罗克韦尔自动化A-B1366Force变频器在涤纶短纤维设备中的应用

1．引言：随着聚酯纤维工业的快速发展，涤纶短纤维逐渐向大规模、低成本、国产化、多品种方向发展。我国聚酯纤维工业，从50年代开始研究短纤维到70年代末开始从国外引进成套生产技术设备，仅用二十年的时间，在促进工业发展的快速化方面取得了举世瞩目的成绩。我公司自主开发设计的，国内机械制造厂生产的年产七万吨（两条100T/D）直纺涤纶短纤维生产设备，融合国内外先进工艺技术，先进的自动控制理论，填补了国内的空白。
2．七万吨直纺涤纶短纤维生产工艺：
2．1生产工艺流程：熔体自聚合釜出口——增压泵——过滤器——聚合物热交换器——熔体分配器——静态混合器——冷冻阀——纺丝箱体——纺丝计量泵——纺丝组件——中心吹风筒——纺丝上油——卷绕集束——卷绕牵引机——喂入轮——盛丝桶——后纺集束装置——导丝机——浸渍浴槽——一道牵伸机——水浴牵伸槽——二道牵伸机——蒸汽加热箱——紧张热定型Ⅰ——紧张热定型Ⅱ——紧张热定型Ⅲ——油剂喷林——三道牵伸机——叠丝机——三棍牵引机——张力架——蒸汽预热箱——卷曲机——铺丝机——上油装置——松弛干燥机——张力机——切断机——打包机
2．2工艺装备简介：
（1）．熔体输送系统机构：熔体冷却器；熔体分配器；静态混合器；熔体过滤器。
（2）．熔体保温系统：熔体自聚合釜出口至熔体分配器采用液相热媒循环系统，熔体分配器与纺丝箱体共用同一汽相热媒系统。
（3）．纺丝计量泵和组件：计量泵卧式安装；组件采用下装式。
（4）．前纺丝束冷却：由中心向外吹的环型冷却。
（5）．纺丝上油：单侧夹缝式上油器。
（6）．卷绕牵引喂入：6棍牵引机加葵花喂入轮。
（7）．后牵伸：第一段油浴加热；第二段蒸汽加热。
（8）．卷曲：张力检测+蒸汽加热+机械卷曲+热空气链板干燥。
（9）．后纺联合机传动：采用单机变频调速（A-B1336Force中低压变频器），现场集中控制。
（10）．打包装置：采用HV809型打包机。
3．涤纶短纤维自动系统控制组成：
3．1前纺自动控制系统：（自熔体增压泵至盛丝桶往复装置） 采用西门子系列自动控制系统，控制相对独立、设备可靠性高、响应速度快。包括西门子MICROMASTER440(0.12KW～75KW)系列和6SE71系列变频器，操作界面，通讯系统，中央控制系统。根据相应的总线要求，留有与工作站通讯网络相联接的软硬件接口，通过工作站对以上设备进行监控。

3．2后纺自动控制系统：（自后纺集束装置至打包装置） 打包装置采用HV809型打包机。由于化纤短纤维松散，比重轻，要多次计量压紧后才能打成一包的特点，因此打包计量控制器既要满足这些特点，并提供相应控制信号给打包机的PLC和相关的执行机构，故采用先进的进口称重传感器、计量仪表、PLC及触摸屏构成。
后处理联和机控制系统（自后纺集束装置至松弛干燥机装置），基于现场总线的分布式控制系统，通过DeviceNet与Logix5555  PLC，实现全数字化，全现场化，现场智能控制，然后进行设备中央集中监控。后纺自动控制系统网络配置图（见图一），图中工程师站和操作员站在中央监控室；后纺系统1为PLC9A、PLC10A；后纺系统2为公用工程；后纺系统3为松弛干燥系统；后纺系统4为打包、曳引、切断。工程师站装RSLogix5000开发版软件，操作员站装RSLogix5000运行版软件。

图一    后纺自动控制系统网络配置图
4．A-B1366Force变频器在后处理联和机中的应用：
后处理联合机控制系统对产品各参数、优等品率起决定作用，而且生产适应性强，生产品种范围较广。后纺由九台主设备采用单机单变频拖动形式，采用罗克韦尔自动化A-B1336Force系列中低压变频器驱动控制，单元设备分布范围广，负荷功率大，最大为525KW。根据工艺牵伸比的要求，每个单元机的牵伸速度必须严格按一定比例提供，在任何运行状态下必须满足同步的要求，并且要求整个联合机同步传动时具有良好的动静态快速响应性能，确保丝束的拉伸张力相对不变。罗克韦尔A-B新一代Controllogix系统和A-B整流柜、回馈单元及逆变器，提供了整条生产线上位机监控网络系统及后处理联合机的电气传动控制系统，组成了一套既能满足生产控制需要又代表先进控制技术的混合型现场集中控制系统（FCS控制系统）。
4．1根据装机容量的要求，选用A-B公司的2364－GJN型整流电流柜，柜内包括断路器、整流模块、直流电抗器及控制板等元件；反馈单元采用2364FA－MIN逆变反馈器，该设备由IGBT组成，反馈单元自动检测电源相位，能将能
量反馈到电网中去，并内置电抗器，以防造成电网波动。九台逆变器选用1336Force系列矢量逆变器（见图二后处理联和机变频器动力配置图），在单个产品中它集成了高性能马达控制、数字通讯能力和先进的动力结构设计，使用最新的IGBT功率模块和高级的控制算法，以任何速度下的平衡的性能、超常的转矩，使电动机低噪音、高效率的运行。

图二    后处理联和机变频器动力配置图
4．2牵伸比的设置和控制
     根据工艺要求和设备性能，主令速度为紧张热定型1，联合机设有低、中、高三种速度。低速为开车准备生头速度，中速和高速为联合机正常运行速度。
     牵伸比的设置和控制具有灵活设置；低速生头牵伸比与中高速运行牵伸比自动转换；各种速度下运行牵伸比同步；低、中、高速自由转换，平衡过渡等特点。     
4．3大功率直流母线平衡能源
    九台传动电机共用一台大功率整流单元，为其提供共用的直流母排，母排下连接各个单元逆变器。由于涤纶纤维牵伸时前进速度、工艺参数要求的不同，在某一时间，有的电机处于发电状态，有的电机处于电动状态，处于发电状态的电机其逆变器单元发出电能送到直流母线，再进行电能的从新分配。节约了电能，没有造成浪费，又降低了消耗成本。直流母线侧提供制动回馈单元，实现快速制动，全线紧急制动时间小于5秒钟，并能将制动电能回馈电网。
4．4同步控制
    在九台逆变器之间具有设备－设备之间的通讯功能，加快了设备之间的通讯速度，设备－设备之间的扰动跟随性能加强。使系统升速、恒速和减速过程完全同步，确保不断丝、不缠丝、不回丝，电机不过载，升降速平衡运行。

5．结束语
      七万吨直纺涤纶短纤维生产控制系统，设备复杂，数据采集量大，系统集成度高，组网灵活，管理能力强。PLC和传统的过程控制有机结合在一起，易于设备管理维护，及新产品开发。在生产现场、测量控制设备之间实现了开放式、数字化、多点通讯的底层控制网络，系统安全性、可靠性充分发挥。