淺論自控技術(shù)在滌綸紡絲中的應(yīng)用

吳長(zhǎng)泰 張勤勤

【摘 要】對(duì)滌綸紡絲中的溫度、料位、壓力、速度等關(guān)鍵工藝采用電氣自控技術(shù)，既提高了生產(chǎn)效率，又減小了操作難度。同時(shí)指出變頻技術(shù)和自控技術(shù)在滌綸紡絲工程中應(yīng)用的意義和必要性，并展望了電氣自控技術(shù)在滌綸紡絲工程的應(yīng)用與發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】滌綸紡絲；變頻技術(shù)；自控技術(shù)；應(yīng)用

隨著化纖科技的高速發(fā)展和化纖市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，對(duì)化纖配套電氣工程提出了越來越高的要求。節(jié)能降耗，降低成本，提高效益成為每一個(gè)化纖廠家追求的目標(biāo)。特別是化纖工業(yè)走向大型化、集團(tuán)化，為電氣工程在化纖工程領(lǐng)域的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間。對(duì)諸如溫度、速度、壓力、料位等關(guān)鍵工藝均采用電氣自控技術(shù)，既提高了生產(chǎn)效率，又保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。

一、電子變頻技術(shù)在滌綸紡絲工程領(lǐng)域的應(yīng)用

對(duì)一些重要傳動(dòng)設(shè)備的動(dòng)力電動(dòng)機(jī)引進(jìn)變頻技術(shù)。所謂變頻技術(shù)就是通過改變動(dòng)力設(shè)備輸入電源頻率來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸入電源頻率關(guān)系n≈60f/2p可知，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸入電源頻率近似成正比例關(guān)系，通過改變電源的頻率來改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，保證連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)，提高工藝指標(biāo)，節(jié)能降耗。

（一）變頻技術(shù)對(duì)于結(jié)晶的影響

切片含水率是紡絲工藝的重要指標(biāo)之一，影響該工藝指標(biāo)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為預(yù)結(jié)晶與干燥。在預(yù)結(jié)晶過程中風(fēng)機(jī)的風(fēng)量影響著切片的結(jié)晶效果，結(jié)晶風(fēng)量過大易出現(xiàn)循環(huán)風(fēng)帶生料到干燥塔產(chǎn)生粘結(jié)、嚴(yán)重結(jié)塊現(xiàn)象，甚至進(jìn)入風(fēng)道堵塞結(jié)晶加熱器和結(jié)晶網(wǎng)板而引起長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)；結(jié)晶風(fēng)量過小容易引起結(jié)晶床內(nèi)的切片嚴(yán)重結(jié)塊使結(jié)晶不均勻，從而影響干燥切片含水率及正常紡絲。因此風(fēng)機(jī)加裝變頻裝置可保證風(fēng)量的合理控制，可柔性緩和地調(diào)節(jié)風(fēng)量，使切片結(jié)晶沸騰達(dá)到最佳穩(wěn)定狀態(tài)，延長(zhǎng)結(jié)晶加熱器及網(wǎng)板的清理更換周期。在結(jié)晶床進(jìn)料過程中為使下料穩(wěn)定和便于進(jìn)料量的調(diào)整，加裝變頻裝置可使進(jìn)料閥下料量根據(jù)干燥需要自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證切片均勻結(jié)晶后進(jìn)入干燥工序[1]。

（二）電子變頻器在紡絲系統(tǒng)中的應(yīng)用

以前在紡絲過程中螺桿擠出機(jī)使用直流調(diào)速控制系統(tǒng)，控制線路比較復(fù)雜，故障點(diǎn)較多，直接影響了生產(chǎn)的順利進(jìn)行?，F(xiàn)在加裝變頻裝置采用壓力PID閉環(huán)控制，保證了輸出壓力穩(wěn)定，使擠出機(jī)持續(xù)穩(wěn)定高效地工作。紡絲計(jì)量泵、油劑泵的輸出同樣也采用變頻控制確保了熔體和油劑的穩(wěn)定輸出，保證了相關(guān)工藝參數(shù)的穩(wěn)定，同時(shí)可根據(jù)市場(chǎng)的變化在生產(chǎn)過程中隨時(shí)調(diào)節(jié)品種規(guī)格，掌握了市場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)。

（三）電子變頻器在滌綸紡絲公用工程中的應(yīng)用

滌綸紡絲生產(chǎn)過程中，空壓機(jī)是必不可少且耗電量比較大的設(shè)備之一。加裝變頻裝置，由輸出壓力來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，改變了以往電機(jī)頻繁載荷卸荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。同樣對(duì)于空調(diào)風(fēng)機(jī)、冷卻水泵等電動(dòng)設(shè)備，均可安裝電子變頻裝置，通過調(diào)節(jié)動(dòng)力設(shè)備的輸入電源頻率保證生產(chǎn)穩(wěn)定性，同時(shí)還能夠節(jié)約電能[2]。

二、自控技術(shù)在滌綸紡絲工藝中的應(yīng)用

（一）干燥料位的自控

干燥塔內(nèi)部料位的高低直接影響到切片干燥的時(shí)間和效果，料位過低切片將得不到充分的干燥，這樣將會(huì)在紡絲過程中發(fā)生斷頭現(xiàn)象，料位過高將會(huì)使切片粘度等性能指標(biāo)發(fā)生變化而影響成品絲的質(zhì)量。將以往分點(diǎn)式料位控制改為連續(xù)控制，并采用PID來控制下料閥，結(jié)晶干燥時(shí)間更細(xì)量化，料層在設(shè)定范圍內(nèi)更穩(wěn)定，尤其在特種超細(xì)旦紡絲的切片干燥中更顯出其重要作用[3]。

（二）自控技術(shù)在高速卷繞設(shè)備中的應(yīng)用

在高速紡絲設(shè)備中高速卷繞機(jī)是關(guān)鍵的設(shè)備。傳統(tǒng)的卷繞方式是由摩擦輥和筒管之間的接觸壓力依靠摩擦輥間接驅(qū)動(dòng)的，由于卷繞速度提高和打滑現(xiàn)象的存在，容易出現(xiàn)毛絲、斷絲等不良現(xiàn)象，對(duì)絲的均勻性亦有一定的影響。為此，采用電氣自控技術(shù)將間接驅(qū)動(dòng)改為直接驅(qū)動(dòng)，使卷繞機(jī)在高速下順利卷繞，形成最佳的絲餅層，保證后續(xù)工序能順利高速退繞。目前國(guó)內(nèi)外卷繞機(jī)采用的控制方式有：1.主控計(jì)算機(jī)+變頻器的控制系統(tǒng)；2.TP801單板機(jī)+步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)；3.單片機(jī)或嵌入式工控機(jī)或可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）或PLC+變頻器的控制系統(tǒng)；4.工業(yè)計(jì)算機(jī)作集散控制系統(tǒng)（DCS）的上位機(jī)+單片機(jī)或嵌入式工控機(jī)或PCC或PLC作DCS的下位機(jī)+變頻器的卷繞機(jī)集散控制系統(tǒng)。如德國(guó)巴馬格公司CW6型全自動(dòng)卷繞機(jī)，落筒切換全部自動(dòng)進(jìn)行，機(jī)械速度可達(dá)6000m/min，生產(chǎn)速度5000m/min以上，由主控計(jì)算機(jī)及八個(gè)工作站微處理器實(shí)現(xiàn)中央控制，所有的工藝參數(shù)都通過計(jì)算機(jī)輸入/輸出，其中兩個(gè)錠軸的傳動(dòng)分別采用整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度極高，生頭后落筒切換全部自動(dòng)進(jìn)行，具有高效率、高控制精度、高可靠性的特點(diǎn)。

（三）自控技術(shù)在紡絲空調(diào)中的應(yīng)用

紡絲工藝對(duì)側(cè)吹風(fēng)的要求主要是送風(fēng)溫度、送風(fēng)濕度和送風(fēng)風(fēng)壓三個(gè)參數(shù)。送風(fēng)風(fēng)壓和送風(fēng)溫度是一對(duì)相關(guān)的參數(shù)，既變化又互相影響，所以采用合適的控制回路系統(tǒng)才能確保系統(tǒng)參數(shù)的穩(wěn)定。露點(diǎn)溫度控制主要采用PLC智能控制器，分別控制新風(fēng)和回風(fēng)的比例、一次加熱段和表面冷卻器，執(zhí)行機(jī)構(gòu)為風(fēng)閥執(zhí)行器和電動(dòng)執(zhí)行器，采用了電子—電動(dòng)裝置，在送風(fēng)壓力控制中采用單級(jí)旁通蝶閥，并配有變頻器粗調(diào)，可根據(jù)泄風(fēng)蝶閥的調(diào)節(jié)能力自動(dòng)對(duì)變頻器進(jìn)行加頻與減頻控制，使系統(tǒng)始終在最佳的狀態(tài)下工作。智能控制器由差壓開關(guān)對(duì)過濾網(wǎng)的潔凈度進(jìn)行檢測(cè)報(bào)警，并具有其它各參數(shù)越限報(bào)警記錄功能[4]。

三、集散控制系統(tǒng)在化纖生產(chǎn)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，極大地促進(jìn)了滌綸紡絲計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，尤其是通過集散控制系統(tǒng)（DCS）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)化纖紡絲過程“分散控制、集中管理”的各種功能，這是化纖發(fā)展的方向獨(dú)立三相交流電機(jī)的獨(dú)立變頻器控制。其中控制器的核心部分可選用MCS系列單片機(jī)或B&RPCC可編程計(jì)算機(jī)控制器或SBSPC/104嵌入式工控機(jī)等，用以完成卷繞機(jī)各部分運(yùn)動(dòng)模型及其動(dòng)作程序檢測(cè)、計(jì)算、控制的任務(wù)；工業(yè)微機(jī)可隨時(shí)監(jiān)視和控制生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工況，并進(jìn)行必要的生產(chǎn)管理。從運(yùn)轉(zhuǎn)條件的設(shè)定開始，對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的確認(rèn)，故障的檢查直至完成數(shù)據(jù)的生成，提供整體支持和服務(wù)，從而完成生產(chǎn)管理分組分項(xiàng)設(shè)定、生產(chǎn)數(shù)據(jù)的初期設(shè)定、運(yùn)轉(zhuǎn)條件的設(shè)定、產(chǎn)量/開工率/落筒/現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的狀況、報(bào)警處理、故障檢修、數(shù)據(jù)打印等任務(wù)；主計(jì)算機(jī)主要用于建立車間/生產(chǎn)線一級(jí)的過程自動(dòng)化控制與基層的相對(duì)集中管理。在化纖行業(yè)處于高度競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境下，現(xiàn)代化纖企業(yè)的發(fā)展趨向是進(jìn)一步提升生產(chǎn)規(guī)模，擴(kuò)大纖維品種，采用高度電氣自控的手段來實(shí)現(xiàn)化纖生產(chǎn)的智能化、數(shù)字化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化，使生產(chǎn)設(shè)備具有實(shí)時(shí)性、可靠性、易維護(hù)性、通用性和易擴(kuò)展性。大型化纖廠已逐漸主導(dǎo)化纖加工市場(chǎng)，電氣全自動(dòng)化控制將是化纖電氣工程的發(fā)展方向。

四、結(jié)語

在此基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，極大地促進(jìn)了滌綸紡絲計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，尤其是通過集散控制系統(tǒng)（DCS）技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)化纖紡絲過程“分散控制、集中管理”的各種功能，這是化纖發(fā)展的方向。

【參考文獻(xiàn)】

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