紡織行業(yè)變頻器 需求分析和應用解決方案 本文介紹了中國紡織行業(yè)以及紡織機械行業(yè)的基本狀況和發(fā)展趨勢，變頻器作為改善工藝和節(jié)能傳動設備在紡織行業(yè)市場空間巨大。作者通過對一些典型的紡織廠和紡機廠走訪，廣泛與業(yè)內(nèi)專家和實踐者交流，收集了大量一手資料，對紡織行業(yè)變頻器的市場和應用需求進行了分析和總結。同時結合艾默生變頻器產(chǎn)品系列的特點，針對不同紡織機械的需求，提出了變頻傳動的解決方案。 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%，是紡織機械最大的消費國和進口國。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2004年會適度減速，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)能傳動自90年代初期批量進入紡織行業(yè)以來，一直得到快速增長。尤其是加入WTO以來，紡織品的市場擴大了，但競爭更加激烈，為此企業(yè)大量投入設備改造，提高生產(chǎn)力。紡織行業(yè)對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)、深入研究紡織機械對變頻器的需求，為紡織行業(yè)提供適用的變頻器產(chǎn)品和變頻調(diào)速傳動的解決方案是變頻器供應商義不容辭的責任和使命。 　 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)應用變頻器的領域主要在天然纖維紡紗、織造、染整和化纖四大塊。對于服裝、日用品等成品加工的縫紉機和繡花機，有采用交流伺服電機、無刷直流電機驅(qū)動的趨勢，也有變頻器驅(qū)動異步機的嘗試，但這不在本文討論范圍。 2003年中國紡織工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(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)濟發(fā)達的沿海省份，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%。 某紡織廠的電機功率分布情況如圖2，圖中其他設備包括空調(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，許多紡織廠正在積極研究和推廣變頻器應用技術，他們樂于接受帶有變頻器調(diào)速的紡機設備，對于舊設備的變頻化改造熱情越來越高。 　　 3 紡機行業(yè)的布局和發(fā)展 紡機行業(yè)主要有中紡機集團、上海太平洋、江蘇、山東、浙江五大板塊。隨著國家放開對紡織行業(yè)的控制，紡織設備更新?lián)Q代速度加快。 中國的紡機行業(yè)目前正在洗牌：紡紗、織布機械仍然是中紡集團占據(jù)主導優(yōu)勢，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，機械方面技術難度大，核心部件還需進口，國內(nèi)紡機企業(yè)正在組織技術攻關。針織機械主要來自福建泉州等地的臺資企業(yè)，但這些臺資企業(yè)規(guī)模均不大，廣州、宜昌等一些老牌國有企業(yè)有機會再次崛起。 2003年全國重點紡織機械生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品銷售收入達335億元，同比增長24%。2004年由于去年增長過快，加之鋼材漲價，利潤降低，紡機行業(yè)減緩了增長的步伐。圖3為2003年紡機銷售額按省份分布的示意。 中國紡織機械器材工業(yè)協(xié)會提出新型成套設備技術攻關項目：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；高效現(xiàn)代化棉紡生產(chǎn)線（即單電機傳動）；機電一體化的無梭織機；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；電腦自動橫機；高速特里科經(jīng)編機；染整設備工藝參數(shù)在線檢測；高效、節(jié)能、環(huán)保的染整設備。紡織工業(yè)科學技術發(fā)展中心提出了紡織工業(yè)技術進步發(fā)展綱要，涉及傳動自動化設備的要求：“研究梳棉、并條、粗紗、細紗、絡筒等單機的多電機獨立傳動和控制系統(tǒng)。在線檢測和控制技術，單機自動化和工序連續(xù)化，解決國產(chǎn)清梳聯(lián)、并條機自調(diào)勻整系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。” 4 艾默生變頻器針對紡織行業(yè)應用的解決方案 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)品銷售量累計超過25萬臺，其中紡織行業(yè)6萬余臺，并且不斷推陳出新，已形成豐富的產(chǎn)品系列，近90個規(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。下面按紡織機械的調(diào)速傳動特點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)境中可靠運行 所有艾默生變頻器在結構設計上均得到改進，模塊散熱器的風道與控制板隔離，控制板和器件均實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)側質(zhì)量較差的條件下可靠運行 針對中國電網(wǎng)電壓波動大，艾默生變頻器具有寬電壓工作范圍的特點，可在320V~460V電壓范圍內(nèi)正常工作； 當電網(wǎng)出現(xiàn)瞬時掉電現(xiàn)象，艾默生變頻器具有“瞬停不?！惫δ埽芾秘撦d慣性能量使變頻器保持運行一段時間； 當電網(wǎng)側由于開關動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標準的要求，具有較強的防護能力。 (3) 清鋼聯(lián)、染整線等設備是多電機級聯(lián)運行，要求速度同步 EV2000/EV1000均具有多種速度級聯(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算和輔助量補償功能，可滿足不同用戶和不同使用要求的選擇。 (4) 梳棉、粗紗、細紗等大部分紡織設備要求平滑啟動、快速制動 艾默生變頻器均具有S形加減速曲線功能，EV系列可以低頻運行至0.5Hz以下仍能提供額定轉矩，可以確保機械的平滑啟動；通過制動電阻能耗制動和直流制動可方便實現(xiàn)快速平穩(wěn)制動。 (5) 紡紗機械要求多段速度運行 艾默生變頻器內(nèi)置了16個或8個預設的頻率給定，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、細紗、轉杯紡和絡筒等設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設置，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) 單錠絡筒、針織機、整經(jīng)機要求故障和定長（或滿軸時）自動停機 EV2000/EV1000/TD900均內(nèi)置有計數(shù)器功能，當計數(shù)達到指定值時能自動啟動報警或停機動作指令。 (8) 并條機要求羅拉的速度快速跟隨棉條厚度信號的變化 TD3000閉環(huán)控制的轉矩響應時間小于100ms。更高性能的伺服型變頻器正在開發(fā)。 (9) 漿紗機、間歇式染色機以及印花機要求調(diào)速范圍大，張力恒定 (10) 化纖牽伸設備在運行和停止時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)置自動計算卷徑功能，內(nèi)置三種張力控制方案，可以非常方便地實現(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設備要求變頻器采取公共直流母線方案，以省去制動電阻以及能量損耗 艾默生變頻器均設計了直流母線的端子，可以方便連接配置保護器件，實現(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備的需求，并推出公共直流回路母線方案。 5 結束語 中國的紡織行業(yè)方興未艾，紡機設備技術進步和更新?lián)Q代的速度將越來越快。變頻器作為紡機設備的配套部件，將在提高紡機性能、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廠、紡織廠緊密合作，挖掘?qū)徔椥袠I(yè)對變頻器最新的需求，及時開發(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。