恒天重工股份有限公司 魏威/文
日產(chǎn)200噸 滌綸后處理數(shù)字化控制系統(tǒng)簡析
恒天重工股份有限公司 魏威/文
本文主要介紹了滌綸短纖后處理數(shù)字化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由多單元變頻同步調(diào)速,PLC控制,上位機集中管理,自動化、智能化程度高。系統(tǒng)具備網(wǎng)絡(luò)通訊接口,方便用戶信息化工廠管理,并可實現(xiàn)遠程診斷和控制功能,使聯(lián)合機自動化控制水平接近國外設(shè)備先進水平。
工控機 PROFIBUS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 多單元同步
日產(chǎn)200噸滌綸短纖維后處理聯(lián)合機代表著滌綸短纖行業(yè)最高技術(shù)水平,是滌綸短纖領(lǐng)域的制高點。
后處理設(shè)備由集束、牽伸、緊張熱定型、疊絲、卷曲、松弛熱定型等工序組成,設(shè)備上聯(lián)合機采用一水一汽兩段牽伸工藝,牽伸效果穩(wěn)定,易于控制;牽伸機箱體內(nèi)傳動齒輪、牽伸輥軸關(guān)鍵部位采用噴丸或滾壓強化處理工藝,可有效提升設(shè)備可靠性。緊張熱定型機配置多級蒸汽閃蒸系統(tǒng),可有效節(jié)約能源;輥筒采用新型夾套式結(jié)構(gòu),使表面溫度更加均勻一致,提升了纖維品質(zhì);新型三輥兩層疊絲方式的采用,可有效減少牽伸線輥筒長度,提高了設(shè)備的承載能力。
電氣上控制系統(tǒng)采用計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、變頻調(diào)速技術(shù)、PLC控制技術(shù)、傳感技術(shù)等實現(xiàn)紡絲及后處理生產(chǎn)線多工序的連續(xù)自動控制和全流程工藝參數(shù)實時監(jiān)控。具有參數(shù)的設(shè)定、修改、故障顯示,信息采集與處理,工藝方案的存儲及文件管理等功能,構(gòu)成完整的FCS系統(tǒng)。信息技術(shù)的應(yīng)用可以使成套設(shè)備實現(xiàn)多品種柔性化生產(chǎn),保證機器在高速、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗狀態(tài)下穩(wěn)定連續(xù)運行,減少用工,提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,降低生產(chǎn)成本。
2.1控制系統(tǒng)配置(如圖1)
該系統(tǒng)由三級控制系統(tǒng)和二層通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,采用計算機為管理級,用以監(jiān)控聯(lián)合機生產(chǎn)線的生產(chǎn)過程,對整機工藝參數(shù)、故障以及所有的工藝曲線進行調(diào)整或顯示,控制級由S7-400PLC作為主控制器。以ET200M分布式I/ O,作為分布式從站。驅(qū)動部分采用控制單元CU320+電源模塊+電機模塊的多單元共直流母線變頻調(diào)速技術(shù)?,F(xiàn)場配置功能強大的人機操作界面,計算機與主控制器通過以太網(wǎng)相連??刂萍壟c數(shù)字傳動系統(tǒng)之間采用國際標準的現(xiàn)場總線-Profibus DP網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通訊,同時能與前紡、松弛熱定型、切斷等設(shè)備及工廠信息管理系統(tǒng)進行連接??蓪崿F(xiàn)遠程診斷和維護服務(wù)。
2.2多單元變頻調(diào)速系統(tǒng)(如圖2)
多單元變頻調(diào)速系統(tǒng)主驅(qū)動部分采用西門子公司的高精度的S120系列,保證了系統(tǒng)的高控制精度與可靠性,完成后紡部分的同步處理。其結(jié)構(gòu)形式為電源模塊和電機模塊分開,一電源模塊ALM將三相交流電整流成975V的直流電,將電機模塊Inverter輸入側(cè)都連接到該DC BUS上,SINAMICS S120是集V/F控制、矢量控制、伺服控制為一體的多軸驅(qū)動系統(tǒng),具有模塊化的設(shè)計。各模塊間(包括控制單元模塊、電機模塊、傳感器模塊和電機編碼器等)通過高速驅(qū)動接口DRIVE-CLiQ相互連接。SINAMICS S120是一種高性能、高精度的驅(qū)動器。硬件上具有模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計,安裝、維護簡單易行;強大的軟件功能,使其適用于各種復(fù)雜應(yīng)用的場合。既能做伺服控制,也能做矢量控制,能實現(xiàn)速度控制,轉(zhuǎn)矩控制,位置控制多種控制方式,同時能滿足運動控制的要求;可以拖動 Siemens 的所有低壓電機,如異步(感應(yīng))電機還有同步電機。多種冷卻方式,更使其能適用于各種場合和應(yīng)用。
后處理部分具有功率大、同步精度要求高、安全防護功能要求高等特點。根據(jù)系統(tǒng)節(jié)能需求和驅(qū)動控制精度需要,系統(tǒng)拋棄了以往采用的6ES70系列變頻器的驅(qū)動控制方案。采用了最新的高精度S120系列變頻驅(qū)動方案。由于系統(tǒng)功率較大,且開車后并非所有逆變器都處于電動狀態(tài),故采用能量回饋式的整流單元。
系統(tǒng)中的溫度、壓力控制采用了PLC內(nèi)部集成的系統(tǒng)功能塊FB43和FB58 PID來調(diào)節(jié),實現(xiàn)了對水浴、加熱箱、水循環(huán)、松弛熱定型機的溫度PID調(diào)節(jié)控制以及對緊張熱定型和閃蒸系統(tǒng)的壓力PID調(diào)節(jié),可滿足生產(chǎn)工藝的要求。
卷曲機張力的穩(wěn)定性和控制精度對產(chǎn)品的質(zhì)量影響較大,實際升頭時,絲速情況較復(fù)雜,卷曲機絲速張力處于極
不穩(wěn)定狀態(tài),此時張力信號對卷曲機進行補償,卷曲機速度
加快便于快速升頭。如果用PLC的程序完成張力控制難以保
證張力的穩(wěn)定性和精度,通過執(zhí)行專門設(shè)計的張力控制程序,
構(gòu)成高效張力的閉環(huán)控制和調(diào)節(jié)系統(tǒng),確保了卷曲段張力穩(wěn)
定動態(tài)精度達到±2%。
系統(tǒng)通過WINCC監(jiān)控軟件完成對整條生產(chǎn)線的溫度、速度、壓力一系列的邏輯動作監(jiān)控和顯示。
5.1工藝畫面
包括牽伸機的速度設(shè)定和顯示,牽伸比的設(shè)定和顯示,溫度設(shè)定和顯示,配合強大的配方功能,使得用戶更加方便快捷讀取和保存生產(chǎn)配方,使用戶更加方便的操作整條生產(chǎn)線。
5.2曲線畫面
曲線畫面中包括速度曲線和溫度曲線。速度曲線可以幫助用戶觀察整條生產(chǎn)系統(tǒng)的運行情況,可以通過曲線來改變牽伸倍數(shù),滿足工藝的需求。
溫度曲線為調(diào)試工藝溫度變化的曲線。當采樣溫度接近于設(shè)定溫度的時候,PID功能塊開始運行,通過曲線的變化,可以讓用戶清楚知道單位時間內(nèi)溫度的整體差異為多少,通過曲線表的變化來調(diào)整比例系數(shù)、積分時間、采樣時間,以達到完美的工藝溫度需求。
5.3報警畫面
報警畫面中包含了整機的所有報警信息,當有故障或警告到達時,會自動跳入報警畫面,報警畫面中顯示出當前的報警信息,可以使用戶快速的查找出報警的原因和報警的地方,使用戶維護系統(tǒng)更加方便。
系統(tǒng)具備完善的遠程控制系統(tǒng),基于SIMATIC S7-400、ET200M和WinCC/PCS7系統(tǒng) ,支持遠程診斷、短消息功能,通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)的遠程監(jiān)控與維護,有效地減少了維護工程師到現(xiàn)場的時間和維護費用,同時也為客戶提供更為快捷的服務(wù),減少客戶的損失。
日產(chǎn)200噸滌綸短纖維后處理聯(lián)合機控制系統(tǒng)的研發(fā)成功,打破國外公司對國內(nèi)市場的壟斷,也將極大地縮短我國滌綸短纖設(shè)備同國際先進水平的差距。從經(jīng)濟和社會效益角度來說,該項目的成功,不僅會極大地提高國產(chǎn)設(shè)備的競爭力、促進國產(chǎn)裝備的技術(shù)升級,同時也可以促進化纖行業(yè)的技術(shù)進步、壓低進口設(shè)備的價格,使我國的纖維生產(chǎn)企業(yè)獲利。
【1】西門子高性能多機傳動變頻選型指南;
【2】西門子可編程自動化控制器產(chǎn)品簡介;
【3】紡機內(nèi)部參考資料;