问题定义
行业挑战
- 01 高速生产环境下（>600m/min）纤网均匀度（CV值）难以控制
- 02 牵伸气流与热风系统的高能耗问题，通常占整线能耗的60%以上
- 03 细旦纤维在高速卷绕过程中的断丝与静电积聚风险
核心具体痛点
- 卷绕机在换卷过程中张力波动过大，导致布卷出现菊花芯或端面不齐
- 牵伸风道压力分布不均，导致成品纵向强力（MD）与横向强力（CD）比率失调
- 现有控制系统响应滞后，无法满足薄型非织造布（<15gsm）的精密生产要求
现状工程分析
"当前主传动系统采用开环控制，缺乏高精度的速度同步，导致牵伸倍率不稳定 气流系统缺乏变频恒压控制，依靠风门调节导致严重的节流损失 卷绕张力锥度算法单一，无法适应不同克重产品的卷取特性"
性能指标影响
张力控制精度
动态波动范围 ±0.5N 以内
线速度稳定性
稳态误差 < 0.01%
克重均匀度 (Cv)
≤ 1.5% (针对 10-20gsm 产品)
系统同步响应时间
< 5ms
安全等级
SIL 2 / PL d (针对高速旋转部件)
变频器通讯速率
100 Mbps (实时以太网)
主控制器循环周期
≤ 1ms (用于关键运动控制轴)
张力传感器分辨率
16-bit ADC
技术实施范围
- 全线多电机传动系统（Multi-Drive System）的共直流母线改造
- 牵伸机与卷绕机的高精度闭环张力控制系统实施
- 工艺气流（Process Air）系统的流体动力学优化与变频改造
- 基于工业以太网（Profinet/EtherCAT）的高速数据采集与SCADA集成
合规标准
GB/T 30923-2014 (塑料 聚丙烯(PP)熔喷专用料)
ISO 11111-1:2016 (纺织机械安全要求)
EN 60204-1 (机械电气安全标准)
GB/T 24218.1 (纺织品 非织造布试验方法)
实施策略
第一阶段（第1-2周）：现场气流场测绘与传动系统谐波分析，确定基准数据；
第二阶段（第3-6周）：安装共直流母线变频柜、高精度张力传感器及气流压力变送器，进行风道整流改造；
第三阶段（第7-8周）：控制程序下装，进行张力锥度模型调试与PID参数自整定，完成满负荷试车。
第二阶段（第3-6周）：安装共直流母线变频柜、高精度张力传感器及气流压力变送器，进行风道整流改造；
第三阶段（第7-8周）：控制程序下装，进行张力锥度模型调试与PID参数自整定，完成满负荷试车。
关键交付物
生产线稳定运行速度提升至 800m/min 以上
成品克重变异系数（CV值）降低至 1.5% 以内
单位产品能耗（kWh/kg）降低 12% - 15%
实现全自动零速或降速换卷，换卷成功率≥99.5%
咨询注释
1. 张力控制策略设计
针对非织造布弹性模量较低的特性，卷绕段必须采用张力锥度控制（Taper Tension Control）。建议采用双闭环控制架构：速度环作为主环，张力环作为微调。在卷径增大过程中，应依据双曲线或线性递减模型自动降低张力设定值，以防止内层布卷起皱或造成“星形”缺陷。
2. 气流系统流体力学优化
牵伸风道的设计应遵循流体连续性方程与伯努利原理。建议在狭缝牵伸器入口前安装整流格栅，以消除湍流，确保纤维牵伸的一致性。对于熔喷模头，需确保热空气温度分布的均一性（ΔT ≤ ±1°C），这直接关系到纤维直径的分布范围。
3. 机械安全与维护
鉴于生产线涉及高速旋转辊筒和高温熔体，所有驱动器必须配置STO（安全转矩关断）功能，并集成于独立的安全PLC回路中。建议每季度对张力传感器进行零点校准，并定期检查风机过滤系统的压差，防止粉尘堵塞影响风量稳定性。
4. 传动系统选型计算原则
在选型卷绕电机时，不仅要计算稳态功率，必须校核加减速过程中的动态转矩，确保在急停工况下能克服卷材巨大的转动惯量（J），避免母线过压故障。
基础设施分类
高性能闭环矢量变频器（支持共直流母线）
低惯量伺服电机（用于摆频器与卷绕头）
高精度微位移张力传感器
磁悬浮离心鼓风机或高效罗茨风机
在线克重/厚度扫描仪（β射线或X射线）
典型应用模式:
共直流母线架构：利用牵伸制动能量回馈供给卷绕或挤出机，实现能量内部循环
中心卷取与表面卷取结合的混合模式，配合非线性张力锥度控制
基于配方的智能气流管理系统（根据聚合物熔指MFI自动调节风压）
工程关系摘要
系统使用
整流格栅、共直流母线架构、STO安全转矩关断功能
工程约束
温度分布偏差≤±1°C、动态转矩
核心优化逻辑
张力锥度控制算法
工程实施案例摘要
项目简述
高速SMS非织造布生产线张力与气流控制系统升级实施
系统规模
复合纺粘/熔喷（SMS）非织造布生产线，涉及全线多电机传动系统（Multi-Drive System）及高能耗牵伸气流与热风系统，目标运行速度提升至800m/min以上。
运行工况
主要生产10-20gsm的薄型非织造布，细旦纤维在高速卷绕下对静电积聚和张力突变极度敏感，要求控制系统具备≤1ms的循环周期及高实时性数据采集能力。
工程约束
原有主传动系统采用开环控制，缺乏高精度速度同步；气流系统依赖机械风门调节，导致严重的节流损失及牵伸风道压力分布不均，限制了纵向与横向强力比（MD/CD）的优化。
工程知识主题集群
SMS非织造布生产线工艺优化与设备升级技术
针对高速SMS生产环境，聚焦张力波动与气流场分布不均等核心工程痛点，整合闭环张力控制、气动牵伸系统优化及自动化集成方案，旨在提升生产线运行稳定性与纤网质量。
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