紡織行業(yè)變頻器 需求分析和應(yīng)用解決方案 本文介紹了中國紡織行業(yè)以及紡織機(jī)械行業(yè)的基本狀況和發(fā)展趨勢(shì)，變頻器作為改善工藝和節(jié)能傳動(dòng)設(shè)備在紡織行業(yè)市場空間巨大。作者通過對(duì)一些典型的紡織廠和紡機(jī)廠走訪，廣泛與業(yè)內(nèi)專家和實(shí)踐者交流，收集了大量一手資料，對(duì)紡織行業(yè)變頻器的市場和應(yīng)用需求進(jìn)行了分析和總結(jié)。同時(shí)結(jié)合艾默生變頻器產(chǎn)品系列的特點(diǎn)，針對(duì)不同紡織機(jī)械的需求，提出了變頻傳動(dòng)的解決方案。 1 引言 中國已成為世界最大的紡織產(chǎn)品制造國，纖維生產(chǎn)量占全球總量的27.5%，是紡織機(jī)械最大的消費(fèi)國和進(jìn)口國。目前國內(nèi)已具有生產(chǎn)能力5000-6000萬錠，近年來一直以20%左右的速度快速增長，專家估計(jì)2004年會(huì)適度減速，但在未來的幾年將繼續(xù)以10%以上的速度增長。 為了提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低能耗，變頻器作為改善工藝和節(jié)能傳動(dòng)自90年代初期批量進(jìn)入紡織行業(yè)以來，一直得到快速增長。尤其是加入WTO以來，紡織品的市場擴(kuò)大了，但競爭更加激烈，為此企業(yè)大量投入設(shè)備改造，提高生產(chǎn)力。紡織行業(yè)對(duì)變頻器的需求量越來越大，要求也不斷提高。積極了解紡織行業(yè)、深入研究紡織機(jī)械對(duì)變頻器的需求，為紡織行業(yè)提供適用的變頻器產(chǎn)品和變頻調(diào)速傳動(dòng)的解決方案是變頻器供應(yīng)商義不容辭的責(zé)任和使命。 　 2 紡織行業(yè)的劃分和布局 紡織行業(yè)包括從纖維原料到服裝，日用或產(chǎn)業(yè)用布料、繩、線的工藝過程中生產(chǎn)企業(yè)，以及為這些企業(yè)提供專用設(shè)備的配套企業(yè)。紡織行業(yè)的主工藝流程示意見圖1。 紡織行業(yè)應(yīng)用變頻器的領(lǐng)域主要在天然纖維紡紗、織造、染整和化纖四大塊。對(duì)于服裝、日用品等成品加工的縫紉機(jī)和繡花機(jī)，有采用交流伺服電機(jī)、無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的趨勢(shì)，也有變頻器驅(qū)動(dòng)異步機(jī)的嘗試，但這不在本文討論范圍。 2003年中國紡織工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，紡織行業(yè)主要集中在江蘇、浙江、上海、山東、廣東、福建等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海省份，其銷售額占全國的80%。湖北、河北、河南、安徽、天津、遼寧、四川、北京、內(nèi)蒙古、湖南等中部省份占15%，其余省份僅5%。 某紡織廠的電機(jī)功率分布情況如圖2，圖中其他設(shè)備包括空調(diào)、供水供熱、制冷和電梯等。由于變頻器調(diào)速給紡織生產(chǎn)帶來質(zhì)量和效率的巨大改進(jìn)，許多紡織廠正在積極研究和推廣變頻器應(yīng)用技術(shù)，他們樂于接受帶有變頻器調(diào)速的紡機(jī)設(shè)備，對(duì)于舊設(shè)備的變頻化改造熱情越來越高。 　　 3 紡機(jī)行業(yè)的布局和發(fā)展 紡機(jī)行業(yè)主要有中紡機(jī)集團(tuán)、上海太平洋、江蘇、山東、浙江五大板塊。隨著國家放開對(duì)紡織行業(yè)的控制，紡織設(shè)備更新?lián)Q代速度加快。 中國的紡機(jī)行業(yè)目前正在洗牌：紡紗、織布機(jī)械仍然是中紡集團(tuán)占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，江蘇的一些合資企業(yè)尚具有一定競爭力。染整大部分集中在浙江和江蘇的一些民營企業(yè)，中紡集團(tuán)和上海太平洋的一些企業(yè)仍有一定市場份額?；w和非織造布生產(chǎn)線的較新的產(chǎn)品，機(jī)械方面技術(shù)難度大，核心部件還需進(jìn)口，國內(nèi)紡機(jī)企業(yè)正在組織技術(shù)攻關(guān)。針織機(jī)械主要來自福建泉州等地的臺(tái)資企業(yè)，但這些臺(tái)資企業(yè)規(guī)模均不大，廣州、宜昌等一些老牌國有企業(yè)有機(jī)會(huì)再次崛起。 2003年全國重點(diǎn)紡織機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品銷售收入達(dá)335億元，同比增長24%。2004年由于去年增長過快，加之鋼材漲價(jià)，利潤降低，紡機(jī)行業(yè)減緩了增長的步伐。圖3為2003年紡機(jī)銷售額按省份分布的示意。 中國紡織機(jī)械器材工業(yè)協(xié)會(huì)提出新型成套設(shè)備技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目：日產(chǎn)200噸及以上滌綸短纖維生產(chǎn)線；粘膠長絲連續(xù)紡絲機(jī)；高效現(xiàn)代化棉紡生產(chǎn)線（即單電機(jī)傳動(dòng)）；機(jī)電一體化的無梭織機(jī)；紡粘法和溶噴法非制造布生產(chǎn)線（高速、帶張力控制）；電腦提花圓緯機(jī)；電腦自動(dòng)橫機(jī)；高速特里科經(jīng)編機(jī)；染整設(shè)備工藝參數(shù)在線檢測；高效、節(jié)能、環(huán)保的染整設(shè)備。紡織工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展中心提出了紡織工業(yè)技術(shù)進(jìn)步發(fā)展綱要，涉及傳動(dòng)自動(dòng)化設(shè)備的要求：“研究梳棉、并條、粗紗、細(xì)紗、絡(luò)筒等單機(jī)的多電機(jī)獨(dú)立傳動(dòng)和控制系統(tǒng)。在線檢測和控制技術(shù)，單機(jī)自動(dòng)化和工序連續(xù)化，解決國產(chǎn)清梳聯(lián)、并條機(jī)自調(diào)勻整系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。” 4 艾默生變頻器針對(duì)紡織行業(yè)應(yīng)用的解決方案 艾默生變頻器多年以來一直深得國內(nèi)客戶的厚愛，在紡織、電梯、印刷、冶金、造紙、市政等各行業(yè)獲得大量的訂單，目前產(chǎn)品銷售量累計(jì)超過25萬臺(tái)，其中紡織行業(yè)6萬余臺(tái)，并且不斷推陳出新，已形成豐富的產(chǎn)品系列，近90個(gè)規(guī)格。主要的產(chǎn)品系列如下圖所示。 高性能矢量閉環(huán)型變頻器TD3000、多功能通用型變頻器EV2000、EV1000和靈巧配套型變頻器TD900在紡織行業(yè)有廣泛的應(yīng)用，最近推出的EV2000和EV1000的功能中集成了大量的紡織專用功能。下面按紡織機(jī)械的調(diào)速傳動(dòng)特點(diǎn)分別討論艾默生變頻器的解決方案。 (1) 要求在紡織、染整車間多塵絮和潮濕的工作環(huán)境中可靠運(yùn)行 所有艾默生變頻器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上均得到改進(jìn)，模塊散熱器的風(fēng)道與控制板隔離，控制板和器件均實(shí)行了專門的防塵和防潮濕的措施，可靠性大大提高。 (2) 要求在電網(wǎng)側(cè)質(zhì)量較差的條件下可靠運(yùn)行 針對(duì)中國電網(wǎng)電壓波動(dòng)大，艾默生變頻器具有寬電壓工作范圍的特點(diǎn)，可在320V~460V電壓范圍內(nèi)正常工作； 當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)瞬時(shí)掉電現(xiàn)象，艾默生變頻器具有“瞬停不?！惫δ?，能利用負(fù)載慣性能量使變頻器保持運(yùn)行一段時(shí)間； 當(dāng)電網(wǎng)側(cè)由于開關(guān)動(dòng)作或雷擊引起浪涌沖擊，艾默生變頻器內(nèi)置防雷板，滿足IEC61000-4-5標(biāo)準(zhǔn)的要求，具有較強(qiáng)的防護(hù)能力。 (3) 清鋼聯(lián)、染整線等設(shè)備是多電機(jī)級(jí)聯(lián)運(yùn)行，要求速度同步 EV2000/EV1000均具有多種速度級(jí)聯(lián)同步的方式，有模擬量輸入輸出，脈沖列輸入輸出和現(xiàn)場總線通訊。頻率給定有豐富的運(yùn)算和輔助量補(bǔ)償功能，可滿足不同用戶和不同使用要求的選擇。 (4) 梳棉、粗紗、細(xì)紗等大部分紡織設(shè)備要求平滑啟動(dòng)、快速制動(dòng) 艾默生變頻器均具有S形加減速曲線功能，EV系列可以低頻運(yùn)行至0.5Hz以下仍能提供額定轉(zhuǎn)矩，可以確保機(jī)械的平滑啟動(dòng)；通過制動(dòng)電阻能耗制動(dòng)和直流制動(dòng)可方便實(shí)現(xiàn)快速平穩(wěn)制動(dòng)。 (5) 紡紗機(jī)械要求多段速度運(yùn)行 艾默生變頻器內(nèi)置了16個(gè)或8個(gè)預(yù)設(shè)的頻率給定，可以通過外部端子控制切換，也可以按照內(nèi)部的PLC指令切換。 (6) 粗紗、細(xì)紗、轉(zhuǎn)杯紡和絡(luò)筒等設(shè)備為使紗均勻地繞在錠子上，要求擺頻輸出 EV2000/EV1000內(nèi)部集成了紡織專用的擺頻功能，中心頻率和三角波的形狀可以單獨(dú)設(shè)置，并且還可以與內(nèi)部的PLC功能或閉環(huán)控制功能配合使用。 (7) 單錠絡(luò)筒、針織機(jī)、整經(jīng)機(jī)要求故障和定長（或滿軸時(shí)）自動(dòng)停機(jī) EV2000/EV1000/TD900均內(nèi)置有計(jì)數(shù)器功能，當(dāng)計(jì)數(shù)達(dá)到指定值時(shí)能自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警或停機(jī)動(dòng)作指令。 (8) 并條機(jī)要求羅拉的速度快速跟隨棉條厚度信號(hào)的變化 TD3000閉環(huán)控制的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間小于100ms。更高性能的伺服型變頻器正在開發(fā)。 (9) 漿紗機(jī)、間歇式染色機(jī)以及印花機(jī)要求調(diào)速范圍大，張力恒定 (10) 化纖牽伸設(shè)備在運(yùn)行和停止時(shí)都要求保持化纖絲的張力恒定 TD3300張力控制專用變頻器內(nèi)置自動(dòng)計(jì)算卷徑功能，內(nèi)置三種張力控制方案，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)低成本的卷繞張力控制系統(tǒng)。 (11) 化纖生產(chǎn)線、染整后處理線等多傳動(dòng)設(shè)備要求變頻器采取公共直流母線方案，以省去制動(dòng)電阻以及能量損耗 艾默生變頻器均設(shè)計(jì)了直流母線的端子，可以方便連接配置保護(hù)器件，實(shí)現(xiàn)公共直流均衡母線方案。另外，正在開發(fā)的EV3000系列，功率范圍將覆蓋化纖設(shè)備的需求，并推出公共直流回路母線方案。 5 結(jié)束語 中國的紡織行業(yè)方興未艾，紡機(jī)設(shè)備技術(shù)進(jìn)步和更新?lián)Q代的速度將越來越快。變頻器作為紡機(jī)設(shè)備的配套部件，將在提高紡機(jī)性能、改善紡織工藝、節(jié)約能源等諸多方便表現(xiàn)出越來越重要的作用。面對(duì)巨大的、高速增長的和快速變化的變頻器需求市場，艾默生公司將一如既往地與紡機(jī)廠、紡織廠緊密合作，挖掘?qū)徔椥袠I(yè)對(duì)變頻器最新的需求，及時(shí)開發(fā)出新的產(chǎn)品，為紡織行業(yè)提供更好的、更適用的變頻器。