摘要：本文主要介绍了交流变频腈纶纺丝所采用全数字变频调速矢量控制技术在国内腈纶纺丝生产线上的应用的现状及其发展方向进行探讨，对交流变频腈纶的控制方式的选型具有一定的参考价值。

    关键词：同步电机；变频技术；调速；PLC系统；控制；发展方向

    1 概述

    腈纶纺丝生产线是一套连续性生产的装置，生产工艺二十多个工位电机在静态和动态下高精度同步运转，由于电气系统被控对象复杂，既有各工位的起、停、连锁保护，又有整个系统调速、拉丝点位置、松弛环路等过程控制，工艺对电气拖动系统的技术要求较高，生产线从F01计量泵到F20卷曲机有二十个工位，这二十个工位电动机要求严格按给定速度比例高精度同步启动、停止以及正常运转，尤其三个牵伸组，溶剂牵伸（F4、F5），要求牵伸比为2.5，热牵伸（F13、F14）要求牵伸比为4.6，再二牵伸（F18、F19）要求牵伸比为1.4。并且这些牵伸比根据生产要求随时可调。这就使这二十台正常运转电动机当中，既有主动电机又有从动电机，F01及其备用变频器系统是一台变频拖动多台电机。西门子6SE70变频器参数复杂、功能较多，必须了解生产线上所有电机的机械特性，掌握每一个工位的运行规律，并且采取有效的方法的方法，使变频器直流母线的电压保持在有效范围,避免变频器过电压。

    2 交流变频腈纶生产线工艺系统特点及的技术难点探讨

    2．1 腈纶纺丝工艺及传动系统特点

    成组控制：多电机成组协调传动是腈纶纺丝传动系统的一个特点；生产工艺连续性强，动态同步性能要好；有恒牵伸和恒张力控制要求；恒转矩负载特性；要求速度控制精度高；高速纺，设备惯性大；高低速切换。

    2．2 腈纶纺丝传动系统难点控制联锁

    设置联锁目的：在发生异常、事故、或危险的情况下，及时地阻止这种危险，或是采取措施防止事故进一步扩大。

    纺丝线控制联锁分为两类：一是开停机联锁，即设备有条件运转，另一个是速度联锁，即前后设备速度的比例跟踪。

    按控制区域划分：前纺（F1~F15）和后处理（F16~F20）两部分 ，互相独立

    开停机联锁

    前纺紧急停车：E、P盘急停按钮，联锁F4~F15

    丝束水洗组联锁：丝束水洗组（F6~F10）整组联锁

    前纺整组起停：控制F6~F14整组起动、整组停止。

    油雾发生器联锁：二台油雾发生器与水洗机联锁。油雾发生器起动后才能起动F6~F10

    热牵伸组联锁：F12（离合辊）及F13~F14整组联锁：F12、F13和F14脚踢开关、F14星辊缠辊 、松弛环路高低 限光电等动作。水洗组联锁停车后，热牵伸组将联锁停车。

    热牵伸组整组起停：控制F12离合辊、F13、F14整组起动、整组停止。

    松弛环路联锁：上下限超限动作后， F12离合辊、 F13~F15联锁停车 ；铺丝机头缠辊检测动作，F15联锁停车。

    后处理F16~F20为一组联锁，任一停则全停

    定型机联锁 ：入口扑结、入口缠辊、出口超限、热水循环泵停， F16~F20（包括输送带）全停。

    再牵伸机联锁：再牵伸机入口张力辊上下位超限，上油入口张力辊上下位超限 。

    速度联锁 前纺速度控制分为A、B两组，A组：F1~F12，B组：F13~F14；F15速度由松弛环路控制，现场纺丝控制盘上设置F1~F10设加减速开关，单独调速（微调）各工位的速度，现场热牵伸控制盘上设置F12~F15设加减速开关，单独调速（微调）各工位的速度。各工位的速度联锁为：F1~F4联锁：F2~F3速度随F4速度比例变化；F5~F14速度联锁，后工位随前工位速度变化而变；保证牵伸关系不变；


    F1~F15整组低速：F1速度为中心速度的1/3.6，F2~F15速度为中心速度的1/3； F13、F14整组低速（引丝）：引丝速度由工艺人员在操作面板上设定；当F1~F14各工位纺速确定之后，整组升降速时，相互之间速比、牵伸比关系保持不变。

    各工位纺速值由工艺人员在操作面板上设定，现场加减速开关调节范围预设20%，整组调速调节范围预设30%。主控柜（E）上设钥匙开关，便于在F1~F14速度调整完成后，断开各工位的加/减速回路。F15的速度由丝束在松弛环路中的位置确定。

    后纺速度控制分为定型机入口（F16）到卷曲机（F20），在定型机主控盘（TT盘）上设置 F16~F20设加减速开关，单独调速；该组有三个纺速：单机点动、整组低速、整组高速

    单机点动：在现场SI、SO、TT、R、CR控制盘上分别设置了单机点动按钮，若按点动按钮，则点动速度优先，点动速度值由操作人员在操作面板上设定（固定值）；整组低速：在现场SI、SO、TT、R、CR控制盘上分别设置了整组"低速-高速"控制开关，任意一个打"低速"，后处理组将按低速运行；整组高速：整组"低速-高速"开关任意一个打"高速"，后纺组将按正常高速运行。松弛环路控制 F15的速度由丝束在松弛环路中的位置确定控制，用4个光电开关检测丝束位置，实现转速闭环控制。高低极限位实现上下限联锁保护开关，与热牵伸组联锁。中间2个光电实现调速控制，自动调节铺丝机速度，使之与F14纺速协调。软件中采用自学习控制技术开发的松弛环路专用控制模块，保证丝束垂环处于两光电之间稳定运行。PLC及传动系统

    采用基于PLC和现场总线的控制系统方案，以S7-400H为控制核心，通过Profibus现场总线连接分布式I/O从站和变频传动设备。系统结构由CPU控制主站、分布式I/O、操作员面板（人机界面）、以及现场设备（变频器）等几部分组成，CPU主站选用S7-400H，正常-备用选择开关信号、一二烘循环风机信号、F1和F2采集信号等直接进入主站。现场E、P、TT控制盘各配1套ET200分布式IO，将现场的I/O信号通过现场总线送入CPU控制主站，CPU主站与 ET200、变频器、操作面板等采用Profibus现场总线通讯，与DCS上位机采用ModBus协议通讯。

    操作员面板（人机界面）

    人机界面功能

    主画面：以生产流程图方式显示各工位线速度、电机电流、输出频率等主要生产参数；设定画面：工艺人员设定各工位正常纺速、热牵伸组引丝速度、后处理点动速度、修改减速比等；监控画面：实时监视腈纶纺丝线各工位的运行状况，显示各工位线速度、电机电流、输出频率。

    报警画面：对腈纶纺丝整个电气系统的异常情况进行反映。

    3 交流变频技术在腈纶纺丝行业的发展方向

    变频传动控制系统。变频传动控制系统方式朝共直流母线方式发展，不仅可以减少控制系统体积，而且可以大大节省投资成本。在腈纶纺丝拖动系统进行应用，提高其可靠性、互换性和抗干扰性。

    通讯系统的冗余控制。与常规控制系统相比，腈纶纺丝自动化控制系统网络一体化控制系统采用的是冗余控制系统，它包括冗余控制系统，冗余网络系统，冗余软启动系统，系统由是一个三级控制系统,由管理计算机；过程控制系统及直接控制系统组成,两套系统同时共作，互为冗余，可把电传动系统工控机、PLC、触摸屏和电、气、液仪表参数进行一体化设计，实现纺丝智能化的控制，实现前、后纺的全程无级调速，即使任意一套出现如PLC，输入、输出模块损坏及通讯中断等故障时，另一套都能自动地投入。

    能量回馈控制。为了解决腈纶纺丝变频系统处于再生发电状态产生的再生能量，采用四象限运行的电压型交-直-交变频器，或者电源再生装置，把有源逆变单元从变频器中分离出来，直接作为变频器的一个外围装置，可并联到变频器的直流侧，将再生能量回馈到电网中,是降低能源消耗的有效方法。一体化智能化腈纶纺丝控制系统。腈纶纺丝控制设计充分体现以人为本的思想，将设备的操作、显示、电器、仪表、计算机有机的结合在一起，机、电、液控制系统统一设计，满足纺丝工艺的要求，简明的人性化操作界面，傻瓜式操作步凑，进一步提高纺丝可操作性和操作效率，纺丝现场控制台通过网络连接，把现场信号和操作命令传送到主站的中央处理器，实现集中监视与自动化控制采集的信息与控制网络的信息，都可以通过主站PLC的中央处理器，提供给上一级监视系统及工业以太网，在VFD房的程序中设置变频系统故障代码及故障处理帮助，为现场电气工程师提供近程和远程技术支持。采用带

    一体化管理系统。由管理计算机、数据库管理系统、工业局域网构成，进行技术资料管理：建立腈纶设备技术档案库，进行运行状态管理：建立腈纶设备运转数据库，进行工艺资料管理：建立腈纶纺丝工艺参数数据库软件功能结论随着腈纶纺丝工艺的发展，对交流变频自动化控制系统的可靠性提出更高的要求，进一步完善交流变频控制系统所具有的协调控制、冗余控制、功能互补、安全连锁、分散控制、集中管理的特点，为设备管理ERP系统提供标准平台，实现信息化现代化的腈纶企业奠定基础。

    参考文献

    [1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术: 机械工业出版社, 2005.1

    [2]西门子工业通讯

    [3]SIMOVERT MASTERDRIVES 矢量控制使用大全. SIEMENS ELECTRICAL DRIVES LTD. 1999.04.