1、引言 一般化纖絲的生產(chǎn)規(guī)模不大，無疑是采用間接紡，主要設備流程為：從原料（切片）→螺桿擠壓機→過濾器→熔體分配管→紡絲箱（含紡絲泵、噴絲板組件等）→冷卻吹風→卷繞機（含上油、吸咀、導絲盤、熱牽伸輥（以下簡稱熱輥）和卷繞頭等。由于過濾器、熔體分配管和冷卻吹風等單元機的電氣控制簡單，本文不作介紹。 滌綸長絲高速紡絲機全機部位數(shù)有2、4、6、8、12、16等不等，每個紡絲部位紡絲頭數(shù)有8、10、12、16等不等，每位配有4－8臺紡絲計量泵，紡絲卷繞速度為2500-4000m/min（POY絳）或3500-6000m/min（FDY絲），配用螺桿直 徑為Φ60至Φ160mm等，最大卷繞尺寸Φ420×250mm。 2、螺桿擠壓機 螺桿擠壓機是熔融法切片紡絲設備中的關(guān)鍵設備，其作用是輸送、熔融和混煉高分子聚合物，并將熔體送出，使其達到紡絲工藝要求，螺桿擠壓機控制的最終參數(shù)不是螺桿轉(zhuǎn)速而是螺桿出口熔體壓力，因此，該系統(tǒng)實質(zhì)上是熔體壓力控制系統(tǒng)。 螺桿擠壓機現(xiàn)均采用交流異步電動機傳動，變頻調(diào)速、電動機的容量取決于螺桿的直徑和運轉(zhuǎn)速度，例如螺桿直徑為Φ45mm，運轉(zhuǎn)速度為20-100r/min，電動機功率為15kW，而螺桿直徑為Φ200mm，運轉(zhuǎn)速度為20-50r/min，電動機功率為150kW. 螺桿擠壓機壓力控制系統(tǒng)原理框圖如圖1。 壓力變送器安裝于螺桿出口處，它將溶體壓力轉(zhuǎn)換為電信號送至調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器由CPU微處理器等組成數(shù)字式調(diào)節(jié)器，壓力信號（電流信號）在調(diào)節(jié)器中與壓力設定值進行比較，若其差值為零，則調(diào)節(jié)器輸出信號不變，變頻器輸出頻率不變，若比較后的差值信號為正或負，則調(diào)節(jié)器將對偏差信號進行PID運算后輸出，調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率和螺桿轉(zhuǎn)速，使熔體壓力維持不變。 3、紡絲箱 紡絲箱體是將置于其中的熔體分配管、載止閥、紡絲泵、紡絲組件進行保溫用的密封箱體。 紡絲泵（計量泵）一般均采用齒輪泵作為計量泵，常稱為紡絲泵，紡絲泵主要是將熔體增壓，連續(xù)定量地送至噴絲板組件，通過噴絲板微孔噴成絲束。紡絲泵通常采用永磁同步電動機單獨傳動，變頻同步調(diào)速，其調(diào)速方式通常有兩種，其一是，一臺大功率變頻器驅(qū)動多臺同步電動機，可以保證各臺紡絲泵嚴格同步運轉(zhuǎn)，如圖2（A），而電動機可逐臺起動或分組起動，該電路簡單、控制方便，造價較低，但變頻器容量需放大，各紡絲泵轉(zhuǎn)速一致，適合紡制同一規(guī)格的絲。其二是每臺同步電動機單獨用一臺小變頻器驅(qū)動，各臺同步電動機可以調(diào)至同步運轉(zhuǎn)，也可分別設定其運行頻率，各臺電動機以不同的速度運轉(zhuǎn)，如圖2（B），適用于紡絲位數(shù)較少的（例如二位紡絲機）用于新產(chǎn)品的開發(fā)試驗。該電路使用變頻器數(shù)量較多，造價較高，且多臺變頻器輸出頻率有離散性，為達到轉(zhuǎn)速嚴格同步，需增設串行通信接口，然而各變頻器可以軟起動，變頻器容量基本與電動機容量相同，無需放大，當某一電動機或有關(guān)機械出故障時，只需停止出故障的紡絲位（頭），而不會造成紡絲機停機產(chǎn)生的浪費，而且每臺變頻器可分別設定其運行頻率，這樣一臺紡絲機可同時紡出多種不同規(guī)格的POY絲。 [align=center]圖2（A）一臺變頻器驅(qū)動多臺電動機 圖2（B）一臺變頻器驅(qū)動一臺電動機 原理框圖 原理框圖[/align] 4、卷繞機 卷繞機根據(jù)所紡纖維的品種（如POY絲、FDY絲、工業(yè)絲等），規(guī)格不同而有多種型式，通常卷繞機由機架、上油裝置、切絲器、吸咀、導絲盤、熱牽伸輥、網(wǎng)絡噴咀、卷繞頭等根據(jù)功能需要選擇組成。其中有電氣傳動的單元有上油裝置、熱牽伸輥（以下簡稱熱輥）和卷繞頭等。 4.1上油裝置 上油裝置用于對加工中的絲纖維施加一定量的合纖油劑，以利于后續(xù)加工，減少靜電，使纖維具有一定的柔軟性，平滑性和抗靜電性等。上油方式有多種，一般采用油咀或狹縫式或油盤園周溢流式上油，紡絲油劑由小型計量泵定量連續(xù)不斷地輸送到注油口，絲束通過注油口時能獲得足夠的油量。每臺計量泵由單獨交流異步電動機傳動，變頻器統(tǒng)一供電，變頻調(diào)速。 4.2熱輥 熱輥通常用于高速紡絲（FDY絲等）或工業(yè)長絲等設備，一般由永磁同步電動機或交流異步電動機傳動，變頻調(diào)速。熱輥外殼被加熱，使絲束在熱狀態(tài)下進行牽伸，熱輥軸向表面各點溫度應均勻，并被控制在工藝所需的溫度范圍內(nèi)。熱輥的加熱可以是電熱絲加熱（目前很少用），也可以是電磁感應加熱，此時，熱輥殼體作為次級線圈而被感應加熱。因熱輥是旋轉(zhuǎn)體，故一般采用非接觸式測溫，表面最高溫度為250℃，溫控精度為≤±1.5℃，調(diào)節(jié)各熱輥的溫度，可得到不同強度，伸長和熱收縮率的絲。 （1） 工業(yè)長絲設備中的熱輥 滌綸工業(yè)長絲具有模量高，強度大，伸長小，耐磨性和尺寸穩(wěn)定性好的特點，是產(chǎn)業(yè)用紡織品的理想材料，工業(yè)長絲的生產(chǎn)目前大多采用紡絲牽伸卷繞一步法生產(chǎn)工藝，其紡絲速度2600m/min以上，卷繞速度≤4000m/min，紡絲頭數(shù)16頭，每位4頭，共4位。采用4對熱輥對絲束進行牽伸，每對熱輥的運動速度不同，即絲束經(jīng)過每對熱輥后均被牽伸，每區(qū)的牽伸比按工藝要求設定，調(diào)整熱輥的速度便可調(diào)整絲束的牽伸比。4對熱輥采用4臺永磁同步電動機或異步電動機單獨傳動，并由4臺變頻器單獨供電采用共直流母線供電的變頻調(diào)速，電動機功率為2.2kW或1.1kW。 熱輥必須與另一與之配合的轉(zhuǎn)動輥一起使用，以達到導絲功能，該輥可以是主動的、完全相同的熱輥，也可以是被動的、不加熱的分絲輥，一般采用后者。絲束通過喂入輥喂至低速熱輥（即第一對熱輥），然后再導入高速熱輥（第2-4對熱輥）。如圖3所示。 第4對熱輥轉(zhuǎn)速2585m/min溫度200℃ 第3對熱輥轉(zhuǎn)速2600m/min溫度235℃ 第2對熱輥轉(zhuǎn)速1800m/min溫度150℃ 第1對熱輥轉(zhuǎn)速508m/min溫度100℃ （2） FDY紡絲設備中的熱輥 FDY紡絲設備一般配兩對熱輥，一對為一大輥（即高速熱輥）加—小輥（即高速分絲輥），另一對熱輥為兩只大輥（即低速熱輥），每對熱輥均由永磁同步電動機或交流異步電動機傳動，變頻調(diào)速，熱輥電動機功率為500W-750W。 4.3卷繞頭 卷繞頭有多種形式和規(guī)格 （1） 卷繞頭的轉(zhuǎn)速大致可分為三檔： 第1檔 1500m/min以下，用于常規(guī)紡絲，制取得到的是UDY絲； 第2檔 2500-4000m/min，屬高速紡絲卷繞，制取得到的是預取向絲POY絲或HOY絲； 第3檔 5000-6000m/min以上，屬超高速紡絲卷繞，用于制取全拉伸絲（FDY絲或FOY絲）。 在長絲生產(chǎn)中卷繞頭有規(guī)律地將絲束卷繞成一定形狀和容量的筒子，以供下道工序使用。 （2） 卷繞軸的傳動形式，主要有摩擦式和錠軸式兩種。摩擦式傳動是靠摩擦輥帶動筒管轉(zhuǎn)動，主要用于常規(guī)紡絲。錠軸式傳動是由同步電動機傳動筒管轉(zhuǎn)動，變頻調(diào)速，其轉(zhuǎn)速隨卷繞直徑逐步增大，筒管轉(zhuǎn)速隨之逐步降低，以保持其表面線速度恒定，達到恒張力卷繞絲，主要用于高速和超高速紡絲。摩擦式卷繞頭主要由摩擦輥、槽筒和筒管夾頭等組成，摩擦輥常用三相永磁式同步電動機直接傳動，其功率約400W/50Hz，調(diào)頻范圍約50-200Hz，槽筒由三相異步電動機傳動，其功率約100W/50Hz，調(diào)頻范圍約50-130Hz，槽筒電動機由擺頻發(fā)生器和變頻器驅(qū)動，實現(xiàn)變頻調(diào)速，紡絲時筒管夾頭壓住摩擦輥，按摩擦輥表面速度旋轉(zhuǎn)。 （3） 卷繞軸的數(shù)量有單軸式和雙軸式兩種。雙軸式其兩根軸的軸心線可繞其轉(zhuǎn)盤的中心點回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)自動換筒，使兩根軸可交互進行卷繞。 （4） 導絲卷繞方式有溝槽凸輪往復導絲器或稱槽簡導絲機構(gòu)（由槽筒和橫動導絲器組成）和撥叉式導絲機構(gòu)兩種。撥叉式導絲是將傳統(tǒng)的往復運動變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運動。因此，振動小、噪聲低，適用于高速或超高速紡絲卷繞。 4.3.1卷繞頭的控制 高速紡絲（如制取POY絲或FDY絲）所用卷繞頭，一般采用錠軸式傳動，雙軸式，槽筒式或撥叉式導線機構(gòu)的卷繞頭，通常一個紡絲位配一套全自動卷繞頭，包括1個卷繞輥和1個槽輥，卷繞輥由永磁同步電動機傳動，槽輥由交流異步電動機傳動，因此16位紡絲機配有16套卷繞頭，其中16只卷繞輥由16臺同步電動機傳動，采用統(tǒng)一供電的變頻調(diào)速控制方式，即由一臺變頻器供電，進行統(tǒng)一變頻調(diào)速。16只槽筒由16臺異步電動機傳動。亦采用統(tǒng)一供電的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，如圖4。 為滿足紗線卷繞成型好，無疊絲，無塌邊的要求，本系統(tǒng)中設置了擺頻發(fā)生器，控制變頻器輸出頻率，調(diào)節(jié)槽筒電動機速度，使其速度按三角波調(diào)速，如圖5，槽筒調(diào)頻范圍約50-150Hz，槽筒電動機功率約100W/50Hz。 為保證卷繞絲速恒定，絲張力恒定，卷繞輥同步電機轉(zhuǎn)速應隨卷繞直徑的逐步增大，而相應降低。 圖5是以變頻器輸出頻率進行標注的，此種調(diào)速規(guī)律通常是由擺頻發(fā)生器控制變頻器輸出頻率來實現(xiàn)的。 圖中：F1—三角波下限頻率 （T2—T1）—三角波下降時間 F2—三角波上限頻率 （T3—T2）—三角波上升時間 （F2—FJ2）或者（FJ1—F1）—跳躍頻率 T1—起動升速時間，指變頻器從0Hz起動加速到上限頻率所用的時間 （T3—T1）—橫動周期 （TJ1—T1）或者（TJ2—T2）—跳躍時間 由圖可見，當變頻器驅(qū)動橫動電機達到上限頻率或下限頻率時，頻率應突變，從F2下降到FJ2，從F1上升到FJ1，突變頻率（F2—FJ2）或（FJ1—F1）幅值一般為基本頻率F1的1%左右，突變頻率的時間，理論上要求是0，但實際上，由于橫動裝置和電機有慣性，使得電機速度不可能突變而有一過渡時間（TJ1—T1）或（TJ2—T2），該過渡時間通常在0.1s以上。 高速紡卷繞頭橫動裝置三角波調(diào)速的參數(shù)數(shù)值： 上限頻率為206Hz,下限頻率為194Hz； 跳躍頻率為±2Hz，上升時間為3s； 下降時間為3s,跳躍時間為0.1s。 4.3.2卷繞頭變頻器容量的選擇 一臺變頻器帶多臺同步電動機或異步電動機時，變頻器容量的選擇有以下3種情況： （1） 卷繞頭的多臺異步電動機如是同時起動，則選擇變頻器容量時，變頻器的額定電流In略大于各臺電動機的最大工作電流Im之和即可。若有n臺電動機，則 In>Im1+Im2+……+Imn；式中：Im1+Im2……Imn各臺電動機的最大工作電流（用電動機額定電流計算） （2） 卷繞頭的多臺異步電動機如是依次起動，或運行中某一臺電動機單獨停止，起動時，選擇變頻器容量時，應考慮電動機在全壓起動時的起動電流，通常異步電動機的起動電流為額定電流的5-7倍，為安全起見，而取最大值，則變頻器的額定電流In.式中 臺電動機額定電流之總和Imm——其中容量最大的電動機的額定電流 （3） 一臺變頻器帶多臺同步電動機 由于永磁同步電動機的起動電流為額定電流的10倍以上（不同品牌的永磁同步電動機的起動電流不同），而且為使永磁同步電動機他控式變頻調(diào)速系統(tǒng)不發(fā)生振蕩或失步現(xiàn)象。除適當放大永磁同步電動機功率，還須放大與之匹配的變頻器容量0.5—1倍。如考慮低頻時，永磁同步電動機能輸出滿力短，選用變頻器的額定電流應為同步電動機額定電流的200%—300%即：In>（Im1+Im2+……+Imn）×（1.5—2.5）變頻器帶1臺或多臺永磁同步電動機調(diào)速時，調(diào)速精度僅取決于變頻器的頻率精度而與負載大小無關(guān)，變頻器的頻率精度可達0.1%—0.01%以上，因此，同步電動機采用變頻器供電時，無須速度閉環(huán)便可達到0.1%—0.01%的轉(zhuǎn)速精度。 5、結(jié)束語 滌綸長絲紡絲機的組成，各單元機的構(gòu)成數(shù)量等均隨客戶生產(chǎn)規(guī)模，產(chǎn)品品種的不同而不同，但電氣傳動及控制系統(tǒng)的方式、原理基本相同，而電動機容量、數(shù)量、車速等將不盡相同，隨著技術(shù)發(fā)展，生產(chǎn)需要、長絲紡絲設備的自動化水平越來越高，計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的應用越來越普遍。該控制方案、控制系統(tǒng)也適用于綿綸、丙綸長絲紡絲設備。