变频器在纺粘法不织造布生产线中的应用

　　1、引言
　　不织造布与一般的机织布或者针织布不一样，不织造布是一种经加固的定向排列或杂乱排列的纤维网。不织造布的工业生产的方法有很多种，例如纺粘法、干法、熔喷法等。不同的生产方法主要是对纤维的铺网和纤维的加固方法不同，从而生产的不织造布品种也就各异。本文所介绍的纺粘法不织造布生产线采用聚合物切片为原料。经熔融纺丝、拉伸成网和粘合而制成不织造布，纺粘法不织造布生产的设备流程为：
　　聚合物切片→螺杆挤压机→熔体过滤→计量泵→喷丝板→侧吹风→摆丝装置→气流牵伸→成网机→压布辊→热轧机→切边卷绕机。
　　生产线的主要技术特征为：
　　非织造布幅宽为2500mm;
　　纺丝部位为24位;
　　热轧机速度为6～60m/min;
　　成网输送速度为10～125m/min。
　　2、生产线组成及电气传动
　　纺粘法不织造布生产线由以下10种机台组成。
　　（1）螺杆挤压机
　　主要作用是输送、熔融和混炼高分子聚合物，并使熔体在一定的温度、压力下连续挤出。螺杆挤压机的规格主要用螺杆直径标称，不同直径螺杆对高聚物的熔融能力不同。其驱动功率也不一样，本机螺杆直径为Φ150mm,选用110kW交流异步电动机传动。变频高速。
　　（2）纺丝泵
　　纺丝泵又称计量泵，主要是对熔体增压并定量的由喷丝板喷咀喷出。本机共24台纺丝泵，每台纺丝泵均由一台永磁同步电动机和变频器（1～1.5kW）传动，采用变频调速。选用泵类专用变频器或v/f控制通用变频器均可。
　　（3）侧吹风
　　主要是对喷丝板喷出的丝束进行冷却。
　　侧吹风风机由交流异步电动机（12kW）传动，变频调速，选用风机专用变频器或v/f控制通用变频器均可。
　　（4）摆丝装置
　　主要是使丝束经分丝后由一对摆丝辊的往复摆动，使丝束交叉铺放在成网帘上形成纤维网。
　　摆丝装置的主传动为交流异步电动机（2.2kW）变频调速，摆丝装置负载虽轻，但是往复变化，应选用无速度传感器的矢量控制变频器。
　　（5）气流牵伸
　　主要是对丝束进行气流牵伸，气流牵伸需要控制风压稳定。
　　气流牵伸风机由一台交流异步电动机传动，变频调速，通过PID调节器控制风压。
　　另设有网下吸风装置配合气流牵伸完成对丝束的牵伸。网下吸风装置设有2台风机，分别由2台变频器供电，变频调速。
　　（6）成网机
　　主要是将丝束制成纤网。
　　成网机由交流异步电动机传动（7.5kW）,变频器调速。
　　（7）压布辊
　　主要是对网状丝加压，有利于下道工序（热轧机）加工。
　　压布机由45kW交流异步电动传动、变频调速，压布辊属恒转矩员载。调速范围较大，宜选用无速度传感器矢量控制变频器。
　　（8）热轧机
　　主要是对纤维网通过加热、加压、加固制成不织造布产品。热轧辊筒由热油循环方式加热，温度约为170℃～180℃。
　　热轧机由交流异步电动机传动（10kW）、变频调速。热轧机属恒转矩负载，且调速范围大（10∶1）宜选用同容量的矢量控制变频器。
　　（9）切边卷绕机
　　主要是将热轧后纤维网切边并卷绕成卷。
　　卷绕机采用交流异步电动传动（10kW）、变频调速。卷绕机为恒转矩负载。调速范围较大，宜选用同容量的矢量控制变频器。切边由交流电动机单独传动，不变速。
　　3、控制系统
　　该生产线的控制系统包括两部分。从螺杆到气流牵伸为第一部分，从成网机到卷绕机为第二部分。第一部分为可编程控制器PLC通过RS-485串口与变频器通信，并控制变频器V1-V7的运行，包括起动、调频、运行和停止等。
　　（1）系统中的主要单元机的控制
　　●螺杆挤压机采用压力闭环控制。即熔体压力通过压力传感器检测，由压力调节器对压力信号进行数据运算处理后输出压力反馈信号与压力给定信号叠加，若压力超过设定值。变频器降低输出频率，使螺杆速度降低。从而降低熔体压力。反之，则提高螺杆速度，由此，稳定熔体压力不超过允许的压力偏差范围。如图1所示。

图1螺杆挤压机熔体压力控制方框图

　　●计量泵也称纺丝泵。一般采用永磁同步电动机传动，变频调速。同步电动机转速n0=60f/p仅取决于频率f和极对数p，而与负载大小无关。当今，变频器的频率精度可达到±0.01%，故同步电动机开环控制便可达到高精度调速，本机24台纺丝泵分别用24台小变频器单独供电，由于频率精度达到±0.01%。故24台纺丝泵能达到高精度同步调速，可满足工艺要求。为降低成本，24台纺丝泵也可采用一台大容量频率器供电统一变频调速。如图2所示。

图2多台同步电动机统一调频调速

　　此种情况下，对变频器的精度要求不高，因各台同步电动机M1-Mn的供电频率相同。因此，转速亦相同。同样可达到高精度同步调速。此时，变频器应选用v/f控制方式的通用变频器。因为磁通矢量控制方式的变频器都是基于对电动机参数的计算。这种参数的计算，只能针对某一台电动机。因而磁通矢量控制方式的变频器只能用于驱动一台电动机，而不能用于驱动多台电动机。
　　变频器容量的选择主要考虑变频器输出电流应大于各同步电动机额定电流之和（Im1+……Imn）的2倍以上。
　　●侧吹风，摆丝和各风机变频器均通过RS-485串口协议与PLC通信，其输出频率可根据工艺要求单独调。
　　（2）控制系统控制原理框图如图3所示。

图3纺粘法不织造布生产线第一部分控制系统的原理框图

　　图中：U1为螺杆变频器;U21U44为计量泵变频器;U3为侧吹风变频器;U4为摆丝变频器;U5、U6、U7分别为气流牵伸，网下吸风风机（2台）变频器。
　　（3）第二部分包括成网、压布、热轧和切边卷4台单元机，它由另一台PLC和触摸屏通过RS-485串口协议与4台变频器U11-U14进行串口通讯，控制成网机、热轧机和卷绕机的比例同步调运转。该4台单元机之间无松紧或张力调节棍进行速度微调，完全靠其调速精度来保证4台单元机速度的比例同步。因而，该4台单元机均选用编码器作速度反馈检测以构成速度闭环控制系统，压布辊与成网机和热轧机的速度无严格要求，因而，开环控制即可，如图4所示。

图4纺粘生产线-0第2部分控制系统原理框图

　　（4）触摸屏与PLC通过RS-485串口协议通信，触摸屏主要用于设定、修改、显示全生产线和各单元的运转速度，生产量统计，以及监视各变频器和生产线的运行状况和故障诊断等。
　　4、结束语
　　不织造布生产工艺流程短、效率高、成本低，因此发展较快。但目前国内不织造布生产设备的自动化技术水平相对其它纺织机械来说还不高，采用变频器等高新技术还不够普遍。