1 引言
化纖生產是長流程連續化生產，一般要求一年內無故障連續運轉8000h以上，即化纖設備運轉的可靠性要求高于一般紡織機械設備。化纖一般分為人造纖維和合成纖維兩大類。我國化纖以合成纖維為主，而合成纖維中又以滌綸纖維為重點發展，其生產規模越來越大，年產3萬噸至10萬噸的滌綸短纖維生產設備已趨成熟。本文以年產3萬噸滌綸短纖維生產設備為例。滌綸短纖維生產設備包括紡織聯合機和后處理聯合機。
紡織聯合機包括紡絲機(主要有紡絲箱體、紡絲組件、紡絲泵、計量泵、冷卻吹風和上油、聯苯加熱等)，卷繞機(主要有上油、牽引機、喂入機等)和絲桶往復裝置(主要包括進桶輸送、臺車、縱向和橫向運動裝置，絲束出捅輸送裝置等)。
后處理聯合機包括集束架、導絲機、浸油槽、一道牽伸機、水浴槽、二道牽伸機、蒸汽加熱管、緊張熱定型機、冷卻噴淋機、三道牽引機、疊絲機、三輥牽引機、張力架、蒸汽預熱槽、卷曲機、鋪絲機、輸送機、松弛熱定型機、曳引張力架、曳引機、切斷機和打包機等。
2 控制系統
滌綸短纖維生產設備的控制系統方框圖如圖1所示，系統采用工業計算機作為上位機、PLC為各分系統的控制核心。各分系統的PLC與各變頻器、伺服控制器、現場I/O等通過現場總線(Profibus-DP)進行通訊，構成現場總線控制系統，而各分系統的PLC與操作員站和工程師站通過工業以太網(Industrial Ethernet)進行通訊，實現車間級和廠級信息管控，提供實時數據。為實現管控一體化提供了條件。
圖1 滌綸短纖維生產設備控制系統方框圖
2.1 紡絲聯合機控制
紡絲聯合機主要技術特征:
日產量:100t/d;
紡絲位數:32或36位;
機械速度:500~1500m/min;
絲桶縱向速度:5~10m/min;
絲桶橫向速度:0.5~3.5m/min;
全機總功率460kW(其中傳動功率160kW，聯合加熱300kW)。
控制系統方框圖如圖1，控制系統包括工程師站、操作員站、紡絲控制、卷繞喂入控制、絲桶往復控制分站。
圖2 紡絲控制系統方框圖
操作員站完成對生產流程畫面顯示，可對工藝參數，PID調節參數進行設定、修改、記錄、查詢、打印以及報警信息的紀錄、查詢和打印等。
工程師站除具有操作員站主要功能外，還具有對多條生產線(如紡絲及后處理聯合機)的編程、組態、調試和修改等功能，還具有故障診斷功能。
操作員站和工程師站均由工控機實現。人機界面采用觸摸屏，可方便地在觸摸屏上設定紡絲工藝參數、運行控制、工況顯示、故障報警顯示以及數據紀錄和查詢等紀錄。
(1) 紡絲機控制系統方框圖如圖2所示。紡絲PLC(1PLC)對32臺紡絲泵，1臺上油泵的變頻對調速，對4臺紡絲箱體溫度壓力進行監控，系統設有4個現場I/O，通過人機界面實現工藝參數的設定、修改、各有關數據采集，并控制上述設備的運行。
(2) 卷繞喂入控制系統方框圖如圖3所示，卷繞PLC(2PLC)出控制1~6牽引輥、導絲輥、喂入輪、上油泵(輪)電機的調速外，還控制紡絲吹風裝置，設有5個現場I/O，通過觸摸屏完成工藝參數的設定、修改和數據采集等。
圖3 卷繞喂入控制系統方框圖
牽引輥1至牽引輥6之間各輥在牽引絲束時可能出現發電運行狀態，即倒拖現象，這將導致牽引比不穩定。為此，采用共直流母線供電方式，將牽引輥1~6共6臺逆變器由1臺整流單元供電，即可保證處于發電運行的電機所產生的回饋能量消耗在處于電動狀態運行的電機中，這樣，負功率能量通過直流母線可自動平衡，加之各逆變器端直流電壓并聯連接，濾波電容容量增大，因而，直流母線的電壓不致升高，牽伸比的穩定得到保證。
(3) 盛絲桶往復裝置控制系統如圖4所示，絲桶往復PLC(3PLC)控制絲桶往復裝置的縱向、橫向伺服電機的精確傳動，并通過觸摸屏實現有關參數的設定、修改和采集，同時設有定長裝置，對每桶絲的長度進行精確定長，使各絲桶的尾絲浪費降到最低。
圖4 絲桶往復裝置控制系統方框圖
直接紡的紡絲聯合機還應包括熔體配管增壓泵PLC站(4PLC)，該PLC站主要是控制熔體配管的溫度和熔體壓力，增壓泵采用交流異步電機傳動，選用矢量控制型變頻器精確調速，調控配管內熔體壓力。
