1 引言 化纖生產(chǎn)是長流程連續(xù)化生產(chǎn)，一般要求一年內(nèi)無故障連續(xù)運轉(zhuǎn)8000h以上，即化纖設(shè)備運轉(zhuǎn)的可靠性要求高于一般紡織機械設(shè)備?；w一般分為人造纖維和合成纖維兩大類。我國化纖以合成纖維為主，而合成纖維中又以滌綸纖維為重點發(fā)展，其生產(chǎn)規(guī)模越來越大，年產(chǎn)3萬噸至10萬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)合機和后處理聯(lián)合機。 紡絲聯(lián)合機包括紡絲機（主要有紡絲箱體、紡絲組件、紡絲泵、計量泵、冷卻吹風(fēng)和上油、聯(lián)苯加熱等），卷繞機（主要有上油、牽引機、喂入機等）和絲桶往復(fù)裝置（主要包括進桶輸送、臺車、縱向和橫向運動裝置，絲束出捅輸送裝置等）。 后處理聯(lián)合機包括集束架、導(dǎo)絲機、浸油槽、一道牽伸機、水浴槽、二道牽伸機、蒸汽加熱管、緊張熱定型機、冷卻噴淋機、三道牽引機、疊絲機、三輥牽引機、張力架、蒸汽預(yù)熱槽、卷曲機、鋪絲機、輸送機、松弛熱定型機、曳引張力架、曳引機、切斷機和打包機等。 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)計算機作為上位機、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I/O等通過現(xiàn)場總線（Profibus-DP）進行通訊，構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，而各分系統(tǒng)的PLC與操作員站和工程師站通過工業(yè)以太網(wǎng)（Industrial Ethernet）進行通訊，實現(xiàn)車間級和廠級信息管控，提供實時數(shù)據(jù)。為實現(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)合機控制 紡絲聯(lián)合機主要技術(shù)特征: 日產(chǎn)量:100t/d; 紡絲位數(shù):32或36位; 機械速度:500～1500m/min; 絲桶縱向速度:5～10m/min; 絲桶橫向速度:0.5～3.5m/min; 全機總功率460kW（其中傳動功率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 操作員站完成對生產(chǎn)流程畫面顯示，可對工藝參數(shù)，PID調(diào)節(jié)參數(shù)進行設(shè)定、修改、記錄、查詢、打印以及報警信息的紀錄、查詢和打印等。 工程師站除具有操作員站主要功能外，還具有對多條生產(chǎn)線（如紡絲及后處理聯(lián)合機）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實現(xiàn)。人機界面采用觸摸屏，可方便地在觸摸屏上設(shè)定紡絲工藝參數(shù)、運行控制、工況顯示、故障報警顯示以及數(shù)據(jù)紀錄和查詢等紀錄。 （1） 紡絲機控制系統(tǒng)方框圖如圖2所示。紡絲PLC（1PLC）對32臺紡絲泵，1臺上油泵的變頻對調(diào)速，對4臺紡絲箱體溫度壓力進行監(jiān)控，系統(tǒng)設(shè)有4個現(xiàn)場I/O，通過人機界面實現(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）電機的調(diào)速外，還控制紡絲吹風(fēng)裝置，設(shè)有5個現(xiàn)場I/O，通過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可能出現(xiàn)發(fā)電運行狀態(tài)，即倒拖現(xiàn)象，這將導(dǎo)致牽引比不穩(wěn)定。為此，采用共直流母線供電方式，將牽引輥1～6共6臺逆變器由1臺整流單元供電，即可保證處于發(fā)電運行的電機所產(chǎn)生的回饋能量消耗在處于電動狀態(tài)運行的電機中，這樣，負功率能量通過直流母線可自動平衡，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、橫向伺服電機的精確傳動，并通過觸摸屏實現(xiàn)有關(guān)參數(shù)的設(shè)定、修改和采集，同時設(shè)有定長裝置，對每桶絲的長度進行精確定長，使各絲桶的尾絲浪費降到最低。 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)合機還應(yīng)包括熔體配管增壓泵PLC站（4PLC），該PLC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傳動，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)合機控制 后處理聯(lián)合機包括牽伸段（從集束架到卷曲機）和切斷段, 另外，松弛熱定型機和打包機為單獨控制, 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)合機控制系統(tǒng)方框圖如圖5，該聯(lián)合機主要技術(shù)特征為: 生產(chǎn)品種:1.5dtex×38mm棉型纖維; 0.88dtex×38mm細旦纖維; 線束:320dtex; 日產(chǎn)量:100t/d; 車速:250m/min; 引絲速度:30～60m/min; 牽伸比控制精度0.1%; 主傳動電機:導(dǎo)絲機7.5kW，一道牽伸機45kW，二道牽伸機160kW，三道牽伸機315kW，緊張熱定型機160kW，疊絲機15kW，卷曲機75kW，鋪絲機4.5kW，引機15kW，切斷機30kW，打包機75kW。 （1） 牽伸段控制系統(tǒng) 從導(dǎo)絲機到卷曲機，各單元分別由交流異步電動傳動，采用共直流母線的多單元同步調(diào)速控制，各單元機電機通過旋轉(zhuǎn)編碼器檢測速度，并與相應(yīng)的逆變器構(gòu)成速度閉環(huán)控制，保證各單元機轉(zhuǎn)速達到高精度（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（即主站），各逆變器為從站。主站PLC通過內(nèi)置的通訊口MPI與觸摸屏IP構(gòu)成MPI網(wǎng)，用于設(shè)定，修改各單元機的起動時間、升降速時間、運行速度、各牽伸比控制及停車、制動時間、運行速度、溫度等工藝參數(shù)。 通過現(xiàn)場I/O、遠程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。 絲束牽伸力大，在牽伸過程，一道、二道牽伸機可能運轉(zhuǎn)在發(fā)電狀態(tài)而出現(xiàn)速度失控，致使牽伸比不穩(wěn)定，采用共直流母線即可解決運轉(zhuǎn)中牽伸比穩(wěn)定的問題，在臨時停車時，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，即在停車過程，速度降至零速閾值以下時，變頻器應(yīng)自動由速度控制模式切換到位置控制模式，類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，支持Profibus-DP現(xiàn)場總線。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，檢測從導(dǎo)絲機到卷曲機共7臺傳動電機的轉(zhuǎn)速，該速度信號送相應(yīng)的逆變器，以控制各單元機在加、減速過程及穩(wěn)速運行中均能嚴格同步，保持各牽伸比恒定。 （2） 鋪絲、曳引機和切斷機控制系統(tǒng) 鋪絲機與卷曲機無嚴格同步要求，只須保持速度協(xié)調(diào)，可用位置開關(guān)對鋪絲機速度進行斷續(xù)調(diào)節(jié)。使之與卷曲機保持速度協(xié)調(diào)。 曳引機和切斷機均為變頻調(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，也可兩單元機組成一同步調(diào)速系統(tǒng)，兩單元之間通過同步調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)曳引機的運行速度。 3 結(jié)束語 在長流程的化纖生產(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。