艾默生PLC與變頻器在化纖柔性生產(chǎn)線上的應(yīng)用

1 前言

柔性生產(chǎn)線具有配置簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，可程序化和重新配置的優(yōu)點(diǎn)，而被廣大用戶所采用。化纖柔性生產(chǎn)線中，擠出機(jī)是整個(gè)設(shè)備的重要部分，而后續(xù)各卷繞部分的速度同步才是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。系統(tǒng)中多電機(jī)速度同步精度的高低，直接影響著化纖絲成品的質(zhì)量。

在以前的此類(lèi)生產(chǎn)線中，大多數(shù)采用在各輥上安裝現(xiàn)場(chǎng)操作箱，根據(jù)實(shí)際情況人為調(diào)整速度的方法進(jìn)行控制。這種方案存在如下缺點(diǎn)：

1）不便于數(shù)據(jù)的集中管理；

2）需要根據(jù)各個(gè)速度，手工計(jì)算牽伸比；

3）實(shí)際速度不滿足要求，需要再循環(huán)跑到各個(gè)區(qū)域去調(diào)節(jié)，操作非常麻煩；

4）廢品率偏高。

針對(duì)上述問(wèn)題，此次設(shè)計(jì)中，在理念上采用集中控制與分散控制相結(jié)合的方式，將觸摸屏與PLC作為控制的核心。觸摸屏設(shè)置配方數(shù)據(jù)，PLC直接計(jì)算牽伸比，通訊控制變頻器速度。集中的操控人機(jī)界面，并在各輥上安裝現(xiàn)場(chǎng)操作箱，既能在觸摸屏上進(jìn)行所有的控制，又能在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的操作。

通訊的應(yīng)用是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的一大主題，用通訊方式設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，能有效的避免硬件故障帶來(lái)的整個(gè)系統(tǒng)的損失。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

工藝流程如圖1所示

圖1 化纖柔性生產(chǎn)線流程圖

化纖柔性生產(chǎn)線簡(jiǎn)介：化纖柔性生產(chǎn)線是化纖絲生產(chǎn)中的一種重要的生產(chǎn)線，它的結(jié)構(gòu)包括擠出機(jī)，計(jì)量泵，分絲盤(pán)，水箱，牽伸輥機(jī)（包括加熱和不加熱），導(dǎo)輪，冷卻箱，力矩輥機(jī)和收絲機(jī)。在加工時(shí)，將化纖顆粒放入擠出機(jī)漏斗，經(jīng)過(guò)擠出機(jī)加熱擠出并在分絲盤(pán)將化纖溶體分成幾百束的初級(jí)化纖絲后經(jīng)水冷卻，然后將化纖絲幾十根為一把經(jīng)過(guò)導(dǎo)輪纏繞在各牽伸輥機(jī)上逐級(jí)拉伸后變成很細(xì)的化纖絲成品卷繞在收線盤(pán)上。從最初的化纖絲到成品之間化纖絲的初細(xì)就靠各輥機(jī)運(yùn)行速度的逐漸加快來(lái)確定，具體的快慢由牽伸比設(shè)定，不同的產(chǎn)品牽伸比不同。

本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了操作的簡(jiǎn)易性，只需要設(shè)定其中的主速度，通過(guò)牽伸比就可以把各級(jí)的速度分別計(jì)算出來(lái)，在調(diào)節(jié)速度時(shí)，各級(jí)的牽伸比也會(huì)自動(dòng)計(jì)算出來(lái)，并進(jìn)行自動(dòng)保存。

現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)，在各級(jí)上有一現(xiàn)場(chǎng)操作箱，可以進(jìn)行速度同升同降，單獨(dú)啟動(dòng)、停止，聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)、停止和緊急停止功能，另外在4熱七輥機(jī)和8熱五輥機(jī)的兩個(gè)操作箱上還裝有兩個(gè)線速表，用以顯示當(dāng)前的線速度，便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)。集中監(jiān)控時(shí)，將控制柜上的選擇開(kāi)關(guān)撥到觸摸屏端，即可用觸摸屏進(jìn)行啟停操作，但不管集中控制還分散控制，都可在觸摸屏上設(shè)定數(shù)據(jù)和顯示當(dāng)前頻率和電流。

3 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由觸摸屏、PLC、變頻器、測(cè)速編碼器以及其它一些輔助元器件組成。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)通訊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，運(yùn)行可靠。PLC采用艾默生公司的EC20-3232BRA主控制模塊，外帶一個(gè)16點(diǎn)的EC20-1600ENN輸入擴(kuò)展模塊。

EC20 PLC是艾默生小型PLC的最高端產(chǎn)品，它具有高可靠性、高響應(yīng)性，強(qiáng)勁的通訊功能，豐富的指令集等，其中程序容量可達(dá)到12K步，而基本指令時(shí)間才0.09μs。它的板件經(jīng)過(guò)了嚴(yán)格的三防處理，工作電壓AC85~280V，具有卓越的抗干擾性，是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保證。最重要的是它自帶了一個(gè)RS485/RS232的通訊接口，有豐富的通訊指令，使得和外部設(shè)備通訊變得更為簡(jiǎn)潔方便。

由于各牽伸輥機(jī)對(duì)速度要求非常高，所以各牽伸輥機(jī)的變頻器均采用艾默生TD3000系列，一共使用了7臺(tái)TD3000變頻器，并且3五輥機(jī)、4熱七輥機(jī)、6熱七輥機(jī)、8熱五輥機(jī)、9熱七輥機(jī)和11七輥機(jī)都增加測(cè)速編碼器以保證設(shè)備對(duì)速度精度的要求。12收線機(jī)由于設(shè)備對(duì)速度要求不是那么嚴(yán)格，所以采用了不帶測(cè)速編碼器的TD3000變頻器。

TD3000變頻器是艾默生公司高性能的矢量控制型變頻器，可以加測(cè)速編碼器組成速度閉環(huán)控制，能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速響應(yīng)和準(zhǔn)確控制，能以很高的控制精度進(jìn)行寬范圍的調(diào)速運(yùn)行。具有自動(dòng)調(diào)諧、零伺服控制、速度控制和轉(zhuǎn)矩控制在線切換、編碼器斷線檢測(cè)、能進(jìn)行參數(shù)考貝等多種功能，并有RS485自由通訊接口，完全可以滿足系統(tǒng)的要求。計(jì)量泵采用的是兩臺(tái)艾默生EV1000通用型變頻器。

監(jiān)控人機(jī)界面采用10.4寸觸摸屏，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和設(shè)定，直觀可靠。

在整個(gè)系統(tǒng)中，PLC是控制中心，它可以獨(dú)立完成整個(gè)控制過(guò)程，在觸摸屏發(fā)生故障時(shí)，仍然可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)操作箱進(jìn)行控制而不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

系統(tǒng)主控制部分如圖2所示

圖2 電氣主控制原理圖

系統(tǒng)PLC控制部分如圖3所示

圖3 PLC電氣原理圖