杜英杰

摘 要：本文主要介紹滌綸短纖后處理聯(lián)合機(jī)的電氣控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)采用多單元同步調(diào)速，PLC上位機(jī)控制，通信采用ProfibusDP、Profinet網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)傳輸、信息的交換，使生產(chǎn)過程自動化、操作可視化、管理遠(yuǎn)程化，實現(xiàn)高效節(jié)能、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和環(huán)保綠色的生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：滌綸短纖后處理;多單元同步;PLC;Profinet;工控機(jī)

中圖分類號：TQ342 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）07-0080-03

Abstract： This paper mainly introduced the electrical control system of polyester staple fiber post-processing combined machine. The control system adopts multi-unit synchronous speed regulation， PLC upper computer control， and ProfibusDP and Profinet network for communication to realize production data transmission and information exchange. Make its production process automation， operation visualization， remote management， to achieve high efficiency， energy saving， high yield， high quality and environmental protection green production.

Keywords： polyester staple fiber post-processing;multi-unit synchronization;PLC;Profinet;industrial computer

滌綸短纖后處理設(shè)備是將前紡形成的聚酯纖維束（原絲），經(jīng)過集束、水浴、牽伸、定型、卷曲、上油、烘干、切斷、打包等一系列加工處理，使之成為具有所需要強(qiáng)度、彈性的滌綸短纖維。其生產(chǎn)設(shè)備一般包括集束架、導(dǎo)絲機(jī)、浸浴槽、第一牽伸機(jī)、水浴牽伸槽、第二牽伸機(jī)、蒸汽加熱箱、第三牽伸機(jī)、緊張熱定型機(jī)、冷卻噴淋、疊絲機(jī)、卷曲預(yù)熱箱、卷曲機(jī)、輸送鋪絲機(jī)、松弛定型機(jī)、曳引張力機(jī)、切斷機(jī)和打包機(jī)。

1 滌綸短纖后處理聯(lián)合機(jī)電氣控制系統(tǒng)簡介

滌綸后處理生產(chǎn)線的傳動特點(diǎn)為大功率、多單元、恒張力。在交流變頻技術(shù)廣泛應(yīng)用之前，多采用直流電機(jī)+機(jī)械長邊軸+多減速機(jī)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)速精度低等。當(dāng)前的傳動采用多單元變頻傳動，選用大整流-直流母線-多逆變器共直流母線技術(shù)，解決了生產(chǎn)線設(shè)備大、單元多、牽伸段間張力恒定、牽伸機(jī)間絲束倒拖等問題。傳動單元主要由導(dǎo)絲機(jī)、第一牽伸機(jī)、第二牽伸機(jī)、緊張熱定型（I，II，III）、第三牽伸機(jī)、三棍牽引機(jī)和卷曲機(jī)構(gòu)成?？刂浦饕晒た貦C(jī)和PLC控制。其中，工控機(jī)實現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)對話功能，對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和監(jiān)視、完成網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、建立過程數(shù)據(jù)庫、建立流程畫面、編制各種報表、更改設(shè)計控制程序、對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和工藝參數(shù)設(shè)置及生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控;PLC擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)的信號處理、邏輯運(yùn)算、回路控制。PLC與上位機(jī)、操作員站、變頻器、現(xiàn)場I/O站通過現(xiàn)場總線連接在一起，實現(xiàn)彼此的信息交換[1]。

2 網(wǎng)絡(luò)通信功能實現(xiàn)情況

滌綸短纖后處理控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為四層：生產(chǎn)管理INTNET、上位機(jī)監(jiān)控PROFINET、現(xiàn)場控制層Profibus和設(shè)備層。滌綸短纖后處理控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

2.1 生產(chǎn)管理層

生產(chǎn)企業(yè)管理人員通過以太網(wǎng)將辦公電腦與生產(chǎn)線工控機(jī)相連，可以實時地了解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、工藝參數(shù)，并查閱歷史數(shù)據(jù)，對產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)測、統(tǒng)計和分析，為生產(chǎn)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)保證。

2.2 上位機(jī)監(jiān)控

上位機(jī)監(jiān)控可以實現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)對話功能，對生產(chǎn)過程、網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、過程數(shù)據(jù)庫、流程畫面、各種報表、設(shè)計控制程序、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)設(shè)置及生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行整體監(jiān)控。通過不同級別的密碼權(quán)限完成工藝參數(shù)輸入、存儲和修改及溫度參數(shù)的設(shè)定，實現(xiàn)生產(chǎn)過程中各設(shè)備參數(shù)監(jiān)控、故障的記錄，以及生產(chǎn)報表生成、存儲及打印等功能。通過以太網(wǎng)與上層連接，通過總線與下層控制器連接，為工廠的智能化管理提供條件[2]。

2.3 控制層

PLC擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)的信號處理、邏輯運(yùn)算、回路控制。PLC與上位機(jī)、操作員站、變頻器、現(xiàn)場I/O站通過現(xiàn)場總線連接在一起，實現(xiàn)彼此的信息交換。將分散運(yùn)動控制、速度控制、位置控制、過程控制、通信設(shè)備和集中操作與信息綜合管理結(jié)合在一起，對生產(chǎn)過程中的各項工藝參數(shù)及設(shè)備故障狀態(tài)實施過程監(jiān)控，把各設(shè)備的參數(shù)設(shè)定、控制指令傳送到各執(zhí)行裝置。實現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化控制，根據(jù)不同絲束品種的需要調(diào)整工藝條件，適宜生產(chǎn)不同模量、不同伸長、不同強(qiáng)度的滌綸短纖維。同時，更符合節(jié)約能源、減少排放、降低勞動力成本和維護(hù)所需的停機(jī)時間，從而確保始終如一的品質(zhì)和高效的生產(chǎn)率。完成浸油槽、水浴槽、蒸汽加熱箱、冷卻噴淋、閃蒸系統(tǒng)等設(shè)備的溫度、流量、壓力PID調(diào)節(jié)控制，對聯(lián)合機(jī)的繞輥、急停、蒸汽箱開蓋停噴、各電氣故障等設(shè)置可靠的連鎖功能。

2.4 設(shè)備層

設(shè)備層擔(dān)負(fù)著整個系統(tǒng)的信號采集、動作完成等任務(wù)。設(shè)備層（見圖2）主要包含各種檢測傳感器、儀表、電機(jī)、執(zhí)行器。設(shè)備層元件就近連接到現(xiàn)場I/O從站，從站與控制層主站通過Profibus DP或PROFINET總線完成電氣連接，實現(xiàn)現(xiàn)場操作及檢測信號就近連接，大大簡化了電氣至現(xiàn)場電纜敷設(shè)及施工，提高系統(tǒng)的可靠性，大幅度縮短信號傳送距離，從而減小信號受干擾程度[3]。

為滿足化纖行業(yè)對于可用性高、能源效率高、操作和維護(hù)簡便以及投資安全保障的要求，針對滌綸短纖生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，目前滌綸短纖設(shè)備主要應(yīng)用西門子全集成自動化TIA解決方案，選用最先進(jìn)的SINAMICS S120傳動產(chǎn)品，滿足滌綸生產(chǎn)線運(yùn)行速度和穩(wěn)定性等嚴(yán)苛的要求。選用SIMATIC家族中S7-400和STEP 7編程軟件，上位機(jī)使用SIMATIC WINCC組態(tài)軟件，生產(chǎn)過程的通訊采用Profibus或PROFINET網(wǎng)絡(luò)傳輸。

3 自適應(yīng)功能實現(xiàn)情況

滌綸短纖后處理生產(chǎn)傳動控制系統(tǒng)是一個控制點(diǎn)多、結(jié)構(gòu)非常龐大的系統(tǒng)，需要控制的部件包括導(dǎo)絲輥、牽伸機(jī)、卷曲機(jī)、鋪絲皮帶、輸送帶、張力輥和切斷機(jī)等。生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)控制系統(tǒng)是由集束、牽伸、卷曲、烘干、切斷、打包、輸送等連續(xù)復(fù)雜過程組成的多變量、多參數(shù)系統(tǒng)。由于影響傳動系統(tǒng)的因素很多，如張力、速度、電流、電壓等，因此，設(shè)置時需要考慮負(fù)載的不確定性。單元之間速度同步有很高的精度要求，否則會影響正常生產(chǎn)，有可能造成斷絲。S120是集V/F控制、矢量控制、伺服控制為一體的多軸驅(qū)動器，適應(yīng)高性能復(fù)雜多機(jī)傳動，具有模塊化的設(shè)計，具備傳動精度高、響應(yīng)速度快、生產(chǎn)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。

控制系統(tǒng)采用基于SIMATIC S7-400 PLC的PCS 7過程控制系統(tǒng)，配以具有極高處理速度、強(qiáng)大通訊性能的CPU。S7-400作為中央控制單元，利用PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線協(xié)議通信格式實現(xiàn)PLC與變頻器的通信功能，提高系統(tǒng)抗干擾能力并減少接線。采用穩(wěn)定可靠、帶有PROFIBUS-DP接口的MP277操作屏進(jìn)行現(xiàn)場操作，可以直接接入DP網(wǎng)絡(luò)中，滿足生產(chǎn)過程中對可用性高、能源效率高、操作和維護(hù)簡便以及投資安全保障的要求，減少不必要的能源消耗，減少斷絲的發(fā)生，減少生產(chǎn)停機(jī)情況，提高產(chǎn)能。

上位機(jī)系統(tǒng)采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，其中客戶機(jī)用于對現(xiàn)場控制設(shè)備的監(jiān)視和操作，服務(wù)器可完成生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)記錄與歸檔。操作員站、工程師站和自動化系統(tǒng)站與控制系統(tǒng)之間采用西門子PROFI NET，通信速率高，有效保證了海量數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)男枨?，在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的某一個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)會在0.3s內(nèi)重建通訊通道。控制系統(tǒng)猶如工廠中的“神經(jīng)中樞”，管理著生產(chǎn)過程中的每一個環(huán)節(jié)。而過程中配備的每一個自動化過程儀表，擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)采集等工作。

自動化過程儀表遍布在生產(chǎn)過程中，過程儀表在變溫控溫、流量監(jiān)測、過程控制中扮演著重要角色，利用更多的測量、自動化、控制和調(diào)節(jié)手段，集成的模塊化和擴(kuò)展性的執(zhí)行器、傳感器和控制器等所有自動化組件的無縫協(xié)同，必將成為企業(yè)的最佳選擇。

4 結(jié)語

鄭州紡機(jī)工程技術(shù)公司是世界上三大滌綸短纖設(shè)備制造商之一，滌綸短纖后處理聯(lián)合機(jī)經(jīng)過四十多年的演變，其生產(chǎn)能力不斷提高，生產(chǎn)工藝要求不斷更新，電氣控制系統(tǒng)一方面隨設(shè)備及工藝要求而更新，另一方面隨傳動技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在變化。隨著“中國制造2025”智能制造時代的到來，我國將不斷更新滌綸短纖設(shè)備控制系統(tǒng)，提高國產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)水平和競爭力，促進(jìn)化纖行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，使我國纖維生產(chǎn)企業(yè)獲利。

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