聚酯切粒機轉速控制方案優化概述

吳曉白

（中國石化儀征化纖股份有限公司聚酯中心，江蘇儀征 211900）

設備改造

聚酯切粒機轉速控制方案優化概述

吳曉白

（中國石化儀征化纖股份有限公司聚酯中心，江蘇儀征 211900）

介紹并分析了聚酯某生產線6臺切粒機原轉速控制方案及其缺點，重點介紹了新控制方案的設計思路及編程過程中的主要步驟及注意事項。

切粒機 轉速控制 合轉速系數 熔體分配

聚酯生產線的切粒工序，其主要的作用就是將熔融的PET熔體經過冷卻、切粒、干燥后，包裝成為成品，供下道紡絲工序使用。切粒機轉速控制方案的主要目的是：在熔體出料泵轉速變化或某臺切粒機停運（或投運）時，自動調節已投運的切粒機的轉速，使切出來的粒子大小符合產品質量要求。工藝上專門有一項指標，叫做“百粒重”。早期由于單條生產線的負荷低，每臺最終縮聚反應釜后只有兩臺切粒機，傳統的轉速控制方案是合轉速控制：平時兩臺切粒機各50%負荷運行，當有一臺切粒機退出運行時，另一臺自動提高轉速，承擔全部負荷。后來，隨著單條生產線生產能力的提高，終縮聚反應釜后需多臺切粒機。傳統的合轉速控制方案已不能滿足需要，一些新型的控制方案應需而生。

1 原控制方案分析

某聚酯生產線于2003年建成投產。從最終縮聚反應釜（28R01）出來的聚酯（PET）熔體，經熔體出料泵（28P01）增壓，通過熔體分配閥（一進六出），分配給后面的6臺切粒機冷卻、切粒。切粒機的控制系統是一套西門子的S7-300 PLC，配置2臺上位機。

6臺切粒機的轉速控制方案的核心思路為：

（熔體出料泵合轉速×6×合轉速系數給定／N）×Ki，作為各臺切粒機的轉速給定。

其中：熔體出料泵合轉速是兩臺熔體泵的轉速PV值之和再除以轉速量程之和，是一個百分數形式的模擬量信號；

系數6是對應6臺切粒機；

合轉速系數給定是一個常數給定值，在操作站上可調整。與熔體出料泵泵供量、鑄帶頭孔數、粒子百粒重等有關，簡單說，就是熔體泵每轉對應的切粒機轉數。結合粒子實際狀況可做適當微調。

N是投運的切粒機總數，當N≧4時該程序運行，開始運算并賦值；

Ki（i＝1～6）對應每臺切粒機的轉速微調系數，可調節單臺切粒機的轉速。

該方案主要有以下3個缺點：

a）4臺以下切粒機投運時該程序不執行，此時切粒機的轉速只能通過現場操作臺上的升／降速按鈕手動給定，開停車時操作極不方便；

b）根據上述方案計算出的轉速給定存在“溢出”（轉速計算值超過模擬量輸出通道的數值上限）的可能，尤其是在裝置開車，第4臺切粒機剛投運時。一旦給定值“溢出”，PLC的AO通道輸出低于4 mA，此時投運的切粒機全部失速，因無報警聯鎖信號，啟動板仍打在“切粒”側，會造成所有已投運的切粒機“披掛”；

c）上述方案未考慮熔體分配的情況。未投運的切粒機前面七通閥開度直接影響熔體量的計算和分配，排廢的那部分熔體相當于被偷去了，會導致粒子偏小；剛投運（或停運）的切粒機，其對應的七通閥在開關的動態過程中也會影響熔體的分配，而這些都會引起粒子大小的波動，如果大粒子的數量過多還會堵塞振動篩，造成切粒機停運。

另外，該程序在計算投運切粒機臺數時采用的是列舉法，用排列組合的方式依次檢查6臺切粒機的啟動板位置，判斷是否有4臺以上切粒機投運，分別是哪幾臺切粒機投運，再將計算出的轉速賦值給對應的切粒機，程序拖沓冗長，缺乏效率。

2 新控制方案

新控制方案的思路是利用PLC已有的七通閥閥位反饋信號，在不增加任何硬件設備的基礎上，重新設計了一套切粒機轉速控制方案，編程調試后，投入運行。

新方案的核心思路是引入了熔體分配（閥開度百分比）的概念：

（熔體出料泵合轉速×合轉速系數給定×閥開度百分比）×Ki，作為各臺切粒機的轉速給定。

其中：熔體出料泵合轉速是兩臺熔體泵的轉速PV值之和再除以轉速量程之和；

合轉速系數給定是一個常數給定值；

Ki（i＝1～6）對應每臺切粒機的轉速微調系數；

閥開度百分比＝各切粒機對應的七通閥開度／6臺閥開度之和。

編程的具體步驟和注意事項如下：

a）準備工作

建立一個數據塊（DB），因為涉及到計算所需要的中間變量較多，只憑PLC提供的存貯單元是不夠的。在數據塊中根據需要可定義若干的長整數型變量（DINT）和實數型變量（REAL）。

b）熔體出料泵合轉速信號處理

熔體出料泵合轉速信號（百分數信號）與操作站畫面上人工輸入給定的合轉速信號，做一個遠程／就地的切換。

c）七通閥閥位信號的數據轉換

AI卡上的七通閥閥位信號經模／數轉換，進來的是一個0～27648區間的整數型變量（INT），需轉換成長整型，再轉換成實數型變量參與以后的運算。另外為避免因出現壞信號而導致誤算，注意限制信號幅度，如可以限制在3～27645范圍內。限幅用比較和賦值兩個功能塊。

d）七通閥閥位當前的開度求和，并計算出每臺閥的閥開度百分比。

e）根據新方案計算公式計算出每臺切粒機在“自動”狀態下的轉速給定值。

f）切粒機在“手動”狀態下，通過現場操作臺上的“升／降速按鈕”調節轉速給定的程序。

g）切粒機轉速輸出.

切粒機“手／自動開關”分別在“自動”和“手動”狀態下的轉速給定值輸出。

注意：此時需用ROUND功能塊將實數型變量轉換成整數型變量。另外，根據工藝要求，在轉速給定值輸出時附加兩個動作：切粒機轉速給定無論在“自動”還是“手動”狀態下，均不低于某一轉速值；在切粒機“手／自動開關”由“自動”向“手動”狀態切換時，切粒機轉速保持“自動”時的數值。

h）七通閥開度的控制

當切粒機“手／自動開關”處于“手動”時，七通閥開度通過操作站人工輸入給定。

當切粒機“手／自動開關”處于“自動”時，如果啟動板在“切粒”側，自動給定95%開度；如果啟動板在“排廢”側，自動給定5%開度。

編程時需堅持簡潔明了的原則。如第7步切粒機轉速輸出，由于有6臺切粒機的轉速輸出，而且在轉速輸出時要執行數據轉換，還有2個附加條件，在此可以先自定義1個滿足所有條件的功能塊，6臺切粒機轉速輸出時直接引用即可。再如第6步6臺切粒機手動升降速，也可以通過自定義功能塊來實現，這樣做可以大大簡化程序。

3 新方案的優點

新控制方案從根本上解決了原方案存在的3個缺陷：第一，只要有切粒機投運，哪怕只有一臺，也可以投自動，沒有原方案4臺以上運行才能投自動的限制，操作簡單方便，尤其是在開停車的過程中；第二，在程序中，通過數值的限幅，解決了輸出“溢出”的問題；第三，由于采用了熔體分配的控制方案，能夠合理準確地計算出給每臺切粒機分配的實際熔體量；即使是在熔體分配閥開關的動態過程中，也能實時地進行跟蹤；而且整段程序思路清晰，結構簡明，克服了原程序冗長難懂的缺點，編程過程中一些技巧也值得借鑒。另外，此次控制方案的優化立足于利用現有資源，不增加任何硬件設備，軟件也是自主編制，不發生任何費用。

4 結 語

自該單元重新開車以來，新方案的有效性得到了充分的驗證。自動化程度及可操作性得到了提高；切片粒子的外觀質量得到了改善。但是，新方案也增加了一個不安定因素。由于引入了七通閥的閥位反饋信號參與控制，一旦某個閥位信號異常，會引起所有切粒機的轉速波動。對此，筆者提出的處理辦法是：如果是短時間的回路檢查，可以將切粒機的手／自動按鈕撥到手動位置，保持切粒機原有轉速；如果需要較長時間來處理故障，需要將切粒機啟動板打到“排廢”側，對應的七通閥關閉，該臺切粒機退出程序。

另外，在程序的編制過程中，由于未能找到七通閥的流量特性曲線圖，筆者在剔除了一些已知的死區后，將閥的流量特性近似視為線性來計算，這樣就導致與實際情況存在微小的偏差。在得到準確的流量特性曲線后，可以通過折線圖的方法來消除這些偏差，將這一控制方案進一步完善。

［1］程鵬.自動控制原理［M］.第2版.北京：高等教育出版社.2010.

Im p rovem ent to the control schem e of rotation rate of cutters in the PET production line

Wu Xiaobai

（Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co．，Ltd．，Yizheng Jiangsu 211900，China）

This paper presents the original control scheme and its weak points of the control scheme of the rotation rate of the six cutters on the Polyester（PET）Production Centre of Yizheng Chemical Fiber Co.，Ltd and the design solutions of a new control scheme including the main programm ing steps and matters needing attention.

cutter；rotation rate control；rotation rate factor；PET distribution

TQ320.5

B

1006-334X（2014）03-0043-03

2014-02-23；

2014-09-16

吳曉白（1970—），男，江蘇儀征人，工程師，現主要從事石化電氣儀表技術工作。