1．概述
醋酸纖維工業(yè)屬紡織工業(yè)，早在上個(gè)世紀(jì)二十年代就實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。煙用二醋酸纖維素絲束是一種技術(shù)含量較高、品質(zhì)較高的產(chǎn)品。我國在七十年代、八十年代曾進(jìn)行了大量的絲束生產(chǎn)工業(yè)化試驗(yàn)，最終因產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到要求而擱淺。直到八十年代末，通過技貿(mào)結(jié)合的方式引進(jìn)美國塞拉尼斯（Celanese）生產(chǎn)技術(shù)，在江蘇南通建立了國內(nèi)第一家生產(chǎn)企業(yè)-南通醋酸纖維有限公司，才開始了國產(chǎn)絲束，結(jié)束了我國高品質(zhì)煙用絲束長期以來全部依賴進(jìn)口的歷史。此后又相繼建成珠纖、昆纖、惠大三家醋纖生產(chǎn)企業(yè)，并自行研制開發(fā)了31個(gè)新品、350孔紡絲工藝、絲束生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備紡絲機(jī)、卷曲機(jī)等，形成了有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的絲束生產(chǎn)工業(yè)。
絲束生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備是紡絲機(jī)和卷曲機(jī)，絲束產(chǎn)品規(guī)格的調(diào)整、產(chǎn)品質(zhì)量合格與否，其決定因素是“三速”控制。即計(jì)量泵速度、喂絲輥速度、卷曲機(jī)速度的控制。
昆明醋酸纖維公司，自95年建廠時(shí)就采用了美國羅克韋爾公司的變頻器（1336系列），使生產(chǎn)煙用絲束產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到了國際最高標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足了國內(nèi)煙草生產(chǎn)對(duì)絲束的要求，特別是2004年采用羅克韋爾AB公司新一代高性能的Power Flex 系列變頻器后，使昆纖產(chǎn)品在生產(chǎn)規(guī)格多樣化、工藝技改、實(shí)時(shí)系統(tǒng)控制、生產(chǎn)穩(wěn)定性、提高產(chǎn)能等，有了更加得心應(yīng)手的能力。
2．絲束生產(chǎn)工藝與“三速”控制
絲束生產(chǎn)工藝主要是將二醋片經(jīng)漿液制備、3級(jí)過濾、紡絲、卷曲、干燥、擺絲、打包7個(gè)主工藝段來完成絲束生產(chǎn)和包裝。輔助工藝主要是丙酮回收、助濾劑制備、TiO2漿液配制、ST-90制備、公用生產(chǎn)介質(zhì)（工藝水、軟水、蒸汽等）、空調(diào)系統(tǒng)等。其中生產(chǎn)不同規(guī)格產(chǎn)品、產(chǎn)品質(zhì)量合格與否的關(guān)鍵是紡絲和卷曲。
2.1 紡絲和卷曲工藝
圖1、紡絲機(jī)工藝示意圖
二醋片經(jīng)漿液制備、3級(jí)過濾后,經(jīng)制漿段S泵打到紡絲機(jī)上端的漿液總管,在漿液總內(nèi)反復(fù)打循環(huán)合格后,由大計(jì)量泵控制漿液總量，漿液從紡絲機(jī)上144個(gè)漿液分支管，經(jīng)對(duì)應(yīng)的144個(gè)高精度計(jì)量泵控制，計(jì)量泵的速度決定了絲束生產(chǎn)的規(guī)格。計(jì)量泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)把漿液分支管送來的漿液定量送入燭形過濾器，漿液經(jīng)燭形過濾器后進(jìn)入漿液預(yù)熱器，預(yù)熱的高壓漿液經(jīng)噴絲帽的三層過濾后由噴絲孔噴出,噴出的漿液與紡絲機(jī)甬道上部的預(yù)熱空氣一起向下運(yùn)動(dòng)，噴絲帽噴出的漿液在均勻熱空氣的作用下蒸發(fā)出丙酮和水份，到甬道底部時(shí)形成醋酸纖維單絲。通過喂絲輥的運(yùn)轉(zhuǎn)將絲從甬道內(nèi)牽出，通過集絲V形板和集絲羅拉，把單絲匯集成一股絲束,每股絲束經(jīng)上油輥獲取所需的外油含量，再繞過喂絲輥通過節(jié)點(diǎn)捕捉器至轉(zhuǎn)向羅拉轉(zhuǎn)900度后，匯集于絲帶，根據(jù)不同品種要求(20—60)的絲股匯集成絲束帶。從紡絲機(jī)出來的絲帶,在卷曲機(jī)對(duì)棍的牽引下絲帶平展地進(jìn)入卷曲機(jī)腔, 卷曲機(jī)腔內(nèi)受卷曲機(jī)壓版的壓縮變成卷曲絲束,然后噴入卷曲機(jī)鋪絲器槽,沿槽往下運(yùn)動(dòng)后進(jìn)干燥器,經(jīng)干燥除丙酮、水份后進(jìn)入擺絲，打包后完成絲束成品。
(絲束是非常細(xì)的,目前生產(chǎn)的絲束規(guī)格一根9000米長的絲重為2-4克)
2.2 絲束的質(zhì)量與“三速”的關(guān)系:
從紡絲和卷曲工藝可見,絲束生產(chǎn)的關(guān)鍵是在紡絲機(jī)和卷曲機(jī)上完成的,其產(chǎn)品規(guī)格和質(zhì)量也是在紡絲機(jī)和卷曲機(jī)段完成的。控制絲束產(chǎn)品規(guī)格、質(zhì)量、產(chǎn)量的核心工作均集中于“三速”控制，即計(jì)量泵、喂絲輥、卷曲機(jī)對(duì)輥的速度。
計(jì)量泵、喂絲輥、卷曲機(jī)速度控制，每一環(huán)節(jié)決定絲帶的內(nèi)在、外在質(zhì)量，每一個(gè)環(huán)節(jié)要求極其穩(wěn)定、控制精度要求高；另外“三速”的一致性是致命的技術(shù)要求，整個(gè)生產(chǎn)過程中,”三速”匹配后反應(yīng)出絲帶的線速度必須越一致越好，只要有一點(diǎn)匹配不好，絲束生產(chǎn)穩(wěn)定性和連續(xù)性就受到挑戰(zhàn),絲束斷帶、質(zhì)量不合格。
2.3紡絲速度和“三速”控制方案：
紡絲速度是絲束生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量的決定因素。貫穿整個(gè)紡絲生產(chǎn)過程中的重要速度，除“三速”外還有上油輥速度、干燥機(jī)鏈板速度，擺絲機(jī)對(duì)輥速度，每一根合格絲都要經(jīng)過上速幾個(gè)速度的有效匹配控制。生產(chǎn)中幾個(gè)速度做到反應(yīng)在絲帶上的線速度一致性越好，質(zhì)量、產(chǎn)能越高，生產(chǎn)越穩(wěn)定和連續(xù)。
紡絲速度控制，通常以“三速”中喂絲輥速度為中心，以“三速”控制為主，輔以上油輥速度、干燥機(jī)鏈板速度，擺絲機(jī)對(duì)輥速度，最終完成整個(gè)絲束生產(chǎn)的控制。
圖2、紡絲速度控制邏輯關(guān)系示意圖、速度控制回路示意圖(以喂絲輥速度為例)
在實(shí)際生產(chǎn)中,一臺(tái)變頻器控制一臺(tái)大計(jì)量泵速度,通過大計(jì)量泵控制144臺(tái)小計(jì)量的漿液速度;一臺(tái)喂絲輥控制144股絲,又由4臺(tái)卷曲機(jī)配合完成對(duì)同一喂絲輥的絲帶進(jìn)行卷曲,每一臺(tái)紡絲機(jī)要對(duì)應(yīng)配合8臺(tái)卷曲機(jī)，由于各設(shè)備功率、軸徑、工作位置等不同,使”三速”控制變得更加困難。
為做好這些速度的控制，昆纖工程對(duì)這些設(shè)備速度的控制方案，都采用了羅克韋爾AB公司的變頻器，二期工程采用新一代Power Flex系列變頻器。采用同一廠家、同一系列，使其有較好的一致性，較成功的決解了紡絲“三速”控制一致性的問題，使昆纖公司開展的工改，生產(chǎn)不同規(guī)格、品種的產(chǎn)品，開發(fā)企業(yè)潛能，提速增產(chǎn)增收都變得能得心應(yīng)手。
3．Power Flex系列變頻器功能及運(yùn)用效果
羅克韋爾AB公司Power Flex系列變頻器是一個(gè)大家族，主要分為Power Flex 4系列和Power Flex 7系列兩個(gè)等級(jí)。每個(gè)等級(jí)中的變頻器，針對(duì)運(yùn)用需求又分為幾種產(chǎn)品，每一種產(chǎn)品中又根據(jù)性能要求不同分為不同檔次的產(chǎn)品，這對(duì)用戶在使用時(shí)，既能選到滿足生產(chǎn)要求的變頻器，又能節(jié)約生產(chǎn)投入成本。
昆纖公司絲束生產(chǎn)中選用的Power Flex 系列變頻器，主要是Power Flex 40、70、700變頻器，是根據(jù)工藝控制性能要求和使用環(huán)境要求等考慮。選型合理對(duì)確保運(yùn)用效果是非常重要的。本文結(jié)合昆纖公司的特點(diǎn)簡(jiǎn)要交流Power Flex700變頻器功能和運(yùn)用效果：
①．Power Flex 700變頻器：控制方式中主要有基本型和帶AB專利FORCE技術(shù)的磁場(chǎng)定向控制；兩種不同的選擇對(duì)電機(jī)速度控制精度要求是有很大差異，當(dāng)然費(fèi)用也不一樣；選用基本型對(duì)電機(jī)速度控制精度為0.5%；選用帶FORCE技術(shù)的速度控制精度為0.001%。在選基本型變頻器時(shí)，如果要采用無速度傳感器矢量控制方式，選擇帶不帶編碼器對(duì)速度控制精度也是有很大差異的，不帶編碼器對(duì)速度控制精度為0.5%，帶編碼器反饋對(duì)速度控制精度為0.001%。不同的選型對(duì)應(yīng)性能和價(jià)格是有差異的。昆纖“三速”控制的關(guān)鍵是“三速”控制后反應(yīng)的絲束線速度一致性，對(duì)單設(shè)備速度控制主要是穩(wěn)定性，故選用Power Flex 700變頻器標(biāo)準(zhǔn)型配置。
② Power Flex 700變頻器：25HP以下的都內(nèi)置有動(dòng)態(tài)制動(dòng)單元。動(dòng)態(tài)制動(dòng)單元對(duì)調(diào)速性能要求高，特別對(duì)需要快速減速的性能有極好的改善。昆纖絲束生產(chǎn)因需要適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)不同規(guī)格產(chǎn)品需求，工改需要調(diào)速頻繁，故在選型時(shí)對(duì)紡絲、卷曲機(jī)配的變頻器都考慮了帶動(dòng)態(tài)制動(dòng)單元。
③．Power Flex 700變頻器：內(nèi)置有EMC濾波器和輸出共模磁心，能夠滿足全求EMC電磁兼容性的要求，提供了一體化的集成解決方案；
④．Power Flex 700變頻器有較好的網(wǎng)絡(luò)控制功能，有利于昆纖實(shí)現(xiàn)了電氣馬達(dá)調(diào)速控制與過程控制系統(tǒng)PCS7，全廠管理控制系統(tǒng)，實(shí)時(shí)狀態(tài)在線監(jiān)視系統(tǒng)等，有效的通信和控制連接。
⑤、Power Flex 700變頻器采用了通用人機(jī)界面。人機(jī)界面包括LCD人機(jī)界面模塊和基于PC的組態(tài)軟件。昆纖為完善對(duì)變頻系統(tǒng)的管理，還配置了DriveTools2000TM 在離線和診斷軟件，DriveExplorerTM在線組態(tài)軟件等，通過這些工具軟件，對(duì)全廠變頻器組態(tài)和化、設(shè)置和定值管理、故障診斷分析處理、實(shí)施預(yù)防維修等，都有較大改善。
圖三、中心控制室（PCS7系統(tǒng)—變頻器控制）示意圖
AB公司的Power Flex系列變頻器是一個(gè)功能強(qiáng)大、操作靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、使用經(jīng)濟(jì)性好的家族產(chǎn)品。除硬件選型時(shí)要關(guān)注需求功能外，在安裝后對(duì)其編程組態(tài),做好運(yùn)用功能選擇、參數(shù)設(shè)置也是非常重要的。昆纖在使用Power Flex系列變頻器時(shí)，因設(shè)置不當(dāng)也發(fā)生過導(dǎo)致影響生產(chǎn)的事故，如擺絲機(jī)因減速時(shí)間設(shè)置不當(dāng)，在快速減速時(shí)導(dǎo)致故障停機(jī)，后修改減速時(shí)間設(shè)置就解決了問題。
綜上所述，變頻器的運(yùn)用效果，一是設(shè)備選型非常重要，設(shè)備本身的性能決定對(duì)生產(chǎn)的保障能力。設(shè)備選定安裝后，做好對(duì)其性能的掌握和運(yùn)用也是非常重要的工作。昆纖使用羅克韋爾公司變頻器100多臺(tái)，新一代高性能的Power Flex 系列60多臺(tái)，自95年投運(yùn)到現(xiàn)在，沒有發(fā)生一次變頻器本身的設(shè)備事故，其間發(fā)生的一些生產(chǎn)事故，經(jīng)分析都屬選型不當(dāng)和運(yùn)用時(shí)參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)膯栴}，AB變頻器為昆纖生產(chǎn)高品質(zhì)絲束和穩(wěn)定、連續(xù)生產(chǎn)，做出了很大的貢獻(xiàn)。
4．應(yīng)用體會(huì)
通過一期工程（95年）使用羅克韋爾公司1336系列變頻器，二期工程（2004年）采用Power Flex系列變頻器，我們體會(huì)到羅克韋爾公司變頻器是高質(zhì)量，高性能的產(chǎn)品。特別是最新一代Power Flex系列變頻器，功能更強(qiáng)大、操作更靈活、對(duì)各類設(shè)備、使用環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)。對(duì)有特殊功能要求，如高精度速度控制、苛刻場(chǎng)所應(yīng)用、多臺(tái)設(shè)備同步性能一致性控制等，都能取得較好的控制效果。昆纖在使用中體會(huì)到Power Flex系列變頻器，實(shí)施對(duì)生產(chǎn)設(shè)備控制的穩(wěn)定性、調(diào)速性能、網(wǎng)絡(luò)功能、與工藝過程的聯(lián)控等，都有較好的效果。
