1 引言 化纖生產(chǎn)是長(zhǎng)流程連續(xù)化生產(chǎn)，一般要求一年內(nèi)無(wú)故障連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8000h以上，即化纖設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性要求高于一般紡織機(jī)械設(shè)備。化纖一般分為人造纖維和合成纖維兩大類(lèi)。我國(guó)化纖以合成纖維為主，而合成纖維中又以滌綸纖維為重點(diǎn)發(fā)展，其生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大，年產(chǎn)3萬(wàn)噸至10萬(wàn)噸的滌綸短纖維生產(chǎn)設(shè)備已趨成熟。本文以年產(chǎn)3萬(wàn)噸滌綸短纖維生產(chǎn)設(shè)備為例。滌綸短纖維生產(chǎn)設(shè)備包括紡織聯(lián)合機(jī)和后處理聯(lián)合機(jī)。 紡絲聯(lián)合機(jī)包括紡絲機(jī)（主要有紡絲箱體、紡絲組件、紡絲泵、計(jì)量泵、冷卻吹風(fēng)和上油、聯(lián)苯加熱等），卷繞機(jī)（主要有上油、牽引機(jī)、喂入機(jī)等）和絲桶往復(fù)裝置（主要包括進(jìn)桶輸送、臺(tái)車(chē)、縱向和橫向運(yùn)動(dòng)裝置，絲束出捅輸送裝置等）。 后處理聯(lián)合機(jī)包括集束架、導(dǎo)絲機(jī)、浸油槽、一道牽伸機(jī)、水浴槽、二道牽伸機(jī)、蒸汽加熱管、緊張熱定型機(jī)、冷卻噴淋機(jī)、三道牽引機(jī)、疊絲機(jī)、三輥牽引機(jī)、張力架、蒸汽預(yù)熱槽、卷曲機(jī)、鋪絲機(jī)、輸送機(jī)、松弛熱定型機(jī)、曳引張力架、曳引機(jī)、切斷機(jī)和打包機(jī)等。 2 控制系統(tǒng) 滌綸短纖維生產(chǎn)設(shè)備的控制系統(tǒng)方框圖如圖1所示，系統(tǒng)采用工業(yè)計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)、PLC為各分系統(tǒng)的控制核心。各分系統(tǒng)的PLC與各變頻器、伺服控制器、現(xiàn)場(chǎng)I/O等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線（Profibus-DP）進(jìn)行通訊，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，而各分系統(tǒng)的PLC與操作員站和工程師站通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)（Industrial Ethernet）進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)車(chē)間級(jí)和廠級(jí)信息管控，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)管控一體化提供了條件。 圖1 滌綸短纖維生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)方框圖 2.1 紡絲聯(lián)合機(jī)控制 紡絲聯(lián)合機(jī)主要技術(shù)特征: 日產(chǎn)量:100t/d; 紡絲位數(shù):32或36位; 機(jī)械速度:500～1500m/min; 絲桶縱向速度:5～10m/min; 絲桶橫向速度:0.5～3.5m/min; 全機(jī)總功率460kW（其中傳動(dòng)功率160kW，聯(lián)合加熱300kW）。 控制系統(tǒng)方框圖如圖1，控制系統(tǒng)包括工程師站、操作員站、紡絲控制、卷繞喂入控制、絲桶往復(fù)控制分站。 圖2 紡絲控制系統(tǒng)方框圖 操作員站完成對(duì)生產(chǎn)流程畫(huà)面顯示，可對(duì)工藝參數(shù)，PID調(diào)節(jié)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、修改、記錄、查詢(xún)、打印以及報(bào)警信息的紀(jì)錄、查詢(xún)和打印等。 工程師站除具有操作員站主要功能外，還具有對(duì)多條生產(chǎn)線（如紡絲及后處理聯(lián)合機(jī)）的編程、組態(tài)、調(diào)試和修改等功能，還具有故障診斷功能。 操作員站和工程師站均由工控機(jī)實(shí)現(xiàn)。人機(jī)界面采用觸摸屏，可方便地在觸摸屏上設(shè)定紡絲工藝參數(shù)、運(yùn)行控制、工況顯示、故障報(bào)警顯示以及數(shù)據(jù)紀(jì)錄和查詢(xún)等紀(jì)錄。 （1） 紡絲機(jī)控制系統(tǒng)方框圖如圖2所示。紡絲PLC（1PLC）對(duì)32臺(tái)紡絲泵，1臺(tái)上油泵的變頻對(duì)調(diào)速，對(duì)4臺(tái)紡絲箱體溫度壓力進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)設(shè)有4個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O，通過(guò)人機(jī)界面實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的設(shè)定、修改、各有關(guān)數(shù)據(jù)采集，并控制上述設(shè)備的運(yùn)行。 （2） 卷繞喂入控制系統(tǒng)方框圖如圖3所示，卷繞PLC（2PLC）出控制1～6牽引輥、導(dǎo)絲輥、喂入輪、上油泵（輪）電機(jī)的調(diào)速外，還控制紡絲吹風(fēng)裝置，設(shè)有5個(gè)現(xiàn)場(chǎng)I/O，通過(guò)觸摸屏完成工藝參數(shù)的設(shè)定、修改和數(shù)據(jù)采集等。 圖3 卷繞喂入控制系統(tǒng)方框圖 牽引輥1至牽引輥6之間各輥在牽引絲束時(shí)可能出現(xiàn)發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，即倒拖現(xiàn)象，這將導(dǎo)致?tīng)恳炔环€(wěn)定。為此，采用共直流母線供電方式，將牽引輥1～6共6臺(tái)逆變器由1臺(tái)整流單元供電，即可保證處于發(fā)電運(yùn)行的電機(jī)所產(chǎn)生的回饋能量消耗在處于電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的電機(jī)中，這樣，負(fù)功率能量通過(guò)直流母線可自動(dòng)平衡，加之各逆變器端直流電壓并聯(lián)連接，濾波電容容量增大，因而，直流母線的電壓不致升高，牽伸比的穩(wěn)定得到保證。 （3） 盛絲桶往復(fù)裝置控制系統(tǒng)如圖4所示，絲桶往復(fù)PLC（3PLC）控制絲桶往復(fù)裝置的縱向、橫向伺服電機(jī)的精確傳動(dòng)，并通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)有關(guān)參數(shù)的設(shè)定、修改和采集，同時(shí)設(shè)有定長(zhǎng)裝置，對(duì)每桶絲的長(zhǎng)度進(jìn)行精確定長(zhǎng)，使各絲桶的尾絲浪費(fèi)降到最低。 圖4 絲桶往復(fù)裝置控制系統(tǒng)方框圖 直接紡的紡絲聯(lián)合機(jī)還應(yīng)包括熔體配管增壓泵PLC站（4PLC），該P(yáng)LC站主要是控制熔體配管的溫度和熔體壓力，增壓泵采用交流異步電機(jī)傳動(dòng)，選用矢量控制型變頻器精確調(diào)速，調(diào)控配管內(nèi)熔體壓力。 2.2 后處理聯(lián)合機(jī)控制 后處理聯(lián)合機(jī)包括牽伸段（從集束架到卷曲機(jī)）和切斷段, 另外，松弛熱定型機(jī)和打包機(jī)為單獨(dú)控制, 本文不作介紹。 圖5 牽伸段總線控制系統(tǒng)框圖 后處理聯(lián)合機(jī)控制系統(tǒng)方框圖如圖5，該聯(lián)合機(jī)主要技術(shù)特征為: 生產(chǎn)品種:1.5dtex×38mm棉型纖維; 0.88dtex×38mm細(xì)旦纖維; 線束:320dtex; 日產(chǎn)量:100t/d; 車(chē)速:250m/min; 引絲速度:30～60m/min; 牽伸比控制精度0.1%; 主傳動(dòng)電機(jī):導(dǎo)絲機(jī)7.5kW，一道牽伸機(jī)45kW，二道牽伸機(jī)160kW，三道牽伸機(jī)315kW，緊張熱定型機(jī)160kW，疊絲機(jī)15kW，卷曲機(jī)75kW，鋪絲機(jī)4.5kW，引機(jī)15kW，切斷機(jī)30kW，打包機(jī)75kW。 （1） 牽伸段控制系統(tǒng) 從導(dǎo)絲機(jī)到卷曲機(jī)，各單元分別由交流異步電動(dòng)傳動(dòng)，采用共直流母線的多單元同步調(diào)速控制，各單元機(jī)電機(jī)通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器檢測(cè)速度，并與相應(yīng)的逆變器構(gòu)成速度閉環(huán)控制，保證各單元機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到高精度（0.1%以上），如圖5，采用PLC（例如S7-400）作為總線系統(tǒng)的上位機(jī)（即主站），各逆變器為從站。主站PLC通過(guò)內(nèi)置的通訊口MPI與觸摸屏IP構(gòu)成MPI網(wǎng)，用于設(shè)定，修改各單元機(jī)的起動(dòng)時(shí)間、升降速時(shí)間、運(yùn)行速度、各牽伸比控制及停車(chē)、制動(dòng)時(shí)間、運(yùn)行速度、溫度等工藝參數(shù)。 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)I/O、遠(yuǎn)程I/O控制系統(tǒng)各單元（例如水浴、蒸汽加熱箱、卷曲預(yù)熱箱等）的溫度、液位、以及循環(huán)泵等輔機(jī)。 絲束牽伸力大，在牽伸過(guò)程，一道、二道牽伸機(jī)可能運(yùn)轉(zhuǎn)在發(fā)電狀態(tài)而出現(xiàn)速度失控，致使?fàn)可毂炔环€(wěn)定，采用共直流母線即可解決運(yùn)轉(zhuǎn)中牽伸比穩(wěn)定的問(wèn)題，在臨時(shí)停車(chē)時(shí)，仍需保持絲束張力，否則絲束將回縮。因而，要求所用變頻器具有零速伺服功能，即在停車(chē)過(guò)程，速度降至零速閾值以下時(shí)，變頻器應(yīng)自動(dòng)由速度控制模式切換到位置控制模式，類(lèi)似于電梯等位置控制。 SAJ變頻器能提供精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制，內(nèi)部高速光纖通訊，抗干擾能力強(qiáng)，支持Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線。圖5中L1～L7即為ACA逆變單元，從7.5kW～315kW，整流單元為800kW，B1～B7為旋轉(zhuǎn)編碼器，檢測(cè)從導(dǎo)絲機(jī)到卷曲機(jī)共7臺(tái)傳動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，該速度信號(hào)送相應(yīng)的逆變器，以控制各單元機(jī)在加、減速過(guò)程及穩(wěn)速運(yùn)行中均能?chē)?yán)格同步，保持各牽伸比恒定。 （2） 鋪絲、曳引機(jī)和切斷機(jī)控制系統(tǒng) 鋪絲機(jī)與卷曲機(jī)無(wú)嚴(yán)格同步要求，只須保持速度協(xié)調(diào)，可用位置開(kāi)關(guān)對(duì)鋪絲機(jī)速度進(jìn)行斷續(xù)調(diào)節(jié)。使之與卷曲機(jī)保持速度協(xié)調(diào)。 曳引機(jī)和切斷機(jī)均為變頻調(diào)速，其速度需同步，可以采用牽伸段控制方案，該變頻器作為從站，掛接到總線上，也可兩單元機(jī)組成一同步調(diào)速系統(tǒng)，兩單元之間通過(guò)同步調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)曳引機(jī)的運(yùn)行速度。 3 結(jié)束語(yǔ) 在長(zhǎng)流程的化纖生產(chǎn)線中，各部份的速度控制十分重要。采用PLC和變頻器、伺服控制器以及Profibus-DP，構(gòu)成總線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管控一體化，大大提高了生產(chǎn)效率，是化纖生產(chǎn)線的發(fā)展方向。