短纖維前紡控制系統(tǒng)及優(yōu)化

嚴冠豪，劉 園，鄭明科，郭 云

(中國石化 洛陽分公司 ，河南 洛陽 471012)

1 短纖維前紡速度控制關鍵點

1.1 增壓泵出口壓力控制系統(tǒng)

增壓泵的作用是為了使進入紡絲箱體的熔體壓力穩(wěn)定在計量泵所需要的值，用增壓泵電機的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)增壓泵出口的壓力。其控制原理見圖1。

圖1 增壓泵壓力-速度控制原理圖

1.2 計量泵轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

紡絲經(jīng)分配閥送至紡絲箱體，在進入組件之前經(jīng)過計量泵。計量泵是一種齒輪泵，通過對計量泵轉(zhuǎn)速的控制，使熔體壓力控制在所需范圍，同時保持熔體量的輸出穩(wěn)定。短纖維前紡兩條線共160臺計量泵采用了三菱通用型交—直—交電壓型變頻器，通過改變功能化參數(shù)Pr4來實現(xiàn)改變計量泵的運轉(zhuǎn)速度。

1.3 上油輪轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)

上油輪現(xiàn)場4臺電機兩用兩備，兩臺三菱變頻器控制其運轉(zhuǎn)頻率。在現(xiàn)場電機轉(zhuǎn)子外側(cè)裝設有模擬信號檢測速度信號，傳至DCS上顯示，供工藝和操作人員記錄。同時設定了4臺電磁離合器，更保證了在線與備用電機及其傳動機構的切換平穩(wěn)。

1.4 七輥牽引機速度控制系統(tǒng)

雙面卷繞的兩條絲束經(jīng)網(wǎng)絡器匯集成一股絲束，送至七輥牽引機。七輥牽引機的電機由西門子6SE70工程系列變頻器拖動，電機是轉(zhuǎn)子為永磁型的交流同步電機，運轉(zhuǎn)速度恒定準確。卷繞牽引絲束的速度設定值通過上位人機界面OP操作畫面上輸入要求的數(shù)值，而且七輥電機的運轉(zhuǎn)速度在線速上有一定的速比選擇設定調(diào)整，同樣在西門子OP操作面板監(jiān)控畫面上實現(xiàn)。

2 參數(shù)計算

短纖維裝置品種切換，前紡工藝計算設計如下。

2.1 纖度

式中：G，卷繞絲纖度(旦數(shù))；L，纖維長度(m)

卷繞絲纖度=成品纖度×后加工拉伸總倍數(shù)×纖維收縮系數(shù)

D=d×R×k

式中：D，卷繞絲纖度；d，成品纖度；R，后加工拉伸總倍數(shù)；k，纖維收縮系數(shù)，表示后加工拉伸系數(shù)。纖維烘干定型的收縮率，經(jīng)驗值k=0.85～0.95。

2.2 計量泵供給量

式中：D，卷繞絲纖度(旦數(shù))；d，成品纖度；N，噴絲板孔數(shù)；V，紡絲的卷繞速度(m/min)；R，后加工拉伸總倍數(shù)。

2.3 計量泵轉(zhuǎn)數(shù)

式中：r，熔體相對密度，kg/L，聚酯熔體≈1.2 kg/L；C，計量泵效率，%，一般取97%～99%；V，泵容積，cm3/r；Q，泵供量，g/min。

2.4 紡絲卷繞速度

在生產(chǎn)中，一般先確定泵供給量后，根據(jù)泵供量和纖維的規(guī)格來計算卷繞速度。從泵供量的計算公式中推出紡速表達式為：

3 品種切換過程前紡速度控制

3.1 增壓泵速度控制

增壓泵的運轉(zhuǎn)速度由泵后壓力串級控制，品種切換時熔料量的進料及出口變化量必須平緩，以避免增壓泵因壓力過高而聯(lián)鎖停車。

3.2 計量泵速度控制

前紡品種切換時，160臺計量泵的速度控制由改變一對一的變頻器輸出頻率來實現(xiàn)。頻率的工藝指令下達依據(jù)綜合聚酯的進料量大小、前紡兩條線在線運轉(zhuǎn)計量泵的數(shù)量、計量泵供量、齒輪減速箱速度變比值、噴絲板孔目數(shù)等諸多因素。而且電儀人員同時改變計量泵變頻器運轉(zhuǎn)頻率的臺次也不能過快，以避免對生產(chǎn)線的連續(xù)化生產(chǎn)和增壓泵的壓力速度控制系統(tǒng)的沖擊振蕩。

3.3 上油輪速度控制

在生產(chǎn)過程中，工藝技術人員根據(jù)后加工過程中原絲束的含油量和油劑飽和度的實際狀況，下達調(diào)整了上油輪轉(zhuǎn)速的指令。上油輪4臺變頻器采取了PU+外部聯(lián)合模式的控制選擇，電儀人員在接到操作指令后，與計量泵變頻器調(diào)整頻率的方法和操作步驟不同。需要由在線運行中的變頻器上PU操作面板上按動“PU”鍵，選擇輸入所要求的頻率數(shù)值。

3.4 卷繞紡速控制

工藝操作人員在卷繞OP操作面板上完成卷繞紡速的設定數(shù)值輸入，要求必須平緩穩(wěn)定輸入上升或下降。操作人員強調(diào)分3～4個步驟調(diào)整到位，否則前紡卷繞高速牽引的絲束可能出現(xiàn)毛邊、斷絲、亂絲等異常狀況，甚至于牽引絲束斷大頭的生產(chǎn)故障現(xiàn)象發(fā)生。

4 總結(jié)

自控技術在短纖維工序中的應用使系統(tǒng)的自動化程度有了大幅提高，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：①系統(tǒng)的自診斷功能增強。當系統(tǒng)發(fā)生通信故障、硬件故障時， Wincc通過強大的數(shù)據(jù)分析功能，將故障原因通過人機界面清晰反映給設備維修人員，提高了檢修效率。②操作方式靈活。控制系統(tǒng)設置了本地和遠程兩種操作模式，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。③節(jié)省了大量的控制電纜，降低投資成本。本系統(tǒng)創(chuàng)新性地應用了分布式控制系統(tǒng)，采用Profibus總線取代傳統(tǒng)的信號電纜，節(jié)省了大量的電纜、管路等材料，降低了現(xiàn)場施工的工作量。