氨纶黑丝纺控制系统

氨纶黑丝纺控制系统

侯文军王振东

侯文军王振东

新乡化纤股份有限责任公司河南新乡453011

摘要：在氨纶产能不断增加，市场竞争日趋激烈的前提下，分厂领导积极扩展思路适应市场，提出了生产市场很有需求黑色丝，为此我们设计了一套能生产黑色丝的装置，本文详细介绍了该装置的工艺设计方案、控制原理与组成，同时介绍了一种，不停电加装该控制系统的方法，供同行参考、商讨。

关键词：氨纶；OMRONPLC；横河DCS；安川变频器；控制系统PROFIBUS

1引言：

随着市场氨纶产能的逐步增加，市场竞争日趋激烈的前提下，分厂领导积极扩展思路适应市场，提出了生产市场很有需求黑色丝，为此分厂领导组织工艺、电气、设备技术人员进行攻关，设计了一套黑夜纺丝装置，以提高我们厂的市场竞争力。

2工艺设计方案

2.1色丝浆料调配罐：一个容积为0.2立方的储罐，用以储存调配色丝浆料，放置在二期1#线T3400F附近。储罐设置搅拌电机，罐上部除视镜外预留一个色浆投料口，储罐下方连接一台齿轮计量泵，齿轮计量泵的转数由变频器控制，泵后管路上加装一台滤器，一个流量计用来控制添加量。

2.2原液储罐：由色丝浆料调配罐的计量泵移送过来的色浆与以前的原液储罐计量泵移送过来的原液，按一定的比例经过混合器混合后，送到原液储罐，原液储罐一方面作为是黑液的储罐，另一方面作为黑液溶液的循环使用，这样节省了一个储罐。原液储罐容积为4.5立方的夹套罐，储罐设置搅拌电机，夹套通37度保温水，储罐内通氮气保护，罐上部留有视镜及观察孔，储罐下方连接一台移送泵，泵后管路上加装一台滤器。原液储罐的搅拌电机和移送泵电机均由变频器控制。

2.3纺丝高位槽及纺丝：原液从原液罐用移送泵打至纺丝高位槽，高位槽是容积为2.5立方的夹套罐，放置在2#线附近。罐内设置搅拌电机，夹套通37度保温水，罐内通氮气保护，留视镜灯及观察孔。罐下方连接一台增压泵，增压泵将原液通过管路移送至2#线1号-10号位计量泵进口管，增压泵泵后压力设定为30KG。原液通过1#-10#位纺成氨纶丝，同时将原液中的DMAC回收。纺丝高位槽储罐的搅拌电机和移送泵电机均由变频器控制。（备注：上述所有工艺管路均为夹套管，通37度保温水。）

3.1控制系统构成：整个控制系统是利用原有控制系统的DCS和PLC备用通道实现的；原控制系统配置了HIS0164和HIS0163两个工程师站；具体配置由CPU1.7GHz、内存1G、硬盘250G和19英寸液晶显示器的DELL机构成并采用WindowsXP操作系统。CENTUMCS3000控制站一个，其CPU、电源、V-net通讯线均采用双重化结构。PROFIBUS网络采用了一块ALP111卡件，模拟输入采用了AAI143，AAI143卡是一个16路4-20mA输入卡，模拟输出采用了AAI543，它是一个16路4-20mA输出卡；液位和压力变送器分别采用了EJA220和EJA530。整个系统有8台电机（四台搅拌电机、四台供给泵电机）和7台安川变频器。黑丝纺丝控制系统的开关量是由DCS通过PROFIBUS网络与OMRON的PLC进行通讯实现监控。由于PLC单点控制费用远低于DCS，这样就大大节约了投资。PLC控制系统采用OMRON公司的CJ1W-CPU42H并利用了备用的一个32位开关量输入模块CJ1W-ID231和一个16位开关量输出模块CJ1W-OC211。为了不使系统在改造时停车，变频控制没有采用原来的通讯方式，而是通过DCS的模拟输出通道（4-20mA）来控制变频器的转数，变频器的启停由PLC的输出点控制。

3.2系统软件配置：该系统使用WINDOWSXP作为操作平台，DCS软件采用CENTUMCS3000版本为R3.08，提供的主要软件包如下：（1）标准操作、监视功能。包括图形窗口，趋势窗口，调整窗口，过程报警窗口，操作人员引导信息窗口，顺序表窗口，SFC执行顺序功能图块。（2）组态功能软件。包括HIS操作、监视功能，FCS的控制功能，工程公共部分，如安全级定义、操作标记。（3）作图功能软件。（4）PROFIBUS通讯包等。PROFIBUS的配置使用了HILSCHER公司的SYCON软件，OMRON的PLC编程使用了CX-Programmer9.0软件。

3.3工作原理：DCS的主要作用是：采集、监控并设定黑丝纺丝系统的各个参数，如色浆调配罐、原液储罐、纺丝高位槽的液位（报警上下限）、温度（报警上下限）、通过压力变送器控制供给泵的转数。以使纺丝计量泵泵前压力保持恒定，DCS输出的数据，如色浆调配罐、纺丝高位槽搅拌、供给泵的启停信等参数号，都是通过PROFIBUS总线传送到PLC指定的DM数据区，电机的频率信号是通过DCS卡件的模拟输出通道传输给变频器的、DCS与PLC的通讯是使用PROFIBUS总线，以DCS为主站、PLC为从站进行通讯的。

3.4主要联锁关系：所有的搅拌电机都与各自储罐的液位下限联锁。当储罐的液位低于下限时，搅拌电机自动停止；所有移送泵、供给泵都与本罐的液位下限和被供给罐的液位上限联锁，也就是当原液储罐的液位低于下限、或纺丝高位槽的液位上限到时原液储罐的移送电机自动停止；纺丝高位槽的供给泵电机与供给罐的液位下限和供给压力上限联锁。

3.5变频器参数的设置：只有合理设置电机、运行、控制参数，变频器才能充分发挥自身功能，按照设计思想安全运行。为配合实现协议宏通讯的设计目的，相关变频设置如下：PIN频率指令的选择B1-01=1表示频率指令来自控制回路端子，B1-02=1表示运行指令来自控制回路端子，下面是一个压力控制器控制增压泵变频的控制功能块图。

4、在不停电状态加装改造控制系统

因此次改造是在二期2号线上加装的，而二期纺丝PLC控制器需要控制1-4号线，改造时又不想影响其它生产线的正常生产，为此我们分析：纺丝系统主要的控制对象是几台纺丝计量泵变频和几台SM风机变频等变频驱动的，一些热媒泵和一些水泵是由常规继电器和接触器控制的，它们主要是由PLC控制24V继电器，再由继电器的触点控制接触器从而控制电机的启停，当需要加装几台电机，重新写程序就必须停PLC才能下装程序，而这些热媒泵和水泵有备台，也可在非常短的时间内停一会，对生产影响也不大，为此我们在下装程序前，将24V电源直接加在继电器上，使这些热媒泵和水泵在下装程序时能正常运行。但此时缺点是这些泵也不受DCS的控制，所以操作要快。具体操作时可在备用泵上加装，加装好后立刻将运行的泵停下来。二期变频器采用了PLC与变频器的通讯方式进行控制，通讯使用了MODBUS通讯协议，PLC为主站、安川变频器为从站。PLC具体使用了两个CJ1W-SCU41-V1模块与三组变频器通讯。从原理上分析，当通讯总线断线时，变频器不会停止，而是会保持在通讯中断前的那个频率上运行，为此我们在废液纺的控制系统上进行了实验，并得到证实。这样我们将需要改造的线路先改造好，需要不停止运行的泵按上述方法短接好，并将改造的PLC程序事先编写好，断开各组通讯总线，将新程序下装到PLC，恢复通讯总线，恢复水泵、热媒泵的原始接线完成改造。

5、结束语

整个氨纶黑丝纺丝系统全部由我分厂技术人员独立设计安装、调试。本系统自2015年3月实验投运以来，控制系统系统运行一直运行稳定可靠，并且投产后就生产出了合格的产品，本套装置由工程公司报价为190多万元，由于我们利用了废弃的储罐、和DCS和PLC的备用通道，并省去了流量计，使该项目总共花费了十几万元，为公司节约了大量的投资，另外生产的黑丝比普通丝每吨贵约3500元（去除色丝浆料成本），每天的产量为1.4吨，这样每年可产生的效益1.4×3500×360=176.4万。社会效益：不停电加装系统的方法，可以为老系统改造，而又不想让原来系统停车提供了新的思路。在我们的MDI固改液的项目中也运用了此方法，此方法有一定的推广价值。

参考文献：

[1]YOKOGAWAElectricCorporationIM33S01B30-01E15thEdition

[2]YOKOGAWAElectricCorporationIM33Q01C01-01E14thEdition

[3]OMRON编程手册

[4]安川变频器H1000快速使用指南

作者简介：

侯文军，男，1968年生，1990毕业于河南广播电视大学电气工程专业，电气工程师，从事电气设备维护、管理及技术改造工作。