化纖長絲生產線自動化控制系統的設計應用研究

石占超

（北京中麗制機電氣有限公司 北京 101111）

化纖長絲是以天然高分子化合物或者人工合成高分子化合物為原料，采用先進技術工藝制成具有紡織性能的人造纖維或合成纖維。化纖長絲的生產和應用，有效彌補了天然材料存在的欠缺，提升了紡織產業發展水平，為人類社會生產生活提供了更高質量的紡織材料支撐。在化纖長絲生產線中，設計并應用合理的自動化控制系統，能夠提升系統運行水平，在提升質量控制水平的基礎上，減少人力資源投入，為企業創造更多的經濟效益。

1 全集成自動化控制系統

1.1 自動化控制系統的概念

全集成自動化控制系統是在傳統自動化控制基礎上延伸出來的新型控制系統，其應用模式是采用一個獨立的、全覆蓋的系統，替代原來多種系統綜合才能夠實現的所有功能。全集成自動化控制系統的出現已經有二十多年的歷史，其采用全局統一的數據庫，統一的數據管理機制，實現組態和編程工具的統一、通訊的統一。由于其所具有的特征，使其在工業生產方面的應用不斷加強，為提升工業生產效率奠定了堅實的基礎。

1.2 自動化控制系統的應用特征

全集成自動化控制系統在實際應用中，具有統一性、開放性和系統性等方面的特征，能夠被廣泛應用于多種不同的工業生產領域[1]。統一性是指在系統設計和運行中，數據管理，編程、組態，通訊等各個層面都是進行統一設計和運行，所有的數據信息都存儲于一個數據庫中，并且只需要輸入一次就可以達到多次使用的目的。這不僅有效減少了數據的重復輸入，還提升了系統運行的準確性。開放性是指設計范圍內的現場設備和辦公系統都能夠納入到自動化控制系統中，并且以標準化格式對新型設備進行開放。系統性是指控制系統的各個組成部分都是協調運行的，系統安裝、調試、運行和維護的各個流程都是相互關聯、相互影響的。

2 改造案例說明

某化纖企業現有工藝流程運行體系如下所述：將滌綸長絲經加彈機拉絲，以滾動氈過高抗靜電油表面進行防靜電處理，在加彈操作流程中，輔以空壓機配合，在水循環冷卻作用后，經繞卷和包裝，將成品入庫。現有生產線運行體系中，采用集中傳動模式，不僅技術控制難度較大，而且在生產過程中噪音污染現象較為嚴重，在生產線出現故障時，需要全面排查，運行效率低下，經濟效益難以有效提升。本設計基于新型自動化控制技術進行改造，以提升生產線自動化控制水平，提升企業經濟效益。

3 系統設計

3.1 系統設計思路

在本設計和改造案例中，原有化纖長絲生產線的傳動方式為集中傳動，在集中傳動變頻器的統一控制下，實現生產線的啟停和檢修運維。這種模式不僅控制效率低下，而且在某一環節出現問題時，需要對整條生產線進行停運處理，造成較大的經濟損失。在集中自動化控制理念下，改變原有的集中傳動方式，對每個單位進行單獨傳動控制。在采用集成控制系統時，將會取消原有的控制柜并且對控制邏輯進行調整，以實現新型控制功能。調整之后的控制系統由PLC 控制系統及變頻調速系統組成，二者之間通過啟停、運行、故障和頻率調整等信息交互，實現實時控制功能[2]。

3.2 平臺說明

本系統在設計中采用的是西門子公司開發的SIMATIC WinAC 平臺，其能夠將PLC 與PC 之間形成較好的集成，改變傳統PLC 程序開放性差、開發周期長、升級不變等問題，借助各種擴展設備，選擇更為合適的軟件和硬件。在最新的WinAC 平臺上，能夠實現網絡化操作，多功能控制、可視化操作以及內部計算等多種功能，并且為后續升級提供基礎。

3.3 硬件環境

本系統構建需要的硬件設備包括SIMATIC 機架式工業PC；集成CP 卡和獨立CP 卡；操作面板；總路線電纜；中繼器和通訊卡。

3.4 軟件環境

軟件運行環境是以Windows NT Workstation4.0 輔以最新版本的Service Pack 安裝包；Step 和Service Pack 軟件包；DV 和WinAC 操作平臺；中文轉換安裝包。其中WinAC 平臺能夠通過總線控制構成新型操作系統，在運行中無需再次進行程序編寫，只需要對對應的參數進行設置，完成電纜接配之后，就可以實現操作。

3.5 變頻器

變頻器是化纖長絲生產線自動化控制系統構建和改造的重要組成部分，變頻器選用主要考慮的參數是頻率精度[3]。通常情形下，頻率范圍精度至少應控制在0.001Hz 內，并且頻寬幅要達到0～600Hz，以此才能夠滿足高速紡絲產品的要求。在本設計中，選用的是整流單元輔以逆變器的直流母線系統，各逆變器設備通過直流母線進行連通，以此能夠有效解決原有系統中槽輥擺頻因素所帶來的能量回饋問題。通過變頻器的擺頻功能，能夠將多余的能量吸收入關聯的逆變器中，并且能夠利用通訊端口訪問對應參數。油劑泵變頻器的選擇對生產線工作效率具有直接影響，選用單相220v 輸入—三相220v 輸出的變頻器，并在輸出端加裝正弦波濾波器，能夠將輸出波形調整為全正弦波形式，以此能夠達到消除諧波電流、避免電機升溫過高的目的，并有效提升電機設備的使用壽命。對于大多數化纖長絲生產線的自動化系統改造而言，變頻器數量都會超過32 個，因此必須根據具體情形加裝對應數量的通訊中繼器，以確保通訊效果滿足生產線運行的基本要求。

3.6 遠程輸入輸出模塊

在本設計方案中，選用的遠程輸入輸出模塊型號為ET200，將生產車間和生產線的按鈕和指示燈等開關量，與中控系統傳輸的狀態量直接輸入至對應模塊中，基于總線控制模式連接至PLC系統，能夠減少電纜使用量，降低現場布線的復雜程度。并且由于本模塊體積較小，能夠有效節省原控制柜拆除之后的空間，提升現場生產空間布局水平[4]。

3.7 人機界面

人機界面主要是采用觸摸屏進行控制，在本設計所選用的觸摸屏界面上，能夠通過對工藝參數的直接輸入和修改，對生產工藝進行調整。并且在交互界面中，還具有相應的報警功能，在生產線出現運行故障的情形下，報警界面能夠基于信息接收將故障位號和代碼自動彈出，并且技術人員能夠通過對應的操作查找最近幾次故障原因，為后續故障處理提供參考。在人機交互界面中，還能夠設置安全操作級別控制，只有對應的技術人員能夠完成參數查看和修改，確保生產線的運行安全。

4 結束語

化纖長絲生產線是我國化纖企業的重要基礎，生產線的自動化運行水平對生產效率和企業經濟效益具有直接性影響。隨著自動化控制技術應用水平的提升，技術改造需求也不斷提升。但是就目前實際發展狀況而言，在自動化控制技術方面的研究還較為滯后，對國外先進技術具有較高的依賴性，在人工智能技術研究水平不斷提升的背景下，在未來發展中，自動化技術控制水平也將不斷提升，為相關企業技術改造奠定堅實的基礎。