化纖長絲生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用研究

石占超

（北京中麗制機(jī)電氣有限公司 北京 101111）

化纖長絲是以天然高分子化合物或者人工合成高分子化合物為原料，采用先進(jìn)技術(shù)工藝制成具有紡織性能的人造纖維或合成纖維?；w長絲的生產(chǎn)和應(yīng)用，有效彌補(bǔ)了天然材料存在的欠缺，提升了紡織產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平，為人類社會生產(chǎn)生活提供了更高質(zhì)量的紡織材料支撐。在化纖長絲生產(chǎn)線中，設(shè)計(jì)并應(yīng)用合理的自動化控制系統(tǒng)，能夠提升系統(tǒng)運(yùn)行水平，在提升質(zhì)量控制水平的基礎(chǔ)上，減少人力資源投入，為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。

1 全集成自動化控制系統(tǒng)

1.1 自動化控制系統(tǒng)的概念

全集成自動化控制系統(tǒng)是在傳統(tǒng)自動化控制基礎(chǔ)上延伸出來的新型控制系統(tǒng)，其應(yīng)用模式是采用一個(gè)獨(dú)立的、全覆蓋的系統(tǒng)，替代原來多種系統(tǒng)綜合才能夠?qū)崿F(xiàn)的所有功能。全集成自動化控制系統(tǒng)的出現(xiàn)已經(jīng)有二十多年的歷史，其采用全局統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)組態(tài)和編程工具的統(tǒng)一、通訊的統(tǒng)一。由于其所具有的特征，使其在工業(yè)生產(chǎn)方面的應(yīng)用不斷加強(qiáng)，為提升工業(yè)生產(chǎn)效率奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2 自動化控制系統(tǒng)的應(yīng)用特征

全集成自動化控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，具有統(tǒng)一性、開放性和系統(tǒng)性等方面的特征，能夠被廣泛應(yīng)用于多種不同的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域[1]。統(tǒng)一性是指在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，數(shù)據(jù)管理，編程、組態(tài)，通訊等各個(gè)層面都是進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)和運(yùn)行，所有的數(shù)據(jù)信息都存儲于一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，并且只需要輸入一次就可以達(dá)到多次使用的目的。這不僅有效減少了數(shù)據(jù)的重復(fù)輸入，還提升了系統(tǒng)運(yùn)行的準(zhǔn)確性。開放性是指設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的現(xiàn)場設(shè)備和辦公系統(tǒng)都能夠納入到自動化控制系統(tǒng)中，并且以標(biāo)準(zhǔn)化格式對新型設(shè)備進(jìn)行開放。系統(tǒng)性是指控制系統(tǒng)的各個(gè)組成部分都是協(xié)調(diào)運(yùn)行的，系統(tǒng)安裝、調(diào)試、運(yùn)行和維護(hù)的各個(gè)流程都是相互關(guān)聯(lián)、相互影響的。

2 改造案例說明

某化纖企業(yè)現(xiàn)有工藝流程運(yùn)行體系如下所述：將滌綸長絲經(jīng)加彈機(jī)拉絲，以滾動氈過高抗靜電油表面進(jìn)行防靜電處理，在加彈操作流程中，輔以空壓機(jī)配合，在水循環(huán)冷卻作用后，經(jīng)繞卷和包裝，將成品入庫?，F(xiàn)有生產(chǎn)線運(yùn)行體系中，采用集中傳動模式，不僅技術(shù)控制難度較大，而且在生產(chǎn)過程中噪音污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重，在生產(chǎn)線出現(xiàn)故障時(shí)，需要全面排查，運(yùn)行效率低下，經(jīng)濟(jì)效益難以有效提升。本設(shè)計(jì)基于新型自動化控制技術(shù)進(jìn)行改造，以提升生產(chǎn)線自動化控制水平，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

在本設(shè)計(jì)和改造案例中，原有化纖長絲生產(chǎn)線的傳動方式為集中傳動，在集中傳動變頻器的統(tǒng)一控制下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的啟停和檢修運(yùn)維。這種模式不僅控制效率低下，而且在某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題時(shí)，需要對整條生產(chǎn)線進(jìn)行停運(yùn)處理，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。在集中自動化控制理念下，改變原有的集中傳動方式，對每個(gè)單位進(jìn)行單獨(dú)傳動控制。在采用集成控制系統(tǒng)時(shí)，將會取消原有的控制柜并且對控制邏輯進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)新型控制功能。調(diào)整之后的控制系統(tǒng)由PLC 控制系統(tǒng)及變頻調(diào)速系統(tǒng)組成，二者之間通過啟停、運(yùn)行、故障和頻率調(diào)整等信息交互，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制功能[2]。

3.2 平臺說明

本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用的是西門子公司開發(fā)的SIMATIC WinAC 平臺，其能夠?qū)LC 與PC 之間形成較好的集成，改變傳統(tǒng)PLC 程序開放性差、開發(fā)周期長、升級不變等問題，借助各種擴(kuò)展設(shè)備，選擇更為合適的軟件和硬件。在最新的WinAC 平臺上，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化操作，多功能控制、可視化操作以及內(nèi)部計(jì)算等多種功能，并且為后續(xù)升級提供基礎(chǔ)。

3.3 硬件環(huán)境

本系統(tǒng)構(gòu)建需要的硬件設(shè)備包括SIMATIC 機(jī)架式工業(yè)PC；集成CP 卡和獨(dú)立CP 卡；操作面板；總路線電纜；中繼器和通訊卡。

3.4 軟件環(huán)境

軟件運(yùn)行環(huán)境是以Windows NT Workstation4.0 輔以最新版本的Service Pack 安裝包；Step 和Service Pack 軟件包；DV 和WinAC 操作平臺；中文轉(zhuǎn)換安裝包。其中WinAC 平臺能夠通過總線控制構(gòu)成新型操作系統(tǒng)，在運(yùn)行中無需再次進(jìn)行程序編寫，只需要對對應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，完成電纜接配之后，就可以實(shí)現(xiàn)操作。

3.5 變頻器

變頻器是化纖長絲生產(chǎn)線自動化控制系統(tǒng)構(gòu)建和改造的重要組成部分，變頻器選用主要考慮的參數(shù)是頻率精度[3]。通常情形下，頻率范圍精度至少應(yīng)控制在0.001Hz 內(nèi)，并且頻寬幅要達(dá)到0～600Hz，以此才能夠滿足高速紡絲產(chǎn)品的要求。在本設(shè)計(jì)中，選用的是整流單元輔以逆變器的直流母線系統(tǒng)，各逆變器設(shè)備通過直流母線進(jìn)行連通，以此能夠有效解決原有系統(tǒng)中槽輥擺頻因素所帶來的能量回饋問題。通過變頻器的擺頻功能，能夠?qū)⒍嘤嗟哪芰课杖腙P(guān)聯(lián)的逆變器中，并且能夠利用通訊端口訪問對應(yīng)參數(shù)。油劑泵變頻器的選擇對生產(chǎn)線工作效率具有直接影響，選用單相220v 輸入—三相220v 輸出的變頻器，并在輸出端加裝正弦波濾波器，能夠?qū)⑤敵霾ㄐ握{(diào)整為全正弦波形式，以此能夠達(dá)到消除諧波電流、避免電機(jī)升溫過高的目的，并有效提升電機(jī)設(shè)備的使用壽命。對于大多數(shù)化纖長絲生產(chǎn)線的自動化系統(tǒng)改造而言，變頻器數(shù)量都會超過32 個(gè)，因此必須根據(jù)具體情形加裝對應(yīng)數(shù)量的通訊中繼器，以確保通訊效果滿足生產(chǎn)線運(yùn)行的基本要求。

3.6 遠(yuǎn)程輸入輸出模塊

在本設(shè)計(jì)方案中，選用的遠(yuǎn)程輸入輸出模塊型號為ET200，將生產(chǎn)車間和生產(chǎn)線的按鈕和指示燈等開關(guān)量，與中控系統(tǒng)傳輸?shù)臓顟B(tài)量直接輸入至對應(yīng)模塊中，基于總線控制模式連接至PLC系統(tǒng)，能夠減少電纜使用量，降低現(xiàn)場布線的復(fù)雜程度。并且由于本模塊體積較小，能夠有效節(jié)省原控制柜拆除之后的空間，提升現(xiàn)場生產(chǎn)空間布局水平[4]。

3.7 人機(jī)界面

人機(jī)界面主要是采用觸摸屏進(jìn)行控制，在本設(shè)計(jì)所選用的觸摸屏界面上，能夠通過對工藝參數(shù)的直接輸入和修改，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行調(diào)整。并且在交互界面中，還具有相應(yīng)的報(bào)警功能，在生產(chǎn)線出現(xiàn)運(yùn)行故障的情形下，報(bào)警界面能夠基于信息接收將故障位號和代碼自動彈出，并且技術(shù)人員能夠通過對應(yīng)的操作查找最近幾次故障原因，為后續(xù)故障處理提供參考。在人機(jī)交互界面中，還能夠設(shè)置安全操作級別控制，只有對應(yīng)的技術(shù)人員能夠完成參數(shù)查看和修改，確保生產(chǎn)線的運(yùn)行安全。

4 結(jié)束語

化纖長絲生產(chǎn)線是我國化纖企業(yè)的重要基礎(chǔ)，生產(chǎn)線的自動化運(yùn)行水平對生產(chǎn)效率和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有直接性影響。隨著自動化控制技術(shù)應(yīng)用水平的提升，技術(shù)改造需求也不斷提升。但是就目前實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r而言，在自動化控制技術(shù)方面的研究還較為滯后，對國外先進(jìn)技術(shù)具有較高的依賴性，在人工智能技術(shù)研究水平不斷提升的背景下，在未來發(fā)展中，自動化技術(shù)控制水平也將不斷提升，為相關(guān)企業(yè)技術(shù)改造奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。