高速轉染機控制系統方案

高速轉染機在整個染整工藝中起著重要作用，小批量、多品種的織物染色大多在高速轉染機上完成。為了保證織物染色的質量，使織物的色澤均勻，對高速轉染機的控制提出了很高的要求。

從高速轉染機的運行過程看，染色的過程就是織物經過染缸不斷地在兩根輥子上來回的收卷與放卷，通過不斷的收放卷，高溫染液中的染料分子滲透到織物中，與織物分子發生化學反應，使織物的顏色發生改變。所以染色的過程既是一個物理過程，又是一個化學反應過程。

從以上整個染色過程可以看出，織物在染液中的停留時間，決定了織物染色后的顏色色度，同時織物在通過染液時所受到的張力，也對染色后的色澤有影響。張力太大，織物會繃得太緊，甚至會被拉斷；同時張力太大，會使織物中間與織物兩邊的染色效果產生差異；而張力太小，織物會堆積在染缸中，嚴重影響染色過程，甚至使染色過程中斷。所以，為了保證染色效果，在整個染色的收放卷過程中，要使織物在經過染液時的線速度與織物本身受到的張力保持恒定。

但是，從控制過程來看，織物在卷繞輥上從空卷到滿卷的卷徑比很大，織物經過染液的浸染，重量變的很重，所以，從空卷到滿卷，卷繞輥的轉動慣量變化非常大。大多數的轉染機從空卷的直徑0.2米到滿卷的直徑1.4米，卷徑比達到了7倍，而轉動慣量與回轉直徑成平方關系，加上滿卷時的重量是空卷時的十倍以上，所以轉動慣量的變化在百倍以上。在這樣的條件下，要保持織物在收放卷時速度張力恒定，對控制系統提出了很高的要求。

高速轉染機的控制系統大致經過了三個階段：直流控制系統、單變頻控制系統、雙變頻控制系統。直流控制系統技術成熟、控制方便，調節電樞電流就能控制輸出力矩，機械特性硬，通過卷徑計算能很好地滿足高速轉染機恒張力、恒線速度的驅動要求。但是，由于直流電機有整流子和碳刷，直流電機的維護工作量非常大，維修周期短，故障率相對較高。直流控制系統在實際生產中還有很多在應用，許多生產廠商也仍在生產與銷售，很好地說明了直流控制系統的獨特的性能。

單變頻器控制系統不要求變頻器具有直接控制轉距的功能，所以相對來講對變頻器的性能要求并不高。而恒力矩是由提供反力矩的磁粉離合器來實現的。由于無法準確地控制磁粉離合器的力矩，所以無法提供真正的恒張力控制性能。

隨著電力電子技術的發展，變頻器的各項性能指標得到了長足的提高，特別是高速運算的大規模集成電路在變頻器中的應用，使交流變頻控制系統能象直流控制系統一樣直接控制交流電機的輸出轉距，使整個控制系統的性能達到甚至超過直流控制系統。并且交流電機的防護等級高，維護簡單方便，所以雙變頻控制系統正在高速轉染機上得到快速的推廣應用。

在雙變頻控制系統中，一個變頻器工作在速度控制方式，另一個工作在力矩控制方式，在整個工作過程中，每當換卷時就交換兩個變頻器的工作方式。通過測量工作線速度及兩根卷繞輥的轉速，可以計算出這兩根卷繞輥的實時直徑。根據直徑就能計算出實時的力矩與速度輸出。在實際的應用程序中，根據織物材料的性能，還需作各種修正，包括松緊度調整、輸出曲線調整、加減速時間調整等等。通過這些計算，使系統運行在能適合各種不同織物材料的恒張力與恒線速度的工作狀態，保證了織物的染色效果。

在我們的實際配套使用中，使用了二臺優利康（Yolico）YD5000變頻器，使兩臺變頻器分別運行在閉環速度與閉環力矩模式，并且兩臺變頻器的直流母線共享，不僅節約了能源，還提高了系統的動態響應。控制器用戶可自己選擇，該控制器應具備標準模擬量輸出接口，用來控制變頻器的轉速和轉距。實際的系統還配有一臺觸摸屏，所有的參數設置與顯示，都由觸摸屏完成，使系統操作簡單、快捷、方便。從用戶的實際使用效果來看，這樣的配置已完全滿足工藝要求，生產的產品質量穩定、可靠；得到了客戶的一致好評。