日產200噸 滌綸后處理數(shù)字化控制系統(tǒng)簡析

恒天重工股份有限公司 魏威/文

日產200噸 滌綸后處理數(shù)字化控制系統(tǒng)簡析

恒天重工股份有限公司 魏威/文

本文主要介紹了滌綸短纖后處理數(shù)字化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由多單元變頻同步調速，PLC控制，上位機集中管理，自動化、智能化程度高。系統(tǒng)具備網(wǎng)絡通訊接口，方便用戶信息化工廠管理，并可實現(xiàn)遠程診斷和控制功能，使聯(lián)合機自動化控制水平接近國外設備先進水平。

工控機 PROFIBUS 網(wǎng)絡技術 多單元同步

1 前言

日產200噸滌綸短纖維后處理聯(lián)合機代表著滌綸短纖行業(yè)最高技術水平，是滌綸短纖領域的制高點。

后處理設備由集束、牽伸、緊張熱定型、疊絲、卷曲、松弛熱定型等工序組成，設備上聯(lián)合機采用一水一汽兩段牽伸工藝，牽伸效果穩(wěn)定，易于控制；牽伸機箱體內傳動齒輪、牽伸輥軸關鍵部位采用噴丸或滾壓強化處理工藝，可有效提升設備可靠性。緊張熱定型機配置多級蒸汽閃蒸系統(tǒng)，可有效節(jié)約能源；輥筒采用新型夾套式結構，使表面溫度更加均勻一致，提升了纖維品質；新型三輥兩層疊絲方式的采用，可有效減少牽伸線輥筒長度，提高了設備的承載能力。

電氣上控制系統(tǒng)采用計算機技術、通訊技術、網(wǎng)絡技術、變頻調速技術、PLC控制技術、傳感技術等實現(xiàn)紡絲及后處理生產線多工序的連續(xù)自動控制和全流程工藝參數(shù)實時監(jiān)控。具有參數(shù)的設定、修改、故障顯示，信息采集與處理，工藝方案的存儲及文件管理等功能，構成完整的FCS系統(tǒng)。信息技術的應用可以使成套設備實現(xiàn)多品種柔性化生產，保證機器在高速、高產、優(yōu)質、低耗狀態(tài)下穩(wěn)定連續(xù)運行，減少用工，提高生產效率和產品質量，降低生產成本。

2 電氣控制系統(tǒng)及主要特點

2.1控制系統(tǒng)配置（如圖1）

該系統(tǒng)由三級控制系統(tǒng)和二層通訊網(wǎng)絡構成，采用計算機為管理級，用以監(jiān)控聯(lián)合機生產線的生產過程，對整機工藝參數(shù)、故障以及所有的工藝曲線進行調整或顯示，控制級由S7-400PLC作為主控制器。以ET200M分布式I/ O，作為分布式從站。驅動部分采用控制單元CU320+電源模塊+電機模塊的多單元共直流母線變頻調速技術。現(xiàn)場配置功能強大的人機操作界面，計算機與主控制器通過以太網(wǎng)相連。控制級與數(shù)字傳動系統(tǒng)之間采用國際標準的現(xiàn)場總線-Profibus DP網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)通訊，同時能與前紡、松弛熱定型、切斷等設備及工廠信息管理系統(tǒng)進行連接。可實現(xiàn)遠程診斷和維護服務。

2.2多單元變頻調速系統(tǒng)（如圖2）

多單元變頻調速系統(tǒng)主驅動部分采用西門子公司的高精度的S120系列，保證了系統(tǒng)的高控制精度與可靠性，完成后紡部分的同步處理。其結構形式為電源模塊和電機模塊分開，一電源模塊ALM將三相交流電整流成975V的直流電，將電機模塊Inverter輸入側都連接到該DC BUS上，SINAMICS S120是集V/F控制、矢量控制、伺服控制為一體的多軸驅動系統(tǒng)，具有模塊化的設計。各模塊間（包括控制單元模塊、電機模塊、傳感器模塊和電機編碼器等）通過高速驅動接口DRIVE-CLiQ相互連接。SINAMICS S120是一種高性能、高精度的驅動器。硬件上具有模塊化的結構設計，安裝、維護簡單易行；強大的軟件功能，使其適用于各種復雜應用的場合。既能做伺服控制，也能做矢量控制，能實現(xiàn)速度控制，轉矩控制，位置控制多種控制方式，同時能滿足運動控制的要求；可以拖動 Siemens 的所有低壓電機，如異步（感應）電機還有同步電機。多種冷卻方式，更使其能適用于各種場合和應用。

后處理部分具有功率大、同步精度要求高、安全防護功能要求高等特點。根據(jù)系統(tǒng)節(jié)能需求和驅動控制精度需要，系統(tǒng)拋棄了以往采用的6ES70系列變頻器的驅動控制方案。采用了最新的高精度S120系列變頻驅動方案。由于系統(tǒng)功率較大，且開車后并非所有逆變器都處于電動狀態(tài)，故采用能量回饋式的整流單元。

3 工藝控制

系統(tǒng)中的溫度、壓力控制采用了PLC內部集成的系統(tǒng)功能塊FB43和FB58 PID來調節(jié)，實現(xiàn)了對水浴、加熱箱、水循環(huán)、松弛熱定型機的溫度PID調節(jié)控制以及對緊張熱定型和閃蒸系統(tǒng)的壓力PID調節(jié)，可滿足生產工藝的要求。

4 張力對卷曲速度的附加控制

卷曲機張力的穩(wěn)定性和控制精度對產品的質量影響較大，實際升頭時，絲速情況較復雜，卷曲機絲速張力處于極

不穩(wěn)定狀態(tài)，此時張力信號對卷曲機進行補償，卷曲機速度

加快便于快速升頭。如果用PLC的程序完成張力控制難以保

證張力的穩(wěn)定性和精度，通過執(zhí)行專門設計的張力控制程序，

構成高效張力的閉環(huán)控制和調節(jié)系統(tǒng)，確保了卷曲段張力穩(wěn)

定動態(tài)精度達到±2%。

5 上位機監(jiān)控

系統(tǒng)通過WINCC監(jiān)控軟件完成對整條生產線的溫度、速度、壓力一系列的邏輯動作監(jiān)控和顯示。

5.1工藝畫面

包括牽伸機的速度設定和顯示，牽伸比的設定和顯示，溫度設定和顯示，配合強大的配方功能，使得用戶更加方便快捷讀取和保存生產配方，使用戶更加方便的操作整條生產線。

5.2曲線畫面

曲線畫面中包括速度曲線和溫度曲線。速度曲線可以幫助用戶觀察整條生產系統(tǒng)的運行情況，可以通過曲線來改變牽伸倍數(shù)，滿足工藝的需求。

溫度曲線為調試工藝溫度變化的曲線。當采樣溫度接近于設定溫度的時候，PID功能塊開始運行，通過曲線的變化，可以讓用戶清楚知道單位時間內溫度的整體差異為多少，通過曲線表的變化來調整比例系數(shù)、積分時間、采樣時間，以達到完美的工藝溫度需求。

5.3報警畫面

報警畫面中包含了整機的所有報警信息，當有故障或警告到達時，會自動跳入報警畫面，報警畫面中顯示出當前的報警信息，可以使用戶快速的查找出報警的原因和報警的地方，使用戶維護系統(tǒng)更加方便。

6 遠程維護

系統(tǒng)具備完善的遠程控制系統(tǒng)，基于SIMATIC S7-400、ET200M和WinCC/PCS7系統(tǒng) ，支持遠程診斷、短消息功能，通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程監(jiān)控與維護，有效地減少了維護工程師到現(xiàn)場的時間和維護費用，同時也為客戶提供更為快捷的服務，減少客戶的損失。

7 結束語

日產200噸滌綸短纖維后處理聯(lián)合機控制系統(tǒng)的研發(fā)成功，打破國外公司對國內市場的壟斷，也將極大地縮短我國滌綸短纖設備同國際先進水平的差距。從經濟和社會效益角度來說，該項目的成功，不僅會極大地提高國產設備的競爭力、促進國產裝備的技術升級，同時也可以促進化纖行業(yè)的技術進步、壓低進口設備的價格，使我國的纖維生產企業(yè)獲利。

【1】西門子高性能多機傳動變頻選型指南；

【2】西門子可編程自動化控制器產品簡介；

【3】紡機內部參考資料；