化纤长丝生产线自动化控制系统的设计应用研究

石占超

（北京中丽制机电气有限公司 北京 101111）

化纤长丝是以天然高分子化合物或者人工合成高分子化合物为原料，采用先进技术工艺制成具有纺织性能的人造纤维或合成纤维。化纤长丝的生产和应用，有效弥补了天然材料存在的欠缺，提升了纺织产业发展水平，为人类社会生产生活提供了更高质量的纺织材料支撑。在化纤长丝生产线中，设计并应用合理的自动化控制系统，能够提升系统运行水平，在提升质量控制水平的基础上，减少人力资源投入，为企业创造更多的经济效益。

1 全集成自动化控制系统

1.1 自动化控制系统的概念

全集成自动化控制系统是在传统自动化控制基础上延伸出来的新型控制系统，其应用模式是采用一个独立的、全覆盖的系统，替代原来多种系统综合才能够实现的所有功能。全集成自动化控制系统的出现已经有二十多年的历史，其采用全局统一的数据库，统一的数据管理机制，实现组态和编程工具的统一、通讯的统一。由于其所具有的特征，使其在工业生产方面的应用不断加强，为提升工业生产效率奠定了坚实的基础。

1.2 自动化控制系统的应用特征

全集成自动化控制系统在实际应用中，具有统一性、开放性和系统性等方面的特征，能够被广泛应用于多种不同的工业生产领域[1]。统一性是指在系统设计和运行中，数据管理，编程、组态，通讯等各个层面都是进行统一设计和运行，所有的数据信息都存储于一个数据库中，并且只需要输入一次就可以达到多次使用的目的。这不仅有效减少了数据的重复输入，还提升了系统运行的准确性。开放性是指设计范围内的现场设备和办公系统都能够纳入到自动化控制系统中，并且以标准化格式对新型设备进行开放。系统性是指控制系统的各个组成部分都是协调运行的，系统安装、调试、运行和维护的各个流程都是相互关联、相互影响的。

2 改造案例说明

某化纤企业现有工艺流程运行体系如下所述：将涤纶长丝经加弹机拉丝，以滚动毡过高抗静电油表面进行防静电处理，在加弹操作流程中，辅以空压机配合，在水循环冷却作用后，经绕卷和包装，将成品入库。现有生产线运行体系中，采用集中传动模式，不仅技术控制难度较大，而且在生产过程中噪音污染现象较为严重，在生产线出现故障时，需要全面排查，运行效率低下，经济效益难以有效提升。本设计基于新型自动化控制技术进行改造，以提升生产线自动化控制水平，提升企业经济效益。

3 系统设计

3.1 系统设计思路

在本设计和改造案例中，原有化纤长丝生产线的传动方式为集中传动，在集中传动变频器的统一控制下，实现生产线的启停和检修运维。这种模式不仅控制效率低下，而且在某一环节出现问题时，需要对整条生产线进行停运处理，造成较大的经济损失。在集中自动化控制理念下，改变原有的集中传动方式，对每个单位进行单独传动控制。在采用集成控制系统时，将会取消原有的控制柜并且对控制逻辑进行调整，以实现新型控制功能。调整之后的控制系统由PLC 控制系统及变频调速系统组成，二者之间通过启停、运行、故障和频率调整等信息交互，实现实时控制功能[2]。

3.2 平台说明

本系统在设计中采用的是西门子公司开发的SIMATIC WinAC 平台，其能够将PLC 与PC 之间形成较好的集成，改变传统PLC 程序开放性差、开发周期长、升级不变等问题，借助各种扩展设备，选择更为合适的软件和硬件。在最新的WinAC 平台上，能够实现网络化操作，多功能控制、可视化操作以及内部计算等多种功能，并且为后续升级提供基础。

3.3 硬件环境

本系统构建需要的硬件设备包括SIMATIC 机架式工业PC；集成CP 卡和独立CP 卡；操作面板；总路线电缆；中继器和通讯卡。

3.4 软件环境

软件运行环境是以Windows NT Workstation4.0 辅以最新版本的Service Pack 安装包；Step 和Service Pack 软件包；DV 和WinAC 操作平台；中文转换安装包。其中WinAC 平台能够通过总线控制构成新型操作系统，在运行中无需再次进行程序编写，只需要对对应的参数进行设置，完成电缆接配之后，就可以实现操作。

3.5 变频器

变频器是化纤长丝生产线自动化控制系统构建和改造的重要组成部分，变频器选用主要考虑的参数是频率精度[3]。通常情形下，频率范围精度至少应控制在0.001Hz 内，并且频宽幅要达到0～600Hz，以此才能够满足高速纺丝产品的要求。在本设计中，选用的是整流单元辅以逆变器的直流母线系统，各逆变器设备通过直流母线进行连通，以此能够有效解决原有系统中槽辊摆频因素所带来的能量回馈问题。通过变频器的摆频功能，能够将多余的能量吸收入关联的逆变器中，并且能够利用通讯端口访问对应参数。油剂泵变频器的选择对生产线工作效率具有直接影响，选用单相220v 输入—三相220v 输出的变频器，并在输出端加装正弦波滤波器，能够将输出波形调整为全正弦波形式，以此能够达到消除谐波电流、避免电机升温过高的目的，并有效提升电机设备的使用寿命。对于大多数化纤长丝生产线的自动化系统改造而言，变频器数量都会超过32 个，因此必须根据具体情形加装对应数量的通讯中继器，以确保通讯效果满足生产线运行的基本要求。

3.6 远程输入输出模块

在本设计方案中，选用的远程输入输出模块型号为ET200，将生产车间和生产线的按钮和指示灯等开关量，与中控系统传输的状态量直接输入至对应模块中，基于总线控制模式连接至PLC系统，能够减少电缆使用量，降低现场布线的复杂程度。并且由于本模块体积较小，能够有效节省原控制柜拆除之后的空间，提升现场生产空间布局水平[4]。

3.7 人机界面

人机界面主要是采用触摸屏进行控制，在本设计所选用的触摸屏界面上，能够通过对工艺参数的直接输入和修改，对生产工艺进行调整。并且在交互界面中，还具有相应的报警功能，在生产线出现运行故障的情形下，报警界面能够基于信息接收将故障位号和代码自动弹出，并且技术人员能够通过对应的操作查找最近几次故障原因，为后续故障处理提供参考。在人机交互界面中，还能够设置安全操作级别控制，只有对应的技术人员能够完成参数查看和修改，确保生产线的运行安全。

4 结束语

化纤长丝生产线是我国化纤企业的重要基础，生产线的自动化运行水平对生产效率和企业经济效益具有直接性影响。随着自动化控制技术应用水平的提升，技术改造需求也不断提升。但是就目前实际发展状况而言，在自动化控制技术方面的研究还较为滞后，对国外先进技术具有较高的依赖性，在人工智能技术研究水平不断提升的背景下，在未来发展中，自动化技术控制水平也将不断提升，为相关企业技术改造奠定坚实的基础。