3.2米纺粘生产线的电气控制系统

郝丽霞

（中国纺织科学技术有限公司，中国 北京100176）

0 前言

非织造布技术从诞生到现在，发展非常迅速，而其中纺粘法非织造布是近年发展较快的新技术，目前采用较为广泛的为熔融纺丝成网法，该技术的工艺流程包括：聚合物切片喂入——螺杆熔融挤压——熔体过滤——熔体计量纺丝——冷却牵伸——分丝铺网——热轧定型——卷绕成型等。

在这个过程中，电气控制系统主要包括：熔融挤压系统的温度控制；纺丝系统的压力控制；空调系统的温度、湿度、风量的控制；冷却牵伸系统中风压，风速的控制；以及分丝铺网及纤网加固系统的速度匹配控制等。

幅宽3.2米纺粘生产线为目前国内主流纺粘法生产线，3.2米SSS（纺粘-纺粘-纺粘）纺粘生产线由三套纺粘装置和一套铺网热定型装置构成，可生产单组分，双组分，三组分的纺粘产品。该生产线工艺采用熔融纺丝成网法，电气控制系统采用基于西门子Profibus-DP总线的控制系统。

1 控制系统

本系统采用开放式的PROFIBU-DP总线控制系统，各点的控制功能由现场智能仪表完成，大量的现场数据信息由一根PROFIBUS通讯电缆传送到控制室的PLC总站上，由工控机作为上位机监视各个现场仪表的运行状态、进行数据显示、保存上传数据，以及对现场仪表的高级控制功能。基于总线系统的灵活开放性，数字信号传输的抗干扰性，一根通讯电缆代替大量的传统的模拟量信号电缆的这些特点，使整个电气控制系统在安装、维护方面节约了大量的投资维护费用，电气系统的可靠性也得到很大提高。

在整个电气系统中，我们采用西门子PROFIBUS-DP现场总线技术，PLC采用西门子S7-300系列，上位机采用研华工控机，以及远程I/O工作站、温控模块、压力控制器等组成整个电气系统。其中，PLC及远程I/O站的数字量输入、输出，模拟量输入、输出供近200个点，而由PLC、上位机、远程I/O站、变频器、温控模块、压力控制器等组成的PROFIBUS-DP现场总线上的站点也达40个点。

在硬件选型上，PLC由西门子S7-300系列组成，其中在PLC选型中：CPU选用CPU-315-2DP模块；数字量输入模块选用SM321/16点DC24V模块；数字量输出选用SM322/16点DC24V模块；模拟量输入选用SM331/8点输入模块；模拟量输出选用SM332/8点输出模块；由于受S7-300机架的制约，本PLC系统共选用两排机架，通过接口模块IM365将S7-300的背板总线连接到下一个机架，通过这种方式对PLC进行了扩展；由于在本控制系统中，S7-300是作为PROFIBUS-DP总线系统的主站存在的，由于受从站数量的限制，即当从站数量超过31个时，必须加中继等，才能进行下一个站点的连接，在这里我们选用CP-342-5通信模块作为PROFIBUS另一个主站，对超过31个从站的其它从站进行连接，该通信模块安装于PLC的安装卡规上，通过背板总线同CPU连接。

在纺粘生产线中，现场操作台同控制室空间距离一般较远，少则20米，远的可达4、50米，而操作台中按钮、指示灯等元器件作为控制室PLC的输入输出点存在的，在以往的电气设计中，往往通过若干根电缆进行电气的连接，增加了项目投资，也增多了现场电气安装时间。在本设计中，我们根据PROFIBUS-DP总线系统的特点，在操作台处设立一个远程I/O站，作为总线系统的从站存在，操作台的数据信息通过一根PROFIBUS通信电缆同控制室的PLC联系起来，节约了投资成本和安装成本。远程I/O站我们选用了西门子SIMATIC ET-200S系列产品，该产品特点是占用安装空间小，扩展能力强，支持PROFIBUS通讯协议，以及具有多种模块类型。

PROFIBUS是一种开放式的总线系统，支持其它厂商的产品作为从站挂在此总线上。在SSS纺粘生产线控制系统中，作为动力驱动用的变频器采用西门子MICROMASTER 440、430系列产品，通过安装于变频器中的PROFIBUS通讯模块及总线连接器，用一根通信电缆把若干个变频器串联在一起，并连接于总线系统上。操作台的远程I/O站也通过接口模块直接挂在PROFIBUS总线上。鉴于PROFIBUS的开放性，在温度控制系统中，我们选用了台达的温控模块，该模块也可通过PROFIBUS通讯模块直接挂在总线上，在上位机上设定和显示温度数据。其它配套厂家生产的热轧机及卷绕机等单机系统，也可作为一个PROFIBUS的从站，通过PLC主站，对数据进行采集、显示等。这样的总线结构，实现了彻底的分散控制，各现场级的控制由智能仪表完成，而通过一根双绞线的通讯电缆，把各智能仪表、变频器、远程I/O站等连接到PLC上，通过数字化通讯进行数据的采集、监控等。

2 温度控制系统

在纺粘生产线的各个控制系统中，螺杆、熔体管道、模头部件等均采用电加热方式进行物料的升温，温度控制系统控制点数多，在整个电气控制系统中，温控点可达100多个，它的运行好坏直接影响工艺参数，影响产品质量，因此温度控制在整个电气设计中是一个需要引起相当重视的一个环节。

在温控系统中，温度控制器采用台达的DTE系列温控器，该温控器为一多通道模组式温度控制器，最多可支援六组铂金测温电阻输入，各通道控制器可同时独立运作，并提供多种输出模组的系列温控模块，该模块可通过RTU通讯模块连接到PROFIBUS总线上。温度控制采用闭环控制方式，由现场的铂热电阻Pt100测得实际温度值，输送到温控模块中，同设定值进行比较后，由控制器输出一个控制信号，控制主回路的固态继电器通断。在这里我们可以看出，实际参与温度控制的是温控模块，而通过PROFIBUS总线，可将实际温度值采集并显示在上位机上，而操作人员也可在上位机上设定理想工艺温度值，从而反输送给温控模块，实现双向数据通讯。

而在温度控制的主回路中，针对小功率的负载，我们一般选用固态继电器进行控制。主回路的元器件依次是熔断器、电流互感器-电流表、固态继电器、加热棒。温控模块通过对设定值、实际值进行比较，运用内部算法，输出一个高频通断信号给固态继电器的触发端，从而通过固态继电器的通断来控制加热棒的加热时间，来精确控制温度，使温度控制在工艺参数允许范围内。

3 压力控制系统

在纺粘生产线中，压力控制是工艺要求非常高的一个控制系统，纺丝系统的压力控制更是工艺的核心技术。

纺丝系统由螺杆挤压机以及纺丝计量泵所组成，以纺丝泵的转速为基准，螺杆挤压机能自动跟随纺丝泵的转速（排出量）的变化而变化，保持供需流量的平衡。纺丝计量泵转速的变化将导致泵前压力变化，转速升高，压力降低；反之转速降低，压力升高。除了泵前压力外，泵后压力的变化也会对纺丝泵的工作产生不利的影响，泵后压力变化主要是由纺丝组件被堵塞，阻力增大引起的，泵后压力过大，会造成纺丝泵内部泄露增加。

在压力控制系统中，我们把泵前压力作为参与控制的压力信号，而泵后压力只作为显示报警用压力信号，不参与螺杆电机和计量泵电机的转速控制。

压力控制方式也采用闭环控制方式。现场的压力检测仪表压力传感器把压力信号直接连接至压力控制表中，压力控制表通过操作人员在表头设定的压力值，同实际值进行比较后，通过PID进行算法调节，输出一个0～10V的电压信号给螺杆电机的变频器，从而控制螺杆的转速，来保证计量泵泵前压力恒定，使挤出的物料均衡，保证产品质量。同时，压力控制器输出一个4～20mA的模拟量信号直接连接至PLC的模拟量输入端，进行压力信号的显示。而控制螺杆电机、计量泵电机转速的变频器也通过PROFIBUS总线连接至PLC，从而在上位机上进行速度等的显示。

4 结束语

在整个控制系统中，其他例如：牵伸系统的风压、风速控制系统，成网、热轧、卷绕系统的速度匹配及同步控制系统，等等，均有其特点。不管哪个控制系统，在设计中，不仅要考虑其自身的控制特点，而且也要有全局的设计理念，即也要考虑如何把单个系统连接到整个控制系统中。

在SSS纺粘生产线控制系统中，我们采用了PROFIBUS-DP总线控制系统，并且根据它的特点，对整个控制系统进行了组态。该系统在前期投资中节约了成本，减少了施工的工作量，在后期的运行中，电气系统稳定，是一个可借鉴及推广的整体电气控制方案。

［1］西门子（中国）有限公司.自动化产品样本[Z].2009，07.

［2］西门子（中国）有限公司.S7-300模块数据[Z].2007，02.

［3］台达电子工业股份有限公司.DT温度控制器[Z].