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剖析腈綸紡絲交流變頻的技術(shù)難點及其發(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(shù)字變頻調(diào)速矢量控制技術(shù)在國內(nèi)腈綸紡絲生產(chǎn)線上的應(yīng)用的現(xiàn)狀及其發(fā)展方向進行探討，對交流變頻腈綸的控制方式的選型具有一定的參考價值。
關(guān)鍵詞：同步電機；變頻技術(shù)；調(diào)速；PLC系統(tǒng)；控制；發(fā)展方向
1 概述
腈綸紡絲生產(chǎn)線是一套連續(xù)性生產(chǎn)的裝置，生產(chǎn)工藝二十多個工位電機在靜態(tài)和動態(tài)下高精度同步運轉(zhuǎn)，由于電氣系統(tǒng)被控對象復(fù)雜，既有各工位的起、停、連鎖保護，又有整個系統(tǒng)調(diào)速、拉絲點位置、松弛環(huán)路等過程控制，工藝對電氣拖動系統(tǒng)的技術(shù)要求較高，生產(chǎn)線從F01計量泵到F20卷曲機有二十個工位，這二十個工位電動機要求嚴(yán)格按給定速度比例高精度同步啟動、停止以及正常運轉(zhuǎn)，尤其三個牽伸組，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(jù)生產(chǎn)要求隨時可調(diào)。這就使這二十臺正常運轉(zhuǎn)電動機當(dāng)中，既有主動電機又有從動電機，F(xiàn)01及其備用變頻器系統(tǒng)是一臺變頻拖動多臺電機。西門子6SE70變頻器參數(shù)復(fù)雜、功能較多，必須了解生產(chǎn)線上所有電機的機械特性，掌握每一個工位的運行規(guī)律，并且采取有效的方法的方法，使變頻器直流母線的電壓保持在有效范圍,避免變頻器過電壓。
2 交流變頻腈綸生產(chǎn)線工藝系統(tǒng)特點及的技術(shù)難點探討
2．1 腈綸紡絲工藝及傳動系統(tǒng)特點
成組控制：多電機成組協(xié)調(diào)傳動是腈綸紡絲傳動系統(tǒng)的一個特點；生產(chǎn)工藝連續(xù)性強，動態(tài)同步性能要好；有恒牽伸和恒張力控制要求；恒轉(zhuǎn)矩負載特性；要求速度控制精度高；高速紡，設(shè)備慣性大；高低速切換。
2．2 腈綸紡絲傳動系統(tǒng)難點控制聯(lián)鎖
設(shè)置聯(lián)鎖目的：在發(fā)生異常、事故、或危險的情況下，及時地阻止這種危險，或是采取措施防止事故進一步擴大。
紡絲線控制聯(lián)鎖分為兩類：一是開停機聯(lián)鎖，即設(shè)備有條件運轉(zhuǎn)，另一個是速度聯(lián)鎖，即前后設(shè)備速度的比例跟蹤。
按控制區(qū)域劃分：前紡（F1~F15）和后處理（F16~F20）兩部分 ，互相獨立
開停機聯(lián)鎖
前紡緊急停車：E、P盤急停按鈕，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、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)生器起動后才能起動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腳踢開關(guān)、F14星輥纏輥 、松弛環(huán)路高低 限光電等動作。水洗組聯(lián)鎖停車后，熱牽伸組將聯(lián)鎖停車。
熱牽伸組整組起停：控制F12離合輥、F13、F14整組起動、整組停止。
松弛環(huán)路聯(lián)鎖：上下限超限動作后， F12離合輥、 F13~F15聯(lián)鎖停車 ；鋪絲機頭纏輥檢測動作，F(xiàn)15聯(lián)鎖停車。
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(jié)、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(xiàn)場紡絲控制盤上設(shè)置F1~F10設(shè)加減速開關(guān)，單獨調(diào)速（微調(diào)）各工位的速度，現(xiàn)場熱牽伸控制盤上設(shè)置F12~F15設(shè)加減速開關(guān)，單獨調(diào)速（微調(diào)）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，F(xiàn)2~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(shè)定；當(dāng)F1~F14各工位紡速確定之后，整組升降速時，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(shè)定，現(xiàn)場加減速開關(guān)調(diào)節(jié)范圍預(yù)設(shè)20%，整組調(diào)速調(diào)節(jié)范圍預(yù)設(shè)30%。主控柜（E）上設(shè)鑰匙開關(guān)，便于在F1~F14速度調(diào)整完成后，斷開各工位的加/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（TT盤）上設(shè)置 F16~F20設(shè)加減速開關(guān)，單獨調(diào)速；該組有三個紡速：單機點動、整組低速、整組高速
單機點動：在現(xiàn)場SI、SO、TT、R、CR控制盤上分別設(shè)置了單機點動按鈕，若按點動按鈕，則點動速度優(yōu)先，點動速度值由操作人員在操作面板上設(shè)定（固定值）；整組低速：在現(xiàn)場SI、SO、TT、R、CR控制盤上分別設(shè)置了整組"低速-高速"控制開關(guān)，任意一個打"低速"，后處理組將按低速運行；整組高速：整組"低速-高速"開關(guān)任意一個打"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個光電開關(guān)檢測絲束位置，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。高低極限位實現(xiàn)上下限聯(lián)鎖保護開關(guān)，與熱牽伸組聯(lián)鎖。中間2個光電實現(xiàn)調(diào)速控制，自動調(diào)節(jié)鋪絲機速度，使之與F14紡速協(xié)調(diào)。軟件中采用自學(xué)習(xí)控制技術(shù)開發(fā)的松弛環(huán)路專用控制模塊，保證絲束垂環(huán)處于兩光電之間穩(wěn)定運行。PLC及傳動系統(tǒng)
采用基于PLC和現(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)方案，以S7-400H為控制核心，通過Profibus現(xiàn)場總線連接分布式I/O從站和變頻傳動設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由CPU控制主站、分布式I/O、操作員面板（人機界面）、以及現(xiàn)場設(shè)備（變頻器）等幾部分組成，CPU主站選用S7-400H，正常-備用選擇開關(guān)信號、一二烘循環(huán)風(fēng)機信號、F1和F2采集信號等直接進入主站�，F(xiàn)場E、P、TT控制盤各配1套ET200分布式IO，將現(xiàn)場的I/O信號通過現(xiàn)場總線送入CPU控制主站，CPU主站與 ET200、變頻器、操作面板等采用Profibus現(xiàn)場總線通訊，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
主畫面：以生產(chǎn)流程圖方式顯示各工位線速度、電機電流、輸出頻率等主要生產(chǎn)參數(shù)；設(shè)定畫面：工藝人員設(shè)定各工位正常紡速、熱牽伸組引絲速度、后處理點動速度、修改減速比等；監(jiān)控畫面：實時監(jiān)視腈綸紡絲線各工位的運行狀況，顯示各工位線速度、電機電流、輸出頻率。
報警畫面：對腈綸紡絲整個電氣系統(tǒng)的異常情況進行反映。
3 交流變頻技術(shù)在腈綸紡絲行業(yè)的發(fā)展方向
變頻傳動控制系統(tǒng)。變頻傳動控制系統(tǒng)方式朝共直流母線方式發(fā)展，不僅可以減少控制系統(tǒng)體積，而且可以大大節(jié)省投資成本。在腈綸紡絲拖動系統(tǒng)進行應(yīng)用，提高其可靠性、互換性和抗干擾性。
通訊系統(tǒng)的冗余控制。與常規(guī)控制系統(tǒng)相比，腈綸紡絲自動化控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)一體化控制系統(tǒng)采用的是冗余控制系統(tǒng)，它包括冗余控制系統(tǒng)，冗余網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，冗余軟啟動系統(tǒng)，系統(tǒng)由是一個三級控制系統(tǒng),由管理計算機；過程控制系統(tǒng)及直接控制系統(tǒng)組成,兩套系統(tǒng)同時共作，互為冗余，可把電傳動系統(tǒng)工控機、PLC、觸摸屏和電、氣、液儀表參數(shù)進行一體化設(shè)計，實現(xiàn)紡絲智能化的控制，實現(xiàn)前、后紡的全程無級調(diào)速，即使任意一套出現(xiàn)如PLC，輸入、輸出模塊損壞及通訊中斷等故障時，另一套都能自動地投入。
能量回饋控制。為了解決腈綸紡絲變頻系統(tǒng)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，直接作為變頻器的一個外圍裝置，可并聯(lián)到變頻器的直流側(cè)，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(tǒng)。腈綸紡絲控制設(shè)計充分體現(xiàn)以人為本的思想，將設(shè)備的操作、顯示、電器、儀表、計算機有機的結(jié)合在一起，機、電、液控制系統(tǒng)統(tǒng)一設(shè)計，滿足紡絲工藝的要求，簡明的人性化操作界面，傻瓜式操作步湊，進一步提高紡絲可操作性和操作效率，紡絲現(xiàn)場控制臺通過網(wǎng)絡(luò)連接，把現(xiàn)場信號和操作命令傳送到主站的中央處理器，實現(xiàn)集中監(jiān)視與自動化控制采集的信息與控制網(wǎng)絡(luò)的信息，都可以通過主站PLC的中央處理器，提供給上一級監(jiān)視系統(tǒng)及工業(yè)以太網(wǎng)，在VFD房的程序中設(shè)置變頻系統(tǒng)故障代碼及故障處理幫助，為現(xiàn)場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(tǒng)。由管理計算機、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、工業(yè)局域網(wǎng)構(gòu)成，進行技術(shù)資料管理：建立腈綸設(shè)備技術(shù)檔案庫，進行運行狀態(tài)管理：建立腈綸設(shè)備運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)庫，進行工藝資料管理：建立腈綸紡絲工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫軟件功能結(jié)論隨著腈綸紡絲工藝的發(fā)展，對交流變頻自動化控制系統(tǒng)的可靠性提出更高的要求，進一步完善交流變頻控制系統(tǒng)所具有的協(xié)調(diào)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，為設(shè)備管理ERP系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)平臺，實現(xiàn)信息化現(xiàn)代化的腈綸企業(yè)奠定基礎(chǔ)。
參考文獻
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