日产200吨 涤纶后处理数字化控制系统简析

恒天重工股份有限公司 魏威/文

日产200吨 涤纶后处理数字化控制系统简析

恒天重工股份有限公司 魏威/文

本文主要介绍了涤纶短纤后处理数字化控制系统。该系统由多单元变频同步调速，PLC控制，上位机集中管理，自动化、智能化程度高。系统具备网络通讯接口，方便用户信息化工厂管理，并可实现远程诊断和控制功能，使联合机自动化控制水平接近国外设备先进水平。

工控机 PROFIBUS 网络技术 多单元同步

1 前言

日产200吨涤纶短纤维后处理联合机代表着涤纶短纤行业最高技术水平，是涤纶短纤领域的制高点。

后处理设备由集束、牵伸、紧张热定型、叠丝、卷曲、松弛热定型等工序组成，设备上联合机采用一水一汽两段牵伸工艺，牵伸效果稳定，易于控制；牵伸机箱体内传动齿轮、牵伸辊轴关键部位采用喷丸或滚压强化处理工艺，可有效提升设备可靠性。紧张热定型机配置多级蒸汽闪蒸系统，可有效节约能源；辊筒采用新型夹套式结构，使表面温度更加均匀一致，提升了纤维品质；新型三辊两层叠丝方式的采用，可有效减少牵伸线辊筒长度，提高了设备的承载能力。

电气上控制系统采用计算机技术、通讯技术、网络技术、变频调速技术、PLC控制技术、传感技术等实现纺丝及后处理生产线多工序的连续自动控制和全流程工艺参数实时监控。具有参数的设定、修改、故障显示，信息采集与处理，工艺方案的存储及文件管理等功能，构成完整的FCS系统。信息技术的应用可以使成套设备实现多品种柔性化生产，保证机器在高速、高产、优质、低耗状态下稳定连续运行，减少用工，提高生产效率和产品质量，降低生产成本。

2 电气控制系统及主要特点

2.1控制系统配置（如图1）

该系统由三级控制系统和二层通讯网络构成，采用计算机为管理级，用以监控联合机生产线的生产过程，对整机工艺参数、故障以及所有的工艺曲线进行调整或显示，控制级由S7-400PLC作为主控制器。以ET200M分布式I/ O，作为分布式从站。驱动部分采用控制单元CU320+电源模块+电机模块的多单元共直流母线变频调速技术。现场配置功能强大的人机操作界面，计算机与主控制器通过以太网相连。控制级与数字传动系统之间采用国际标准的现场总线-Profibus DP网络进行数据通讯，同时能与前纺、松弛热定型、切断等设备及工厂信息管理系统进行连接。可实现远程诊断和维护服务。

2.2多单元变频调速系统（如图2）

多单元变频调速系统主驱动部分采用西门子公司的高精度的S120系列，保证了系统的高控制精度与可靠性，完成后纺部分的同步处理。其结构形式为电源模块和电机模块分开，一电源模块ALM将三相交流电整流成975V的直流电，将电机模块Inverter输入侧都连接到该DC BUS上，SINAMICS S120是集V/F控制、矢量控制、伺服控制为一体的多轴驱动系统，具有模块化的设计。各模块间（包括控制单元模块、电机模块、传感器模块和电机编码器等）通过高速驱动接口DRIVE-CLiQ相互连接。SINAMICS S120是一种高性能、高精度的驱动器。硬件上具有模块化的结构设计，安装、维护简单易行；强大的软件功能，使其适用于各种复杂应用的场合。既能做伺服控制，也能做矢量控制，能实现速度控制，转矩控制，位置控制多种控制方式，同时能满足运动控制的要求；可以拖动 Siemens 的所有低压电机，如异步（感应）电机还有同步电机。多种冷却方式，更使其能适用于各种场合和应用。

后处理部分具有功率大、同步精度要求高、安全防护功能要求高等特点。根据系统节能需求和驱动控制精度需要，系统抛弃了以往采用的6ES70系列变频器的驱动控制方案。采用了最新的高精度S120系列变频驱动方案。由于系统功率较大，且开车后并非所有逆变器都处于电动状态，故采用能量回馈式的整流单元。

3 工艺控制

系统中的温度、压力控制采用了PLC内部集成的系统功能块FB43和FB58 PID来调节，实现了对水浴、加热箱、水循环、松弛热定型机的温度PID调节控制以及对紧张热定型和闪蒸系统的压力PID调节，可满足生产工艺的要求。

4 张力对卷曲速度的附加控制

卷曲机张力的稳定性和控制精度对产品的质量影响较大，实际升头时，丝速情况较复杂，卷曲机丝速张力处于极

不稳定状态，此时张力信号对卷曲机进行补偿，卷曲机速度

加快便于快速升头。如果用PLC的程序完成张力控制难以保

证张力的稳定性和精度，通过执行专门设计的张力控制程序，

构成高效张力的闭环控制和调节系统，确保了卷曲段张力稳

定动态精度达到±2%。

5 上位机监控

系统通过WINCC监控软件完成对整条生产线的温度、速度、压力一系列的逻辑动作监控和显示。

5.1工艺画面

包括牵伸机的速度设定和显示，牵伸比的设定和显示，温度设定和显示，配合强大的配方功能，使得用户更加方便快捷读取和保存生产配方，使用户更加方便的操作整条生产线。

5.2曲线画面

曲线画面中包括速度曲线和温度曲线。速度曲线可以帮助用户观察整条生产系统的运行情况，可以通过曲线来改变牵伸倍数，满足工艺的需求。

温度曲线为调试工艺温度变化的曲线。当采样温度接近于设定温度的时候，PID功能块开始运行，通过曲线的变化，可以让用户清楚知道单位时间内温度的整体差异为多少，通过曲线表的变化来调整比例系数、积分时间、采样时间，以达到完美的工艺温度需求。

5.3报警画面

报警画面中包含了整机的所有报警信息，当有故障或警告到达时，会自动跳入报警画面，报警画面中显示出当前的报警信息，可以使用户快速的查找出报警的原因和报警的地方，使用户维护系统更加方便。

6 远程维护

系统具备完善的远程控制系统，基于SIMATIC S7-400、ET200M和WinCC/PCS7系统 ，支持远程诊断、短消息功能，通过互联网实现系统的远程监控与维护，有效地减少了维护工程师到现场的时间和维护费用，同时也为客户提供更为快捷的服务，减少客户的损失。

7 结束语

日产200吨涤纶短纤维后处理联合机控制系统的研发成功，打破国外公司对国内市场的垄断，也将极大地缩短我国涤纶短纤设备同国际先进水平的差距。从经济和社会效益角度来说，该项目的成功，不仅会极大地提高国产设备的竞争力、促进国产装备的技术升级，同时也可以促进化纤行业的技术进步、压低进口设备的价格，使我国的纤维生产企业获利。

【1】西门子高性能多机传动变频选型指南；

【2】西门子可编程自动化控制器产品简介；

【3】纺机内部参考资料；