CN204349855U - 纺丝计量泵控制系统以及纺丝设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种纺丝计量泵控制系统，该控制系统是由用于驱动纺丝计量泵的异步电机和用于控制异步电机的变频器组成，变频器包括转速设定单元、矢量控制单元和变频器功率控制单元，转速设定单元用于接收针对纺丝计量泵的设定转速，以生成提供给矢量控制单元的转速信号；矢量控制单元用于基于转速信号和变频器的实际状态值，生成待提供给变频器功率控制单元的实际频率输出值；变频器功率控制单元用于基于实际频率输出值生成待提供给异步电机的输出值。本实用新型采用以上结构，省略设置在异步电机上的编码器或其他检测设备和降低了成本的同时，也通过对变频器内部的闭环控制达到了对异步电机精确控制。

Description

纺丝计量泵控制系统以及纺丝设备

技术领域

本实用新型涉及了一种纺织领域，尤其涉及了一种纺丝计量泵控制系统以及纺丝设备。

背景技术

纺丝计量泵是纺丝设备中的一个较为重要的装置，其可以将熔体定量输出，以为后序工位提供熔体。纺丝计量泵的转速决定了熔体的输出量，即当纺丝计量泵的转速越快时，熔体的输出量越大，当纺丝计量泵的转速越慢时，熔体的输出量越小。当一个纺丝计量泵的熔体输出量存在差异时，可能会影响纺丝的均匀性，产品的质量也会随之波动。特别的，一个纺丝设备中往往包括多纺丝计量泵，当各个纺丝计量泵的转速存在差异时，就可能使得由多个纺丝站产生的纺线粗线不均匀。而这些均可能会对后期的织造、染色都可能产生影响，甚至直接影响产品质量。

为了得到熔体稳定的输出，就需要对纺丝计量泵的转速进行精确控制，即将纺丝计量泵的转速维持在一个稳定值上。在现有技术中，传统的化纤纺丝工厂长期以来使用以下两种控制系统：一种采用三相稀土永磁同步电机和变频器作为控制系统来驱动控制纺丝计量泵。但是三相稀土永磁同步电机需要使用稀土永磁材料，而稀土永磁材料较为稀少珍贵，价格也较高。因而这种控制系统的价格一般较高。另一种采用用于驱动纺丝计量泵的异步电机、编码器和变频器作为控制系统驱动控制纺丝计量泵。这种控制系统通过编码器对异步电机的转速进行实时监控，并将反馈结果反馈给变频器，变频器根据反馈结果对异步电机进行实时调节。这种控制系统对异步电机采用闭环控制，因而控制精度较高。但是在该种方式中，每个控制系统均必须在异步电机上配置编码器，而编码器的成本较高，因而整个控制系统的成本也相对较高。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种纺丝计量泵控制系统以及纺丝设备，其能够在保证精度的前提条件下降低成本。

本实用新型的具体技术方案是：

一种纺丝计量泵控制系统，该控制系统是由用于驱动所述纺丝计量泵的异步电机和用于控制所述异步电机的变频器组成，所述变频器包括转速设定单元、矢量控制单元和变频器功率控制单元，所述转速设定单元用于接收针对所述纺丝计量泵的设定转速，以生成提供给所述矢量控制单元的转速信号；所述矢量控制单元用于基于所述转速信号和所述变频器的实际状态值，生成待提供给所述变频器功率控制单元的实际频率输出值；所述变频器功率控制单元用于基于所述实际频率输出值生成待提供给所述异步电机的输出值。

优选地，所述矢量控制单元包括控制模块和电机模型单元，所述控制模块基于所述转速信号和转差率生成给定频率输出值；所述电机模型单元用于接收所述变频器的实际状态值和所述给定频率输出值，以基于所述给定频率输出值和所述变频器的实际状态值生成提供给所述变频器功率控制单元的实际频率输出值。

优选地，所述转速设定单元包括用于接收软化值的软化值接收单元，所述转速设定单元用于基于所述软化值与所述设定转速生成转速信号。

优选地，所述转速设定单元还包括滤波单元，所述滤波单元用于对所述转速信号进行滤波处理。

优选地，所述控制模块包括电压控制单元和所述电流控制单元。

优选地，所述变频器的实际状态值包括所述变频器的实际电流输出值和实际电压输出值。

优选地，所述转差率由所述电机模型单元在建立异步电机的电流电压数学模型时生成。

本实用新型公开了一种纺丝设备，它包括多个纺丝计量泵、以及如上述的纺丝计量泵控制系统。

本实用新型采用以上结构，省略设置在异步电机上的编码器或其他检测设备和降低了成本的同时，也通过对变频器内部的闭环控制达到了对异步电机精确控制，即将异步电机的转速稳定在理想范围内。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本实用新型公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本实用新型的理解，并不是具体限定本实用新型各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本实用新型的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本实用新型。

图1示出了本实用新型中纺丝计量泵控制系统的一具体实施例的结构原理示意图。

图2为图1中纺丝计量泵控制系统的工作流程示意图。

图3示出了本实用新型中纺丝计量泵控制系统的另一具体实施例的结构原理示意图。

图4为图3中纺丝计量泵控制系统的工作流程示意图。

图5示出了采用了纺丝计量泵控制系统的纺丝设备的一具体实施例的原理示意图。

以上附图的附图标记为：1、变频器；10、转速设定单元；101、滤波单元；102、软化值接收单元；11、控制模块；111、电压控制单元；112、电流控制单元；12、电机模型单元；13、变频器功率控制单元；14、矢量控制单元；2、异步电机；3、纺丝计量泵；4、输入管；5、熔体管道；6、冷却装置。

具体实施方式

结合附图和本实用新型具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本实用新型的细节。但是，在此描述的本实用新型的具体实施方式，仅用于解释本实用新型的目的，而不能以任何方式理解成是对本实用新型的限制。在本实用新型的教导下，技术人员可以构想基于本实用新型的任意可能的变形，这些都应被视为属于本实用新型的范围。

图1为本实用新型中纺丝计量泵控制系统的一具体实施例的原理示意图。参照图1所示，本实施例中，纺丝计量泵控制系统是由用于驱动纺丝计量泵3的异步电机2和用于控制异步电机2的变频器1组成。变频器1包括转速设定单元10、矢量控制单元14和变频器功率控制单元13。转速设定单元10用于接收针对纺丝计量泵3的设定转速，以生成提供给控制模块11的转速信号。矢量控制单元14用于基于所述转速信号和所述变频器1的实际状态值，生成待提供给所述变频器功率控制单元13的实际频率输出值。变频器功率控制单元13用于基于实际频率输出值生成待提供给异步电机2的输出值。

参照图1所示，在本实施例中，纺丝计量泵控制系统仅仅包含了异步电机2和变频器1两个部分，相较于现有技术中的第二种控制系统，本实施方式的纺丝计量泵控制系统省略了编码器，即在不需要编码器的基础上就可以实现对纺丝计量泵3的精确控制。

具体的，异步电机2又称感应电动机，其可以将机电能量转换为机械能量。本实施例中的异步电机2的结构与现有技术中的异步电机2相类似，在此不再累述。

本实施例中，变频器1包括转速设定单元10、矢量控制单元14和变频器功率控制单元13。

转速设定单元10可以包括一控制面板，以供操作人员通过控制面板输入纺丝计量泵3的设定转速。一般而言，设定转速为诸如400r/min、500r/min或600r/min等数值。转速设定单元10可以将输入的数值转换为变频器1能够识别处理的数字信号。由于设定转速来源于外部，因而设定转速会对变频器1产生一定的干扰。可选地，转速设定单元10还可以包括一滤波单元101。滤波单元101可以采用电容等方式对转速信号进行滤波处理输出，以对来源于外部的设定转速进行滤波以排除干扰。当接收到超过或低于额定范围的设定转速时，转速设定单元10可以发出警告信号或将纺丝计量泵3的转速控制在安全范围内。

矢量控制单元14包括控制模块11和电机模型单元12。控制模块11基于转速信号和转差率生成给定频率输出值。电机模型单元12用于接收变频器1的实际状态值和控制模块11生成的给定频率输出值，从而基于给定频率输出值和变频器1的实际状态值生成提供给变频器功率控制单元13的实际频率输出值。控制模块11可以获取由电机模型单元12自学习生成的转差率，以基于转速信号和转差率生成给定频率输出值。控制模块11可以包括电压控制单元111和电流控制单元112。电压控制单元111可以基于电机模型中的电压模型对变频器1的输出电压值进行控制。电流控制单元112可以基于电机模型中的电流模型对变频器1的输出电流值进行控制。控制模块11可以基于转差率生成转差率补偿值，并将转差率补偿值与转速信号进行叠加得到给定频率输出值。

电机模型单元12可以包括在变频器1自学习过程(即，变频器1与异步电机2匹配过程)中建立的异步电机2的电流电压数学模型。异步电机2的电流电压数学模型可以包含电流模型、电压模型、转差率、阻抗等。

变频器功率控制单元13用于基于实际频率输出值生成待提供给异步电机2的输出值，其可以将变频器1内部的数字模拟信号转换为交流输出。在本实施方式中，变频器功率控制单元13可以为包括IGBT模块的逆变器。变频器功率控制单元13在接收到给定频率输出值生成提供给异步电机2的输出值后，变频器1基于变频器功率控制单元13的输出值驱动异步电机2运转。

电机模型单元12接收变频器1的实际输出电流值和实际输出电压值，并基于变频器1的实际输出电流值和实际输出电压值得到变频器的实际状态值，再由变频器的实际状态值和给定频率输出值进行比对得到反馈值，并将反馈值与给定频率输出值进行叠加后输入变频器功率控制单元13得到实际频率输出值，以将变频器的实际状态值趋近于给定频率输出值。

参照图2所示，在本实施方式中，基于转速设定单元10接收的设定转速S，基于电机模型和设定转速S得到异步电机接收到的理想频率为M。设定单元10对设定转速经过滤波器滤波以去除干扰和限定转速以将转速控制在安全范围内；在信号传输过程中，控制模块11将转速信号与由电机模型单元12经自学习输出的转差率N叠加，得到给定频率输出值M/(1-N)；电机模型单元12执行变频器1内部的闭环控制，在接收到变频器1功率控制模块11的电流输出实际值和电压输出实际值，以检测变频器1的实际输出功率，从而生成反馈值，并通过反馈值将实际输出功率控制在给定频率输出值M/(1-N)。

在本实施方式中，纺丝计量泵控制系统省略了设置在异步电机2上的编码器或其他检测设备，降低了成本的同时，也通过对变频器1内部的闭合循环达到了对异步电机2精确控制，即将异步电机2的转速稳定在理想范围内。

在一个优选的实施方式中，参照图3和图4所示，转速设定单元10还可以包括用于接收软化值的软化值接收单元102。转速设定单元10用于接收软化值，以补偿由电机模型通过自学习得到的转差率。由于电机模型自学习得到的转差率值N存在一定的误差。操作人员可以通过试验手段计算出较为真实的转差率，并通过软化值的方式对通过自学习得到的转差率进行补偿。具体的，操作人员可以在实验室内通过诸如速度传感器等测速装置对异步电机2的转速进行实际测量，得到实际转速V1。再根据变频器1的输出频率得到同步转速V2，同步转速V2＝频率×60/电机极对数。基于同步转速V2得到实际转差率L，实际转差率L＝(V2-V1)/V2。这时软化值即为N-L。经过修正后，变频器1的给定频率输出值为：M/(1-N+N-L)。异步电机2的输入值也为M/(1-N+N-L)。

例如，假设电机自学习后获得的转差率是5％，变频器1的转速设定值是100Hz，叠加后得到的给定频率输出值为105.3hz(100/95％＝105.3)。但由于电机自学习的转差率不准确，假设经过试验测量电机的实际转差率是4％。软化值可以将多出来的1％再次进行设定值修正100/(95％+1％)＝104.1，将这个值作为变频器1的实际频率输出。所以异步电机2的输入值为104.1Hz。此时异步电机2的实际输出值为(104.1*96％＝100Hz)＝100Hz，从而达到准确输出的目的。

在本实施方式中，在实验室中得到该软化值后，可以通过人手工或电信号等方式输入给转速设定单元10，经过软化值调节后的纺丝计量泵控制系统的输出更为准确，而不必经由异步电机2的实时检测来对其进行调节。

图5为采用了图1或图3中的纺丝计量泵控制系统的纺丝设备的一具体实施例的原理示意图。参照图5所示，本实施例中，纺丝设备包括纺丝计量泵控制系统、由异步电机2驱动的纺丝计量泵3、冷却装置6。纺丝计量泵3具有与输入管4相连通的入口端和与纺丝箱连通的出口端，纺丝计量泵3通过一熔体管道5以向出口端定量输出。纺丝计量泵控制系统的结构如上文中所述，在此不再累述。

需要值得注意的是，在本申请中涉及的变频器1、矢量控制单元14、转速设定单元10、控制模块11、电机模型单元12、软化值接收单元102和变频器功率控制单元13均可以由硬件构成。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种纺丝计量泵控制系统，其特征在于，该控制系统是由用于驱动所述纺丝计量泵的异步电机和用于控制所述异步电机的变频器组成，所述变频器包括转速设定单元、矢量控制单元和变频器功率控制单元，

所述转速设定单元用于接收针对所述纺丝计量泵的设定转速，以生成提供给所述矢量控制单元的转速信号；

所述矢量控制单元用于基于所述转速信号和所述变频器的实际状态值，生成待提供给所述变频器功率控制单元的实际频率输出值；

所述变频器功率控制单元用于基于所述实际频率输出值生成待提供给所述异步电机的输出值。

2.根据权利要求1所述的纺丝计量泵控制系统，其特征在于,所述矢量控制单元包括控制模块和电机模型单元，

所述控制模块基于所述转速信号和转差率生成给定频率输出值；

所述电机模型单元用于接收所述变频器的实际状态值和所述给定频率输出值，以基于所述给定频率输出值和所述变频器的实际状态值生成提供给所述变频器功率控制单元的实际频率输出值。

3.根据权利要求1所述的纺丝计量泵控制系统，其特征在于，所述转速设定单元包括用于接收软化值的软化值接收单元，所述转速设定单元用于基于所述软化值与所述设定转速生成转速信号。

4.根据权利要求1所述的纺丝计量泵控制系统，其特征在于，所述转速设定单元还包括滤波单元，所述滤波单元用于对所述转速信号进行滤波处理。

5.根据权利要求2所述的纺丝计量泵控制系统，其特征在于，所述控制模块包括电压控制单元和电流控制单元。

6.根据权利要求1所述的纺丝计量泵控制系统，其特征在于，所述变频器的实际状态值包括所述变频器的实际电流输出值和实际电压输出值。

7.根据权利要求2所述的纺丝计量泵控制系统，其特征在于，所述转差率由所述电机模型单元在建立异步电机的电流电压数学模型时生成。

8.一种纺丝设备，其特征在于，它包括多个纺丝计量泵、以及如权利要求1至权利要求7中任一项所述的纺丝计量泵控制系统。