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)。
紡織聯(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、打印以及報(bào)警信息的紀(jì)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(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。
