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变频器在化纤设备中的应用__1

放大字体  缩小字体 发布日期:2011-09-27   浏览次数:26916
1 引言化纤生产是长流程连续化生产,一般要求一年内无故障连续运转8000h以上,即化纤设备运转的可靠性要求高于一般纺织机械设备

1 引言
    化纤生产是长流程连续化生产,一般要求一年内无故障连续运转8000h以上,即化纤设备运转的可靠性要求高于一般纺织机械设备。化纤一般分为人造纤维和合成纤维两大类。我国化纤以合成纤维为主,而合成纤维中又以涤纶纤维为重点发展,其生产规模越来越大,年产3万吨至10万吨的涤纶短纤维生产设备已趋成熟。本文以年产3万吨涤纶短纤维生产设备为例。涤纶短纤维生产设备包括纺织联合机和后处理联合机。
    纺织联合机包括纺丝机(主要有纺丝箱体、纺丝组件、纺丝泵、计量泵、冷却吹风和上油、联苯加热等),卷绕机(主要有上油、牵引机、喂入机等)和丝桶往复装置(主要包括进桶输送、台车、纵向和横向运动装置,丝束出捅输送装置等)。
    后处理联合机包括集束架、导丝机、浸油槽、一道牵伸机、水浴槽、二道牵伸机、蒸汽加热管、紧张热定型机、冷却喷淋机、三道牵引机、叠丝机、三辊牵引机、张力架、蒸汽预热槽、卷曲机、铺丝机、输送机、松弛热定型机、曳引张力架、曳引机、切断机和打包机等。

2 控制系统
    涤纶短纤维生产设备的控制系统方框图如图1所示,系统采用工业计算机作为上位机、PLC为各分系统的控制核心。各分系统的PLC与各变频器、伺服控制器、现场I/O等通过现场总线(Profibus-DP)进行通讯,构成现场总线控制系统,而各分系统的PLC与操作员站和工程师站通过工业以太网(Industrial Ethernet)进行通讯,实现车间级和厂级信息管控,提供实时数据。为实现管控一体化提供了条件。

图1 涤纶短纤维生产设备控制系统方框图

2.1 纺丝联合机控制
纺丝联合机主要技术特征:
日产量:100t/d;
纺丝位数:32或36位;
机械速度:500~1500m/min;
丝桶纵向速度:5~10m/min;
丝桶横向速度:0.5~3.5m/min;
全机总功率460kW(其中传动功率160kW,联合加热300kW)。
控制系统方框图如图1,控制系统包括工程师站、操作员站、纺丝控制、卷绕喂入控制、丝桶往复控制分站。

图2 纺丝控制系统方框图

    操作员站完成对生产流程画面显示,可对工艺参数,PID调节参数进行设定、修改、记录、查询、打印以及报警信息的纪录、查询和打印等。
    工程师站除具有操作员站主要功能外,还具有对多条生产线(如纺丝及后处理联合机)的编程、组态、调试和修改等功能,还具有故障诊断功能。
    操作员站和工程师站均由工控机实现。人机界面采用触摸屏,可方便地在触摸屏上设定纺丝工艺参数、运行控制、工况显示、故障报警显示以及数据纪录和查询等纪录。
(1) 纺丝机控制系统方框图如图2所示。纺丝PLC(1PLC)对32台纺丝泵,1台上油泵的变频对调速,对4台纺丝箱体温度压力进行监控,系统设有4个现场I/O,通过人机界面实现工艺参数的设定、修改、各有关数据采集,并控制上述设备的运行。
(2) 卷绕喂入控制系统方框图如图3所示,卷绕PLC(2PLC)出控制1~6牵引辊、导丝辊、喂入轮、上油泵(轮)电机的调速外,还控制纺丝吹风装置,设有5个现场I/O,通过触摸屏完成工艺参数的设定、修改和数据采集等。

图3 卷绕喂入控制系统方框图

    牵引辊1至牵引辊6之间各辊在牵引丝束时可能出现发电运行状态,即倒拖现象,这将导致牵引比不稳定。为此,采用共直流母线供电方式,将牵引辊1~6共6台逆变器由1台整流单元供电,即可保证处于发电运行的电机所产生的回馈能量消耗在处于电动状态运行的电机中,这样,负功率能量通过直流母线可自动平衡,加之各逆变器端直流电压并联连接,滤波电容容量增大,因而,直流母线的电压不致升高,牵伸比的稳定得到保证。
(3) 盛丝桶往复装置控制系统如图4所示,丝桶往复PLC(3PLC)控制丝桶往复装置的纵向、横向伺服电机的精确传动,并通过触摸屏实现有关参数的设定、修改和采集,同时设有定长装置,对每桶丝的长度进行精确定长,使各丝桶的尾丝浪费降到最低。

图4 丝桶往复装置控制系统方框图

    直接纺的纺丝联合机还应包括熔体配管增压泵PLC站(4PLC),该PLC站主要是控制熔体配管的温度和熔体压力,增压泵采用交流异步电机传动,选用矢量控制型变频器精确调速,调控配管内熔体压力。


2.2 后处理联合机控制
    后处理联合机包括牵伸段(从集束架到卷曲机)和切断段, 另外,松弛热定型机和打包机为单独控制, 本文不作先容。


         

         

                         图5     牵伸段总线控制系统框图


         
后处理联合机控制系统方框图如图5,该联合机主要技术特征为:
生产品种:1.5dtex×38mm棉型纤维;
        0.88dtex×38mm细旦纤维;
线束:320dtex;
日产量:100t/d;
车速:250m/min;
引丝速度:30~60m/min;
牵伸比控制精度0.1%;
    主传动电机:导丝机7.5kW,一道牵伸机45kW,二道牵伸机160kW,三道牵伸机315kW,紧张热定型机160kW,叠丝机15kW,卷曲机75kW,展丝机4.5kW,引机15kW,切断机30kW,打包机75kW。
(1) 牵伸段控制系统
    从导丝机到卷曲机,各单元分别由交流异步电动传动,采用共直流母线的多单元同步调速控制,各单元机电机通过旋转编码器检测速度,并与相应的逆变器构成速度闭环控制,保证各单元机转速达到高精度(0.1%以上),如图5,采用PLC(例如S7-400)作为总线系统的上位机(即主站),各逆变器为从站。主站PLC通过内置的通讯口MPI与触摸屏IP构成MPI网,用于设定,修改各单元机的起动时间、升降速时间、运行速度、各牵伸比控制及停车、制动时间、运行速度、温度等工艺参数。
    通过现场I/O、远程I/O控制系统各单元(例如水浴、蒸汽加热箱、卷曲预热箱等)的温度、液位、以及循环泵等辅机。
    丝束牵伸力大,在牵伸过程,一道、二道牵伸机可能运转在发电状态而出现速度失控,致使牵伸比不稳定,采用共直流母线即可解决运转中牵伸比稳定的题目,在临时停车时,仍需保持丝束张力,否则丝束将回缩。因而,要求所用变频用具有零速伺服功能,即在停车过程,速度降至零速阈值以下时,变频器应自动由速度控制模式切换到位置控制模式,类似于电梯等位置控制。
SAJ变频器能提供精确的速度和转矩控制,内部高速光纤通讯,抗干扰能力强,支持Profibus-DP现场总线。图5中L1~L7即为ACA逆变单元,从7.5kW~315kW,整流单元为800kW,B1~B7为旋转编码器,检测从导丝机到卷曲机共7台传动电机的转速,该速度信号送相应的逆变器,以控制各单元机在加、减速过程及稳速运行中均能严格同步,保持各牵伸比恒定。
(2) 展丝、曳引机和切断机控制系统
    展丝机与卷曲机无严格同步要求,只须保持速度协调,可用位置开关对展丝机速度进行断续调节。使之与卷曲机保持速度协调。
    曳引机和切断机均为变频调速,其速度需同步,可以采用牵伸段控制方案,该变频器作为从站,挂接到总线上,也可两单元机组成一同步调速系统,两单元之间通过同步调节器调节曳引机的运行速度。


   3  结束语
    在长流程的化纤生产线中,各部份的速度控制十分重要。采用PLC和变频器、伺服控制器以及Profibus-DP,构成总线控制系统,实现了管控一体化,大大进步了生产效率,是化纤生产线的发展方向。

 
 
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