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3.3.2共直流母線系統(tǒng)
在整個(gè)生產(chǎn)流程當(dāng)中，核心部分在一、二、三牽，它關(guān)系到絲的粗細(xì)，質(zhì)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?yàn)榫�速度速比的關(guān)系，使得一牽在正常運(yùn)行時(shí)始終處于制動(dòng)狀態(tài)，而二牽也是大部分時(shí)間也處于制動(dòng)狀態(tài)。這樣，一牽和二牽在生產(chǎn)過(guò)程中，將產(chǎn)生大量的能量，采用傳統(tǒng)的能耗制動(dòng)的方法，將產(chǎn)生大量的能源的浪費(fèi)。鑒于這一點(diǎn)，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(shù)，這一新的技術(shù)，充分地利用了因制動(dòng)而發(fā)出的電能。
在系統(tǒng)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(dǎo)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(lián)，進(jìn)行發(fā)電－電動(dòng)結(jié)合，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)還能保持共直流母線的優(yōu)越性。
按照以上思路，后紡部分牽伸段的變頻器線路圖如下：
圖5 牽伸部分線路圖
共母線的四臺(tái)變頻器都通過(guò)接觸器和熔斷器后，將自己的母線接到共用母線上面去，接觸器的通斷由變頻器的PA－PC輸出READY信號(hào)控制，針對(duì)共母線方案，在變頻器的功能碼當(dāng)中還增加了一個(gè)功能FA.16（READY延時(shí)輸出），在調(diào)試時(shí)根據(jù)變頻器的功率的大小，設(shè)置不同的延時(shí)輸出時(shí)間，保證先把功率大的變頻器接到母線上面。每臺(tái)共母線變頻器的接線如圖四所示，頻率由總線給定，運(yùn)行命令由端子給定。
圖6 牽伸變頻器接線圖
這樣，從工藝上考慮，55KW發(fā)出電可以供應(yīng)30KW/5.5KW/7.5KW使用，而90KW發(fā)出的電可以供應(yīng)110KW使用，節(jié)約了大量的能量。
在此方案中，通過(guò)對(duì)后紡所用的TD3000變頻器進(jìn)行有效的組合，采取共直流母線技術(shù)，節(jié)約了大量的能量，極大的降低了生產(chǎn)成本。采用通訊控制后，很方便的形成了整個(gè)系統(tǒng)的速度的閉環(huán)，有效的保證了各工藝段的同步過(guò)程，而變頻器采用閉環(huán)矢量，提高了速度的精度。這種方案低的推出，對(duì)化纖生產(chǎn)將產(chǎn)生很大的影響。
3.3.2PROFIBUS總線系統(tǒng)
在后紡部分，采用了PROFIBUS總線控制系統(tǒng)，分為三個(gè)部分：變頻器調(diào)速系統(tǒng)、上位機(jī)、人機(jī)界面。在整個(gè)系統(tǒng)中，變頻器的速度給定、啟動(dòng)命令、速度的監(jiān)控的都通過(guò)PLC實(shí)現(xiàn)，同時(shí)在生產(chǎn)線的旁邊，設(shè)有一個(gè)人機(jī)界面，與PLC進(jìn)行總線通訊,在人機(jī)界面上，可以進(jìn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的速度的設(shè)定、牽伸比的設(shè)定、啟動(dòng)、停車、生產(chǎn)線的監(jiān)控等。
3.3.3生產(chǎn)線整線速度閉環(huán)系統(tǒng)
在整個(gè)后紡生產(chǎn)中，各個(gè)牽伸的速度的大小，將直接影響到纖維絲的質(zhì)量的好壞。影響纖維絲質(zhì)量好壞主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：
（1） 單臺(tái)變頻器的速度的精度；
（2） 各牽伸之間的速度的關(guān)系，也就是要保證張力恒定；
在單臺(tái)變頻器上，我們選擇了速度精度很高的TD3000系列矢量型變頻器，并采取了閉環(huán)矢量控制，在每臺(tái)牽伸的變頻器上，增加了旋轉(zhuǎn)編碼器，控制精度達(dá)到了0.05%。
考慮到各個(gè)牽伸之間的關(guān)系，各個(gè)牽伸之間的速度必須進(jìn)行嚴(yán)格的控制，在任何時(shí)候，要保證各個(gè)牽伸之間的速度的比值是一個(gè)恒定值。因此，我們?cè)趩闻_(tái)閉環(huán)矢量的基礎(chǔ)上，增加了整條生產(chǎn)線的速度閉環(huán)控制。因在后紡部分用到了PROFIBUS總線控制，這樣，就在上位機(jī)中，對(duì)整車的速度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并計(jì)算，并選擇一個(gè)參考點(diǎn)，一旦計(jì)算出某個(gè)環(huán)節(jié)的變頻器的實(shí)際速度不符合要求，上位機(jī)立即給出頻率修改指令，調(diào)整這一臺(tái)變頻器的速度，保證整線的速度之間的比例關(guān)系恒定。
4、調(diào)試過(guò)程
在前紡、后紡的變頻調(diào)速系統(tǒng)中，因后紡用到的閉環(huán)矢量控制，又有新的技術(shù)共直流母線技術(shù)，因而在調(diào)試過(guò)程中主要集中在后紡這一部分。 在這一階段的調(diào)試中，首先要確保共直流母線的可靠性，設(shè)置變頻器開環(huán)矢量運(yùn)行，進(jìn)行電機(jī)參數(shù)辨識(shí)，調(diào)試通訊正常。
觀察制動(dòng)單元的工作情況，在整個(gè)過(guò)程中，制動(dòng)單元都沒有投入工作，監(jiān)控直流母線的電壓，兩條母線的電壓都在520V左右，處于制動(dòng)狀態(tài)的變頻器發(fā)出的電基本被消耗掉。事實(shí)證明，共母線的應(yīng)用方案，在這種既有發(fā)電又有電動(dòng)的系統(tǒng)當(dāng)中使用，效果是非常明顯的。
整個(gè)工藝過(guò)程，存在絲的拉伸，要嚴(yán)格保證各工藝段的同步，才能保證絲的質(zhì)量。同步過(guò)程的調(diào)試是，首先確定一臺(tái)變頻器的速度做為整條生產(chǎn)線的主給定，然后PLC通過(guò)通訊讀取各變頻器的實(shí)際運(yùn)行頻率，根據(jù)相互之間設(shè)定的牽伸比的關(guān)系，進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，做為其他變頻器的設(shè)定頻率。按照這種方案，實(shí)際上是由PLC通過(guò)軟件對(duì)整條生產(chǎn)線做了一個(gè)速度的閉環(huán)。變頻器按照牽伸比和減速比設(shè)置各自的加減速時(shí)間，這樣處理后，在啟動(dòng)和停車時(shí)，都有了很好的同步效果。
因?yàn)闇炀]絲經(jīng)過(guò)拉伸，在停車時(shí)，有收縮現(xiàn)象，表現(xiàn)在變頻器的運(yùn)行頻率降到0，運(yùn)行命令撤除后，滌綸絲有很大的收縮，觀察二牽和三牽之間的情況，在每次停車后，都會(huì)收縮1米多。由于每臺(tái)電機(jī)都是有抱閘的，在抱閘動(dòng)作的時(shí)間上面，要和變頻器配合，抱閘動(dòng)作早，則變頻器過(guò)流，抱閘動(dòng)作晚，又會(huì)出現(xiàn)倒拉。經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試，由系統(tǒng)讀取變頻器的運(yùn)行頻率，當(dāng)小于2HZ時(shí)，抱閘就直接動(dòng)作，這樣就避免了停車時(shí)的倒拉現(xiàn)象。
5、結(jié)束語(yǔ)
引進(jìn)艾默生公司變頻器的滌綸短纖2萬(wàn)噸/年生產(chǎn)線，自投入生產(chǎn)一年多以來(lái)，一致穩(wěn)定運(yùn)行，說(shuō)明了艾默生TD3000變頻器共直流母線調(diào)速技術(shù)是可靠的，通過(guò)利用這一新技術(shù)，節(jié)約了大量的電能，減少了日常的維護(hù)量，而且，使用這一技術(shù)后，每年因檢修等而停機(jī)的情況也大大減少，效果非常的顯著。
近兩年，隨著化纖行業(yè)的迅速增長(zhǎng)，不斷地有新系統(tǒng)投入設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，由于共直流母線的優(yōu)越性，將在這些新上的線中得到廣泛的應(yīng)用。
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