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。