细纱生产实现优质高产低耗大卷装的主要障碍，是提高劳动生产率和设备生产率的绊脚石。
我们知道，以前国产细纱机普遍是不调速的，针对不同品种，通过选用不同的皮带盘来确定锭子的转速，这类细纱机其纱线在不同阶段所受张力如下：
图中虚线为某一品种细纱适应的最佳张力
A 为纺纱速度过高时细纱所受张力曲线（转速为n1）。
B 为采用最佳皮带盘纺纱时所受张力曲线（转速为n2）
C 为纺纱速度过低时细纱所受张力曲线（转速为n3）
从以上张力曲线图我们可以看出，在纺纱速度不变的情况下，纱线在纺纱的不同阶段所受张力是不同的。小纱时所受张力最大，中纱时所受张力最小，大纱时所受张力又比中纱大。
如选用n1的速度纺纱（曲线A），由于纱线所受张力大于所能承受的张力，生产时会产生很多的断头，从而影响产品的质量，使消耗增大。如采用n3的速度纺纱（曲线C）虽断头率较低，但产量又会受到很大影响，产量偏低。从图中可以看出，选用速度n2（曲线B）较为理想。因此选用合适皮带盘达到最佳纺速是保证细纱生产的关键。
但即使选择好了最佳工艺速度，仍存在着小纱、大纱时断头较多，中纱时存在着“速度损失”。如果能使纺纱速度在小、中、大纱时做不同调整，将张力曲线B矫正为恒张力曲线（即图中虚线），则可同时达到小纱大纱时基本无断头，中纱速度得以加快的目的，使产量、质量同步提高。设备能够高效，方便地纺高支纱，以增强产品在市场上的竞争力，提高产品附加值。
二、细纱机变频调速恒张力运行的实现
采用变频调速器控制细纱机的主传动电机，可方便地达到以上目的。一九九四年我们采用日本SANKEN电机株式会社研制的新型低噪音、多功能变频调速器SAMCO—L系统，开发了满足细纱机运行的特殊功能，使纺纱速度自动按以下工艺曲线运行。
因为张力与转速成近似的反比关系，小纱和大纱时，适当地降低转速，可减小细纱所受张力。中纱时，使转速高于原不调速时的转速（此时张力仍低于所能承受的最大极限张力），弥补原不调速时的“速度损失”，以提高产量。
改变纺纱品种时，只需通过变频器键盘改变5个参数，即可改变以上工艺曲线。
CD 41=小纱运行转速 n1 CD141=小纱运行时间 T1
CD 42=中纱运行转速 n2 CD142=小纱运行时间 T2
CD 43=大纱运行转速 n3
（以上数据可用密码保护，使无关人员无法随意改变）
由于小、中、大纱阶段直接反映在细纱锭子上，这三个阶段无明显的分界点，无法测量，我们采用纺纱时间取代。针对一般品种细纱，小纱阶段大约需要1-2.5小时，中纱阶段约5-8小时，大纱阶段约1-2小时。具体数据由经验丰富的车间工艺员来设定。需要注意的是，大纱阶段的时间是不确定的。实用中我们设定CD143为最大数值65000秒（约18小时），当一落纱纺完时，变频器停止输出，落纱信号有效，使变频器的图形运转程序复位。这样上新的一落纱时，变频器便又从小纱阶段开始运行了。改造后的细纱机电气控制如图3。

三、改造效果
通过控制回路的设计，采用SAMCO—L系列变频调速器改造的细纱机，可保证挡车工按以前的操作程序操作，操作台不做任何改动。同时具有中途停车、纺满自停、自动倒捻等原有功能。突然停电时变频器内部的工艺曲线依然存在，并可记忆此时的工艺速度及运行时间（自动记忆工艺断点）。在电网恢复正常后，电机可软起动到达停电时的工艺点，并继续完成工艺曲线，如图4。
SAMCO—L系列变频器有较强的状态显示能力，运行时可显示当前所处的工作点，即处于哪一个阶段（小纱、中纱、大纱），当前锭子的转速，本阶段运行还剩多少时间。便于企业进行产质量监测和管理，并可实现不停机交接班（可统计产量）,如图5。