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剖析腈綸紡絲交流變頻的技術(shù)難點(diǎn)及其發(fā)展方向
摘要：本文主要介紹了交流變頻腈綸紡絲所采用全數字變頻調速矢量控制技術(shù)在國內腈綸紡絲生產(chǎn)線(xiàn)上的應用的現狀及其發(fā)展方向進(jìn)行探討，對交流變頻腈綸的控制方式的選型具有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：同步電機；變頻技術(shù)；調速；PLC系統；控制；發(fā)展方向
1 概述
腈綸紡絲生產(chǎn)線(xiàn)是一套連續性生產(chǎn)的裝置，生產(chǎn)工藝二十多個(gè)工位電機在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下高精度同步運轉，由于電氣系統被控對象復雜，既有各工位的起、停、連鎖保護，又有整個(gè)系統調速、拉絲點(diǎn)位置、松弛環(huán)路等過(guò)程控制，工藝對電氣拖動(dòng)系統的技術(shù)要求較高，生產(chǎn)線(xiàn)從F01計量泵到F20卷曲機有二十個(gè)工位，這二十個(gè)工位電動(dòng)機要求嚴格按給定速度比例高精度同步啟動(dòng)、停止以及正常運轉，尤其三個(gè)牽伸組，溶劑牽伸（F4、F5），要求牽伸比為2.5，熱牽伸（F13、F14）要求牽伸比為4.6，再二牽伸（F18、F19）要求牽伸比為1.4。并且這些牽伸比根據生產(chǎn)要求隨時(shí)可調。這就使這二十臺正常運轉電動(dòng)機當中，既有主動(dòng)電機又有從動(dòng)電機，F01及其備用變頻器系統是一臺變頻拖動(dòng)多臺電機。西門(mén)子6SE70變頻器參數復雜、功能較多，必須了解生產(chǎn)線(xiàn)上所有電機的機械特性，掌握每一個(gè)工位的運行規律，并且采取有效的方法的方法，使變頻器直流母線(xiàn)的電壓保持在有效范圍,避免變頻器過(guò)電壓。
2 交流變頻腈綸生產(chǎn)線(xiàn)工藝系統特點(diǎn)及的技術(shù)難點(diǎn)探討
2．1 腈綸紡絲工藝及傳動(dòng)系統特點(diǎn)
成組控制：多電機成組協(xié)調傳動(dòng)是腈綸紡絲傳動(dòng)系統的一個(gè)特點(diǎn)；生產(chǎn)工藝連續性強，動(dòng)態(tài)同步性能要好；有恒牽伸和恒張力控制要求；恒轉矩負載特性；要求速度控制精度高；高速紡，設備慣性大；高低速切換。
2．2 腈綸紡絲傳動(dòng)系統難點(diǎn)控制聯(lián)鎖
設置聯(lián)鎖目的：在發(fā)生異常、事故、或危險的情況下，及時(shí)地阻止這種危險，或是采取措施防止事故進(jìn)一步擴大。
紡絲線(xiàn)控制聯(lián)鎖分為兩類(lèi)：一是開(kāi)停機聯(lián)鎖，即設備有條件運轉，另一個(gè)是速度聯(lián)鎖，即前后設備速度的比例跟蹤。
按控制區域劃分：前紡（F1~F15）和后處理（F16~F20）兩部分 ，互相獨立
開(kāi)停機聯(lián)鎖
前紡緊急停車(chē)：E、P盤(pán)急停按鈕，聯(lián)鎖F4~F15
絲束水洗組聯(lián)鎖：絲束水洗組（F6~F10）整組聯(lián)鎖
前紡整組起停：控制F6~F14整組起動(dòng)、整組停止。
油霧發(fā)生器聯(lián)鎖：二臺油霧發(fā)生器與水洗機聯(lián)鎖。油霧發(fā)生器起動(dòng)后才能起動(dòng)F6~F10
熱牽伸組聯(lián)鎖：F12（離合輥）及F13~F14整組聯(lián)鎖：F12、F13和F14腳踢開(kāi)關(guān)、F14星輥纏輥 、松弛環(huán)路高低 限光電等動(dòng)作。水洗組聯(lián)鎖停車(chē)后，熱牽伸組將聯(lián)鎖停車(chē)。
熱牽伸組整組起停：控制F12離合輥、F13、F14整組起動(dòng)、整組停止。
松弛環(huán)路聯(lián)鎖：上下限超限動(dòng)作后， F12離合輥、 F13~F15聯(lián)鎖停車(chē) ；鋪絲機頭纏輥檢測動(dòng)作，F15聯(lián)鎖停車(chē)。
后處理F16~F20為一組聯(lián)鎖，任一停則全停
定型機聯(lián)鎖 ：入口撲結、入口纏輥、出口超限、熱水循環(huán)泵停， F16~F20（包括輸送帶）全停。
再牽伸機聯(lián)鎖：再牽伸機入口張力輥上下位超限，上油入口張力輥上下位超限 。
速度聯(lián)鎖 前紡速度控制分為A、B兩組，A組：F1~F12，B組：F13~F14；F15速度由松弛環(huán)路控制，現場(chǎng)紡絲控制盤(pán)上設置F1~F10設加減速開(kāi)關(guān)，單獨調速（微調）各工位的速度，現場(chǎng)熱牽伸控制盤(pán)上設置F12~F15設加減速開(kāi)關(guān)，單獨調速（微調）各工位的速度。各工位的速度聯(lián)鎖為：F1~F4聯(lián)鎖：F2~F3速度隨F4速度比例變化；F5~F14速度聯(lián)鎖，后工位隨前工位速度變化而變；保證牽伸關(guān)系不變； F1~F15整組低速：F1速度為中心速度的1/3.6，F2~F15速度為中心速度的1/3； F13、F14整組低速（引絲）：引絲速度由工藝人員在操作面板上設定；當F1~F14各工位紡速確定之后，整組升降速時(shí)，相互之間速比、牽伸比關(guān)系保持不變。
各工位紡速值由工藝人員在操作面板上設定，現場(chǎng)加減速開(kāi)關(guān)調節范圍預設20%，整組調速調節范圍預設30%。主控柜（E）上設鑰匙開(kāi)關(guān)，便于在F1~F14速度調整完成后，斷開(kāi)各工位的加/減速回路。F15的速度由絲束在松弛環(huán)路中的位置確定。
后紡速度控制分為定型機入口（F16）到卷曲機（F20），在定型機主控盤(pán)（TT盤(pán)）上設置 F16~F20設加減速開(kāi)關(guān)，單獨調速；該組有三個(gè)紡速：?jiǎn)螜C點(diǎn)動(dòng)、整組低速、整組高速
單機點(diǎn)動(dòng)：在現場(chǎng)SI、SO、TT、R、CR控制盤(pán)上分別設置了單機點(diǎn)動(dòng)按鈕，若按點(diǎn)動(dòng)按鈕，則點(diǎn)動(dòng)速度優(yōu)先，點(diǎn)動(dòng)速度值由操作人員在操作面板上設定（固定值）；整組低速：在現場(chǎng)SI、SO、TT、R、CR控制盤(pán)上分別設置了整組"低速-高速"控制開(kāi)關(guān)，任意一個(gè)打"低速"，后處理組將按低速運行；整組高速：整組"低速-高速"開(kāi)關(guān)任意一個(gè)打"高速"，后紡組將按正常高速運行。松弛環(huán)路控制 F15的速度由絲束在松弛環(huán)路中的位置確定控制，用4個(gè)光電開(kāi)關(guān)檢測絲束位置，實(shí)現轉速閉環(huán)控制。高低極限位實(shí)現上下限聯(lián)鎖保護開(kāi)關(guān)，與熱牽伸組聯(lián)鎖。中間2個(gè)光電實(shí)現調速控制，自動(dòng)調節鋪絲機速度，使之與F14紡速協(xié)調。軟件中采用自學(xué)習控制技術(shù)開(kāi)發(fā)的松弛環(huán)路專(zhuān)用控制模塊，保證絲束垂環(huán)處于兩光電之間穩定運行。PLC及傳動(dòng)系統
采用基于PLC和現場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統方案，以S7-400H為控制核心，通過(guò)Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)連接分布式I/O從站和變頻傳動(dòng)設備。系統結構由CPU控制主站、分布式I/O、操作員面板（人機界面）、以及現場(chǎng)設備（變頻器）等幾部分組成，CPU主站選用S7-400H，正常-備用選擇開(kāi)關(guān)信號、一二烘循環(huán)風(fēng)機信號、F1和F2采集信號等直接進(jìn)入主站�，F場(chǎng)E、P、TT控制盤(pán)各配1套ET200分布式IO，將現場(chǎng)的I/O信號通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)送入CPU控制主站，CPU主站與 ET200、變頻器、操作面板等采用Profibus現場(chǎng)總線(xiàn)通訊，與DCS上位機采用ModBus協(xié)議通訊。
操作員面板（人機界面）
人機界面功能
主畫(huà)面：以生產(chǎn)流程圖方式顯示各工位線(xiàn)速度、電機電流、輸出頻率等主要生產(chǎn)參數；設定畫(huà)面：工藝人員設定各工位正常紡速、熱牽伸組引絲速度、后處理點(diǎn)動(dòng)速度、修改減速比等；監控畫(huà)面：實(shí)時(shí)監視腈綸紡絲線(xiàn)各工位的運行狀況，顯示各工位線(xiàn)速度、電機電流、輸出頻率。
報警畫(huà)面：對腈綸紡絲整個(gè)電氣系統的異常情況進(jìn)行反映。
3 交流變頻技術(shù)在腈綸紡絲行業(yè)的發(fā)展方向
變頻傳動(dòng)控制系統。變頻傳動(dòng)控制系統方式朝共直流母線(xiàn)方式發(fā)展，不僅可以減少控制系統體積，而且可以大大節省投資成本。在腈綸紡絲拖動(dòng)系統進(jìn)行應用，提高其可靠性、互換性和抗干擾性。
通訊系統的冗余控制。與常規控制系統相比，腈綸紡絲自動(dòng)化控制系統網(wǎng)絡(luò )一體化控制系統采用的是冗余控制系統，它包括冗余控制系統，冗余網(wǎng)絡(luò )系統，冗余軟啟動(dòng)系統，系統由是一個(gè)三級控制系統,由管理計算機；過(guò)程控制系統及直接控制系統組成,兩套系統同時(shí)共作，互為冗余，可把電傳動(dòng)系統工控機、PLC、觸摸屏和電、氣、液儀表參數進(jìn)行一體化設計，實(shí)現紡絲智能化的控制，實(shí)現前、后紡的全程無(wú)級調速，即使任意一套出現如PLC，輸入、輸出模塊損壞及通訊中斷等故障時(shí)，另一套都能自動(dòng)地投入。
能量回饋控制。為了解決腈綸紡絲變頻系統處于再生發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生的再生能量，采用四象限運行的電壓型交-直-交變頻器，或者電源再生裝置，把有源逆變單元從變頻器中分離出來(lái)，直接作為變頻器的一個(gè)外圍裝置，可并聯(lián)到變頻器的直流側，將再生能量回饋到電網(wǎng)中,是降低能源消耗的有效方法。一體化智能化腈綸紡絲控制系統。腈綸紡絲控制設計充分體現以人為本的思想，將設備的操作、顯示、電器、儀表、計算機有機的結合在一起，機、電、液控制系統統一設計，滿(mǎn)足紡絲工藝的要求，簡(jiǎn)明的人性化操作界面，傻瓜式操作步湊，進(jìn)一步提高紡絲可操作性和操作效率，紡絲現場(chǎng)控制臺通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接，把現場(chǎng)信號和操作命令傳送到主站的中央處理器，實(shí)現集中監視與自動(dòng)化控制采集的信息與控制網(wǎng)絡(luò )的信息，都可以通過(guò)主站PLC的中央處理器，提供給上一級監視系統及工業(yè)以太網(wǎng)，在VFD房的程序中設置變頻系統故障代碼及故障處理幫助，為現場(chǎng)電氣工程師提供近程和遠程技術(shù)支持。采用帶
一體化管理系統。由管理計算機、數據庫管理系統、工業(yè)局域網(wǎng)構成，進(jìn)行技術(shù)資料管理：建立腈綸設備技術(shù)檔案庫，進(jìn)行運行狀態(tài)管理：建立腈綸設備運轉數據庫，進(jìn)行工藝資料管理：建立腈綸紡絲工藝參數數據庫軟件功能結論隨著(zhù)腈綸紡絲工藝的發(fā)展，對交流變頻自動(dòng)化控制系統的可靠性提出更高的要求，進(jìn)一步完善交流變頻控制系統所具有的協(xié)調控制、冗余控制、功能互補、安全連鎖、分散控制、集中管理的特點(diǎn)，為設備管理ERP系統提供標準平臺，實(shí)現信息化現代化的腈綸企業(yè)奠定基礎。
參考文獻
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[2]西門(mén)子工業(yè)通訊
[3]SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制使用大全. SIEMENS ELECTRICAL DRIVES LTD. 1999.04.
【剖析腈綸紡絲交流變頻的技術(shù)難點(diǎn)及其發(fā)展方向】相關(guān)文章：
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