氨纶卷绕系统研究与改进

【摘要】针对控制方式单一的氨纶卷绕系统存在的问题，将配方管理技术、编程语言、PLC编程、通讯技术进行有效结合，改进了早期的氨纶卷绕控制系统，多配方同时生产，效果显著。

【关键词】氨纶；卷绕角；横动；摆频；PLC HMI；位控；改进

一、存在的问题

我公司一期二期纺丝工程共有6条大生产线，分为12条小线，每条小线12个位共48台卷绕机，共有288台卷绕机。控制方式都是线控，存在以下问题。

1.卷绕控制方式都是线控，一条小线每次只能生产同一个批次的产品，生产的工艺配方单一，丝饼成型质量一般，无法完成大丝饼的生产。

2.由于设备进厂早，一二期的卷绕控制系统只能进行单角度的纺丝，无法进行多角度纺丝，很难提高丝饼卷装成型质量，在工艺上有较大的局限性。相关影响主要如下：

（1）氨纶丝的成型差，目前正常生产出来的丝饼都有轻微的凸肚形象，严重直接形成凸肩、凸肚、端面不齐等不良丝饼。

（2）断丝数量增加，由于在目前的生产工艺条件下，凸肩凸肚丝饼，需要调整导丝器的位置，而导丝器位置的调整，会造成丝束吸附在GR上，经常会造成断丝，形成连锁反应。

（3）后续工序的退绕性能差，影响客户使用。

（4）不良丝饼需要经常性停纺处理，直接造成废丝、薄卷丝、停位时间和员工工作量增加。

（5）由于设备的问题，也会给以后公司新产品的生产带来一定的局限性。

为此，我们细致研究线控到位控的控制方式的改变的可行性，探究单角度纺丝到多卷绕角纺丝生产的可行性，改善氨纶丝饼成型质量以满足不同的客户需求。

二、卷绕系统改进

依托现有设备工艺流程，做以下改进：

1.线控改为位控

线控改为位控，将能更有效的满足生产需求，实现的要点在于原系统的充分利用以及新系统的无级对接，将原有的线控变频器（1拖24）取消，对每个位的横动系统将独立控制（1拖1）。如图1所示

2.单角度纺丝到多卷绕角纺丝的改进

研究发现，丝饼成型主要是横动装置的控制，对现场各条生产线观察比较发现，在位控的条件下按照事先编好的PLC程序，实时调整横动速度，能实现多角度纺丝。

实验结论：横动系统（TR）工作正常，丝饼切换（AD）正常；实现多卷绕角纺丝的设计；新增设备同原控制系统衔接良好；多卷绕角的生产能够明显改善丝饼成型质量。试验产品发到客户做测试，2010年3月29日，技术部反馈客户使用正常。至此，多卷绕角在理论和实际上得到验证。

3.探究做大500g丝饼的可行性

由于系统原因，原有系统无法生产出500g的丝饼，这是一个横在我们面前的难题，将难题化为课题，课题化为问题，需要从卷绕机的结构、工作原理以及机械性能着手进行研究、实验论证。

4.有效改善丝饼的成型效果

三、方案设计和实施

1.技术创新点

卷绕系统的核心是横动系统的控制，横动控制装置的主要任务是控制横动速度的控制，横动速度的控制在氨纶行业都采用变频器进行控制，问题转化为对变频器的控制，核心是摆频控制。

2.多卷绕角控制系统设计

为使丝饼卷绕成型得到有效控制，实现多角度进行纺丝，需要对卷绕角控制方案进行设计，让中心频率可以随着时间得改变而改变，并同时做横动运行，满足纺丝卷绕的工艺要求。

控制系统设计：PLC+HMI+变频器

a.系统构成

每台卷绕机增加一只TR变频，选用中型PLC，通过RS485或者MODBUS通讯，编程去控制变频器，实现卷绕机TR速度实时调节。再辅以人机画面（触摸屏或者上位机监视软件）作为控制和监控的接口。

b.控制选型

c.程序编写和上位编程

包括PLC程序编写，主要是实现卷绕角度之间的连续切换，各种卷绕工艺的程序编写包括斜率控制、抛物线控制等，实现多卷绕角实时控制；触摸屏（HMI）组态，实现卷绕工艺配方管理如图5所示，卷绕数据监视，设备运行监视，参数设置等功能，便于操作人员操作，缩短工艺变更时间，提高生产效率。

四、效益分析：

通过以上措施，对公司一二期纺丝卷绕系统进行多卷绕角改造，实践表明，改造后纺丝卷绕系统运行稳定可靠，效果显著，主要体现在以下几个方面。

1.以前只能生产400g丝饼，实现大丝饼（500g）生产，提高了丝饼产量。

2.解决了单一品种生产的现状，能同时生产多个产品种种，满足客户的多种产品需求。

3.通过对卷绕角度的修正，丝饼成型质量对比以前得到很大改善。

4.改造前需要专职的工艺人员更换配方，多个地方修改，耗时长，不方便，还有安全隐患；现在在HMI界面上直接更换配方，安全省时便利灵活，便于追溯。

5.多卷绕角改造后，生产500g不同品种的丝饼，每年增效240万元，经济效益可观。

参考文献

[1]1769-SM2 COMPACT I/O DSI/Modbus communications module.ROCKWELL AUTOMATION Publication 1769-UM013B-EN-P-January，2006.

[2]CONTROLOGIX.Publication 1756-UM001D-CHN May 2003.

[3]C语言程序设计（第2版）[M].清华大学出版社，2008-11-1.