1 引言 化纖生產是長流程連續化生產，一般要求一年內無故障連續運轉8000h以上，即化纖設備運轉的可靠性要求高于一般紡織機械設備?；w一般分為人造纖維和合成纖維兩大類。我國化纖以合成纖維為主，而合成纖維中又以滌綸纖維為重點發展，其生產規模越來越大，年產3萬噸至10萬噸的滌綸短纖維生產設備已趨成熟。本文以年產3萬噸滌綸短纖維生產設備為例。滌綸短纖維生產設備包括紡織聯合機和后處理聯合機。 紡絲聯合機包括紡絲機（主要有紡絲箱體、紡絲組件、紡絲泵、計量泵、冷卻吹風和上油、聯苯加熱等），卷繞機（主要有上油、牽引機、喂入機等）和絲桶往復裝置（主要包括進桶輸送、臺車、縱向和橫向運動裝置，絲束出捅輸送裝置等）。 后處理聯合機包括集束架、導絲機、浸油槽、一道牽伸機、水浴槽、二道牽伸機、蒸汽加熱管、緊張熱定型機、冷卻噴淋機、三道牽引機、疊絲機、三輥牽引機、張力架、蒸汽預熱槽、卷曲機、鋪絲機、輸送機、松弛熱定型機、曳引張力架、曳引機、切斷機和打包機等。 2 控制系統 滌綸短纖維生產設備的控制系統方框圖如圖1所示，系統采用工業計算機作為上位機、PLC為各分系統的控制核心。各分系統的PLC與各變頻器、伺服控制器、現場I/O等通過現場總線（Profibus-DP）進行通訊，構成現場總線控制系統，而各分系統的PLC與操作員站和工程師站通過工業以太網（Industrial Ethernet）進行通訊，實現車間級和廠級信息管控，提供實時數據。為實現管控一體化提供了條件。 圖1 滌綸短纖維生產設備控制系統方框圖 2.1 紡絲聯合機控制 紡絲聯合機主要技術特征: 日產量:100t/d; 紡絲位數:32或36位; 機械速度:500～1500m/min; 絲桶縱向速度:5～10m/min; 絲桶橫向速度:0.5～3.5m/min; 全機總功率460kW（其中傳動功率160kW，聯合加熱300kW）。 控制系統方框圖如圖1，控制系統包括工程師站、操作員站、紡絲控制、卷繞喂入控制、絲桶往復控制分站。 圖2 紡絲控制系統方框圖 操作員站完成對生產流程畫面顯示，可對工藝參數，PID調節參數進行設定、修改、記錄、查詢、打印以及報警信息的紀錄、查詢和打印等。 工程師站除具有操作員站主要功能外，還具有對多條生產線（如紡絲及后處理聯合機）的編程、組態、調試和修改等功能，還具有故障診斷功能。 操作員站和工程師站均由工控機實現。人機界面采用觸摸屏，可方便地在觸摸屏上設定紡絲工藝參數、運行控制、工況顯示、故障報警顯示以及數據紀錄和查詢等紀錄。 （1） 紡絲機控制系統方框圖如圖2所示。紡絲PLC（1PLC）對32臺紡絲泵，1臺上油泵的變頻對調速，對4臺紡絲箱體溫度壓力進行監控，系統設有4個現場I/O，通過人機界面實現工藝參數的設定、修改、各有關數據采集，并控制上述設備的運行。 （2） 卷繞喂入控制系統方框圖如圖3所示，卷繞PLC（2PLC）出控制1～6牽引輥、導絲輥、喂入輪、上油泵（輪）電機的調速外，還控制紡絲吹風裝置，設有5個現場I/O，通過觸摸屏完成工藝參數的設定、修改和數據采集等。 圖3 卷繞喂入控制系統方框圖 牽引輥1至牽引輥6之間各輥在牽引絲束時可能出現發電運行狀態，即倒拖現象，這將導致牽引比不穩定。為此，采用共直流母線供電方式，將牽引輥1～6共6臺逆變器由1臺整流單元供電，即可保證處于發電運行的電機所產生的回饋能量消耗在處于電動狀態運行的電機中，這樣，負功率能量通過直流母線可自動平衡，加之各逆變器端直流電壓并聯連接，濾波電容容量增大，因而，直流母線的電壓不致升高，牽伸比的穩定得到保證。 （3） 盛絲桶往復裝置控制系統如圖4所示，絲桶往復PLC（3PLC）控制絲桶往復裝置的縱向、橫向伺服電機的精確傳動，并通過觸摸屏實現有關參數的設定、修改和采集，同時設有定長裝置，對每桶絲的長度進行精確定長，使各絲桶的尾絲浪費降到最低。 圖4 絲桶往復裝置控制系統方框圖 直接紡的紡絲聯合機還應包括熔體配管增壓泵PLC站（4PLC），該PLC站主要是控制熔體配管的溫度和熔體壓力，增壓泵采用交流異步電機傳動，選用矢量控制型變頻器精確調速，調控配管內熔體壓力。 2.2 后處理聯合機控制 后處理聯合機包括牽伸段（從集束架到卷曲機）和切斷段, 另外，松弛熱定型機和打包機為單獨控制, 本文不作介紹。 圖5 牽伸段總線控制系統框圖 后處理聯合機控制系統方框圖如圖5，該聯合機主要技術特征為: 生產品種:1.5dtex×38mm棉型纖維; 0.88dtex×38mm細旦纖維; 線束:320dtex; 日產量:100t/d; 車速:250m/min; 引絲速度:30～60m/min; 牽伸比控制精度0.1%; 主傳動電機:導絲機7.5kW，一道牽伸機45kW，二道牽伸機160kW，三道牽伸機315kW，緊張熱定型機160kW，疊絲機15kW，卷曲機75kW，鋪絲機4.5kW，引機15kW，切斷機30kW，打包機75kW。 （1） 牽伸段控制系統 從導絲機到卷曲機，各單元分別由交流異步電動傳動，采用共直流母線的多單元同步調速控制，各單元機電機通過旋轉編碼器檢測速度，并與相應的逆變器構成速度閉環控制，保證各單元機轉速達到高精度（0.1%以上），如圖5，采用PLC（例如S7-400）作為總線系統的上位機（即主站），各逆變器為從站。主站PLC通過內置的通訊口MPI與觸摸屏IP構成MPI網，用于設定，修改各單元機的起動時間、升降速時間、運行速度、各牽伸比控制及停車、制動時間、運行速度、溫度等工藝參數。 通過現場I/O、遠程I/O控制系統各單元（例如水浴、蒸汽加熱箱、卷曲預熱箱等）的溫度、液位、以及循環泵等輔機。 絲束牽伸力大，在牽伸過程，一道、二道牽伸機可能運轉在發電狀態而出現速度失控，致使牽伸比不穩定，采用共直流母線即可解決運轉中牽伸比穩定的問題，在臨時停車時，仍需保持絲束張力，否則絲束將回縮。因而，要求所用變頻器具有零速伺服功能，即在停車過程，速度降至零速閾值以下時，變頻器應自動由速度控制模式切換到位置控制模式，類似于電梯等位置控制。 SAJ變頻器能提供精確的速度和轉矩控制，內部高速光纖通訊，抗干擾能力強，支持Profibus-DP現場總線。圖5中L1～L7即為ACA逆變單元，從7.5kW～315kW，整流單元為800kW，B1～B7為旋轉編碼器，檢測從導絲機到卷曲機共7臺傳動電機的轉速，該速度信號送相應的逆變器，以控制各單元機在加、減速過程及穩速運行中均能嚴格同步，保持各牽伸比恒定。 （2） 鋪絲、曳引機和切斷機控制系統 鋪絲機與卷曲機無嚴格同步要求，只須保持速度協調，可用位置開關對鋪絲機速度進行斷續調節。使之與卷曲機保持速度協調。 曳引機和切斷機均為變頻調速，其速度需同步，可以采用牽伸段控制方案，該變頻器作為從站，掛接到總線上，也可兩單元機組成一同步調速系統，兩單元之間通過同步調節器調節曳引機的運行速度。 3 結束語 在長流程的化纖生產線中，各部份的速度控制十分重要。采用PLC和變頻器、伺服控制器以及Profibus-DP，構成總線控制系統，實現了管控一體化，大大提高了生產效率，是化纖生產線的發展方向。