Lenze变频器在往复式自动抓棉机上的应用探讨

1 引言： 
        近几年，采用网络技术、高级变频技术、先进在线检测技术、计算机技术的清梳联主要特点是向制造精度高，控制水平智能化，流程短，产量高方向发展。通过PLC和变频集中控制及连续喂棉技术确保全流程协调运转和系统稳定，并具备远程诊断功能。前期，国产清梳联产品与国外先进设备相比存在系统不够稳定，电气控制水平不高，设备运转可靠性偏低的缺陷，特别是流程长，且产量难以大幅度提高。针对清梳联市场和现状，青岛宏大纺机厂确定开发高产新型短流程清梳联设备，主要包括往复式自动抓棉机、大容量混棉机、新型高产梳棉机等主要设备和电气控制技术在内的清梳联系统。变频器在这些设备的控制系统中起着举足轻重的作用，青岛宏大纺机厂结合变频技术的应用，研制了“全流程无停车跟踪连续无级喂棉控制系统”。本文主要论述了Lenze变频器在往复式自动抓棉机的应用中需要注意的一些问题，借此和同行们商榷。

2、往复式自动抓棉机介绍及相关工艺需求：
         往复式自动抓棉机在整条清输联生产线上占据龙头地位。由于微机技术的应用，在技术上突破了清梳联只能生产单一品种的关键。采用单、双侧抓棉，可作各种动作如往复、升降、转向等和智能化抓棉。混棉包数增多，最多可以达到180包。开松度高，并有故障自诊功能，显示屏显示工艺参数和人机对话等，这些高新技术都极大地推动了清梳联自动化控制技术的发展。我们使用的往复式自动抓棉机属于单抓臂、双抓棉辊结构，由于肋条凸出打手，压住棉包，抓取平稳，同时抓取的是受肋条压而浮起的棉层，达到均匀而小的棉束，尤其对松包时，更为明显。另外抓棉机采用卷绕式覆盖带无磨损，它在转塔中有一个电机。随转塔往复时卷取或铺盖覆盖带。主要优点是覆盖带受的张力小，不易疲劳，使用寿命较长。同时通过变频控制系统对抓棉量精确控制，1700mm、2300mm、3100 mm三种机幅以及可供选择的分包抓取功能。1700mm机幅单机实际产量可达1000kg/h以上，2300mm机幅单机实际产量可达1500kg/h以上，3100mm机幅单机实际产量可达2000kg/h以上。往复抓棉机的速度可根据多仓混棉机的需用量变频调节，使棉仓储棉量及棉层密度基本保持均衡，以下是往复自动抓棉机在清梳联生产线的工艺图






图1 往复自动抓棉机在清梳联生产线的工艺图

3．往复式自动抓棉机采用Lenze变频调速系统后性能分析：
        在抓棉工艺要求上，现在往复抓棉机在抓取棉包总量上，2300mm幅宽20m长的可排100包～110包，棉束重量在500kg/h，产量时一般可达30mg/个～50mg/个，已经达到精细抓棉、多包取用的要求。从实际生产中，我们注意到抓棉辊速度和短绒增长有一定关系，当抓棉辊速度由1650r/min下降到1300r/min时短绒率可下降1％左右；将抓棉辊速度由1565r/min降到1340r/min后，生条短绒率也由20.9％下降到19.72％，降低1.18个百分点。所以我们认为对抓棉机的要求应该是轻抓、细抓、抓匀、抓全。一是对棉束重量不宜过度要求，不是越小越好，一般控制在30mg/个～50mg/个即可；二是对减小棉束重量，不要单从提高抓棉辊速度入手，而要在保证供应条件下，以降低抓臂往复速度，提高小车运转率为宜。因此，在设备上，对抓棉辊传动电机及小车往复运动电机都采用了变频电机，通过整机变频控制系统便于使用厂工艺调整。

往复式自动抓棉机采用Lenze变频调速技术后，有如下几个方面的显著效果：
        第一、Lenze变频器具有软起动功能起动时电流较小，对电网冲击小，起动时能耗大为降低。避免了启动时的相当于3-7倍的额定电流，避免了不必要的电能损耗。同时减少了对电动机，变速箱等机械的冲击，延长了相关设备的使用寿命。在工作中电机的功率因数可从0.2-0.5提高到0.9，减轻电网和变压器的负担， 降低线损，大量减少了无功损耗。
        第二、引进Lenze变频器控制可实现设备来回行程自动识别，同时控制往复式自动抓棉机来回行程的电机运行频率分别可调，以改变往复式自动抓棉机来回行程的运行速度。亦可对变频器能耗制动进行准确控制，以使变频器更适应该运行工况。从而提高了生产效率。同时达到满足抓棉工艺要求。
       第三、往复式自动抓棉机抓棉辊采用变频调速后可以有效控制双抓棉辊变频电机速度，从而可以保证了对棉束的轻抓、细抓、抓匀、抓全，满足了棉纺织生产的工艺要求。
        第四、通过往复式自动抓棉机电气控制系统中PLC对Lenze变频器的精确控制，可以保证连续为后序设备提供均匀稳定的棉束，保证整条清输联连续稳定高质量生产。

4．LENZE变频器具体特应用和参数设置：
       随着现代电力电子技术的发展，LENZE变频器已是十分成熟的电气产品，并且其价格也已经大幅度下降，在纺织设备上大量推广变频调速节能改造已经成为可能。




图2 采用多变频器控制系统的往复自动抓棉机主回路

         目前，在国内的纺织行业所采用的自动化设备中，采用变频调速进行控制的节能效果十分可观。伦茨(Lenze)公司是欧洲率先将变频技术应用于交流调速系统开发的厂家，并于20世纪90年代建成了欧洲第一条全自动化变频器生产线。在变频器及其他所有产品的设计和制造过程中，伦茨始终遵循通用性、开放性、灵活性兼备的原则。完整的产品体系，合理的等级搭配，以及强大的普适性使伦茨变频器广泛应用于纺织印染行业的各种机械。伦茨系列变频器卓越的品质，众多的功能，紧凑的设计，简易的操作安装，代表了当代变频器发展新潮流。卓越的性能首先表现在转矩特征曲线中。伦茨系列变频器可提供2倍额定转矩、1.5倍额定电流。 根据拖动与再生运动状态极限电流的分别设定，给出每个操作点的制动保护。因此驱动系统可承受大负荷并可提供高动态性能。在5 ～ 50Hz的频率范围内，在无速度传感器方式下，速度控制精度可高达1%以内。两套参数集可通过端子切换以适应不同工艺要求，每套参数集可提供4个频率段，先进的FTC控制方式，可在任意频率下无需制动单元进行直流制动，内置PID调节器、皮带监控（-V020版本）。以下是符合EMC标准的LENZE变频器控制回路图




图3 符合EMC标准的变频器控制回路图

下面是往复式自动抓棉机打手变频器，驱动及转向变频器主要参数具体设定表

表1 往复式自动抓包机打手变频器主要参数设定表




表2 往复式自动抓包机驱动及转向变频器主要参数设定表




5 结语：
       清梳联是提高纺纱质量的“心脏”型系统设备，清梳联装备控制水平的高低，是完成中国棉纺行业结构调整、设备改造和技术升级的关键所在。国外先进工业国家清梳联装备控制水平达到50％以上，以此为标准我国清梳联自动化控制系统还极具发展潜力。随着电力电子技术的发展，变频器价格也将进一步降低，而性能将进一步提高。变频调速这一技术正越来越广泛的深入到各行各业中。应用变频调速技术也是企业改造挖潜、增加企业效益的一条有效途径。