吳曉白

（中國石化儀征化纖股份有限公司聚酯中心，江蘇儀征 211900）

設(shè)備改造

聚酯切粒機轉(zhuǎn)速控制方案優(yōu)化概述

吳曉白

（中國石化儀征化纖股份有限公司聚酯中心，江蘇儀征 211900）

介紹并分析了聚酯某生產(chǎn)線6臺切粒機原轉(zhuǎn)速控制方案及其缺點，重點介紹了新控制方案的設(shè)計思路及編程過程中的主要步驟及注意事項。

切粒機 轉(zhuǎn)速控制 合轉(zhuǎn)速系數(shù) 熔體分配

聚酯生產(chǎn)線的切粒工序，其主要的作用就是將熔融的PET熔體經(jīng)過冷卻、切粒、干燥后，包裝成為成品，供下道紡絲工序使用。切粒機轉(zhuǎn)速控制方案的主要目的是：在熔體出料泵轉(zhuǎn)速變化或某臺切粒機停運（或投運）時，自動調(diào)節(jié)已投運的切粒機的轉(zhuǎn)速，使切出來的粒子大小符合產(chǎn)品質(zhì)量要求。工藝上專門有一項指標，叫做“百粒重”。早期由于單條生產(chǎn)線的負荷低，每臺最終縮聚反應(yīng)釜后只有兩臺切粒機，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制方案是合轉(zhuǎn)速控制：平時兩臺切粒機各50%負荷運行，當(dāng)有一臺切粒機退出運行時，另一臺自動提高轉(zhuǎn)速，承擔(dān)全部負荷。后來，隨著單條生產(chǎn)線生產(chǎn)能力的提高，終縮聚反應(yīng)釜后需多臺切粒機。傳統(tǒng)的合轉(zhuǎn)速控制方案已不能滿足需要，一些新型的控制方案應(yīng)需而生。

1 原控制方案分析

某聚酯生產(chǎn)線于2003年建成投產(chǎn)。從最終縮聚反應(yīng)釜（28R01）出來的聚酯（PET）熔體，經(jīng)熔體出料泵（28P01）增壓，通過熔體分配閥（一進六出），分配給后面的6臺切粒機冷卻、切粒。切粒機的控制系統(tǒng)是一套西門子的S7-300 PLC，配置2臺上位機。

6臺切粒機的轉(zhuǎn)速控制方案的核心思路為：

（熔體出料泵合轉(zhuǎn)速×6×合轉(zhuǎn)速系數(shù)給定／N）×Ki，作為各臺切粒機的轉(zhuǎn)速給定。

其中：熔體出料泵合轉(zhuǎn)速是兩臺熔體泵的轉(zhuǎn)速PV值之和再除以轉(zhuǎn)速量程之和，是一個百分數(shù)形式的模擬量信號；

系數(shù)6是對應(yīng)6臺切粒機；

合轉(zhuǎn)速系數(shù)給定是一個常數(shù)給定值，在操作站上可調(diào)整。與熔體出料泵泵供量、鑄帶頭孔數(shù)、粒子百粒重等有關(guān)，簡單說，就是熔體泵每轉(zhuǎn)對應(yīng)的切粒機轉(zhuǎn)數(shù)。結(jié)合粒子實際狀況可做適當(dāng)微調(diào)。

N是投運的切粒機總數(shù)，當(dāng)N≧4時該程序運行，開始運算并賦值；

Ki（i＝1～6）對應(yīng)每臺切粒機的轉(zhuǎn)速微調(diào)系數(shù)，可調(diào)節(jié)單臺切粒機的轉(zhuǎn)速。

該方案主要有以下3個缺點：

a）4臺以下切粒機投運時該程序不執(zhí)行，此時切粒機的轉(zhuǎn)速只能通過現(xiàn)場操作臺上的升／降速按鈕手動給定，開停車時操作極不方便；

b）根據(jù)上述方案計算出的轉(zhuǎn)速給定存在“溢出”（轉(zhuǎn)速計算值超過模擬量輸出通道的數(shù)值上限）的可能，尤其是在裝置開車，第4臺切粒機剛投運時。一旦給定值“溢出”，PLC的AO通道輸出低于4 mA，此時投運的切粒機全部失速，因無報警聯(lián)鎖信號，啟動板仍打在“切粒”側(cè)，會造成所有已投運的切粒機“披掛”；

c）上述方案未考慮熔體分配的情況。未投運的切粒機前面七通閥開度直接影響熔體量的計算和分配，排廢的那部分熔體相當(dāng)于被偷去了，會導(dǎo)致粒子偏?。粍偼哆\（或停運）的切粒機，其對應(yīng)的七通閥在開關(guān)的動態(tài)過程中也會影響熔體的分配，而這些都會引起粒子大小的波動，如果大粒子的數(shù)量過多還會堵塞振動篩，造成切粒機停運。

另外，該程序在計算投運切粒機臺數(shù)時采用的是列舉法，用排列組合的方式依次檢查6臺切粒機的啟動板位置，判斷是否有4臺以上切粒機投運，分別是哪幾臺切粒機投運，再將計算出的轉(zhuǎn)速賦值給對應(yīng)的切粒機，程序拖沓冗長，缺乏效率。

2 新控制方案

新控制方案的思路是利用PLC已有的七通閥閥位反饋信號，在不增加任何硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，重新設(shè)計了一套切粒機轉(zhuǎn)速控制方案，編程調(diào)試后，投入運行。

新方案的核心思路是引入了熔體分配（閥開度百分比）的概念：

（熔體出料泵合轉(zhuǎn)速×合轉(zhuǎn)速系數(shù)給定×閥開度百分比）×Ki，作為各臺切粒機的轉(zhuǎn)速給定。

其中：熔體出料泵合轉(zhuǎn)速是兩臺熔體泵的轉(zhuǎn)速PV值之和再除以轉(zhuǎn)速量程之和；

合轉(zhuǎn)速系數(shù)給定是一個常數(shù)給定值；

Ki（i＝1～6）對應(yīng)每臺切粒機的轉(zhuǎn)速微調(diào)系數(shù)；

閥開度百分比＝各切粒機對應(yīng)的七通閥開度／6臺閥開度之和。

編程的具體步驟和注意事項如下：

a）準備工作

建立一個數(shù)據(jù)塊（DB），因為涉及到計算所需要的中間變量較多，只憑PLC提供的存貯單元是不夠的。在數(shù)據(jù)塊中根據(jù)需要可定義若干的長整數(shù)型變量（DINT）和實數(shù)型變量（REAL）。

b）熔體出料泵合轉(zhuǎn)速信號處理

熔體出料泵合轉(zhuǎn)速信號（百分數(shù)信號）與操作站畫面上人工輸入給定的合轉(zhuǎn)速信號，做一個遠程／就地的切換。

c）七通閥閥位信號的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

AI卡上的七通閥閥位信號經(jīng)模／數(shù)轉(zhuǎn)換，進來的是一個0～27648區(qū)間的整數(shù)型變量（INT），需轉(zhuǎn)換成長整型，再轉(zhuǎn)換成實數(shù)型變量參與以后的運算。另外為避免因出現(xiàn)壞信號而導(dǎo)致誤算，注意限制信號幅度，如可以限制在3～27645范圍內(nèi)。限幅用比較和賦值兩個功能塊。

d）七通閥閥位當(dāng)前的開度求和，并計算出每臺閥的閥開度百分比。

e）根據(jù)新方案計算公式計算出每臺切粒機在“自動”狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速給定值。

f）切粒機在“手動”狀態(tài)下，通過現(xiàn)場操作臺上的“升／降速按鈕”調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定的程序。

g）切粒機轉(zhuǎn)速輸出.

切粒機“手／自動開關(guān)”分別在“自動”和“手動”狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速給定值輸出。

注意：此時需用ROUND功能塊將實數(shù)型變量轉(zhuǎn)換成整數(shù)型變量。另外，根據(jù)工藝要求，在轉(zhuǎn)速給定值輸出時附加兩個動作：切粒機轉(zhuǎn)速給定無論在“自動”還是“手動”狀態(tài)下，均不低于某一轉(zhuǎn)速值；在切粒機“手／自動開關(guān)”由“自動”向“手動”狀態(tài)切換時，切粒機轉(zhuǎn)速保持“自動”時的數(shù)值。

h）七通閥開度的控制

當(dāng)切粒機“手／自動開關(guān)”處于“手動”時，七通閥開度通過操作站人工輸入給定。

當(dāng)切粒機“手／自動開關(guān)”處于“自動”時，如果啟動板在“切?！眰?cè)，自動給定95%開度；如果啟動板在“排廢”側(cè)，自動給定5%開度。

編程時需堅持簡潔明了的原則。如第7步切粒機轉(zhuǎn)速輸出，由于有6臺切粒機的轉(zhuǎn)速輸出，而且在轉(zhuǎn)速輸出時要執(zhí)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，還有2個附加條件，在此可以先自定義1個滿足所有條件的功能塊，6臺切粒機轉(zhuǎn)速輸出時直接引用即可。再如第6步6臺切粒機手動升降速，也可以通過自定義功能塊來實現(xiàn)，這樣做可以大大簡化程序。

3 新方案的優(yōu)點

新控制方案從根本上解決了原方案存在的3個缺陷：第一，只要有切粒機投運，哪怕只有一臺，也可以投自動，沒有原方案4臺以上運行才能投自動的限制，操作簡單方便，尤其是在開停車的過程中；第二，在程序中，通過數(shù)值的限幅，解決了輸出“溢出”的問題；第三，由于采用了熔體分配的控制方案，能夠合理準確地計算出給每臺切粒機分配的實際熔體量；即使是在熔體分配閥開關(guān)的動態(tài)過程中，也能實時地進行跟蹤；而且整段程序思路清晰，結(jié)構(gòu)簡明，克服了原程序冗長難懂的缺點，編程過程中一些技巧也值得借鑒。另外，此次控制方案的優(yōu)化立足于利用現(xiàn)有資源，不增加任何硬件設(shè)備，軟件也是自主編制，不發(fā)生任何費用。

4 結(jié) 語

自該單元重新開車以來，新方案的有效性得到了充分的驗證。自動化程度及可操作性得到了提高；切片粒子的外觀質(zhì)量得到了改善。但是，新方案也增加了一個不安定因素。由于引入了七通閥的閥位反饋信號參與控制，一旦某個閥位信號異常，會引起所有切粒機的轉(zhuǎn)速波動。對此，筆者提出的處理辦法是：如果是短時間的回路檢查，可以將切粒機的手／自動按鈕撥到手動位置，保持切粒機原有轉(zhuǎn)速；如果需要較長時間來處理故障，需要將切粒機啟動板打到“排廢”側(cè)，對應(yīng)的七通閥關(guān)閉，該臺切粒機退出程序。

另外，在程序的編制過程中，由于未能找到七通閥的流量特性曲線圖，筆者在剔除了一些已知的死區(qū)后，將閥的流量特性近似視為線性來計算，這樣就導(dǎo)致與實際情況存在微小的偏差。在得到準確的流量特性曲線后，可以通過折線圖的方法來消除這些偏差，將這一控制方案進一步完善。

［1］程鵬.自動控制原理［M］.第2版.北京：高等教育出版社.2010.

Im p rovem ent to the control schem e of rotation rate of cutters in the PET production line

Wu Xiaobai

（Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co．，Ltd．，Yizheng Jiangsu 211900，China）

This paper presents the original control scheme and its weak points of the control scheme of the rotation rate of the six cutters on the Polyester（PET）Production Centre of Yizheng Chemical Fiber Co.，Ltd and the design solutions of a new control scheme including the main programm ing steps and matters needing attention.

cutter；rotation rate control；rotation rate factor；PET distribution

TQ320.5

B

1006-334X（2014）03-0043-03

2014-02-23；

2014-09-16

吳曉白（1970—），男，江蘇儀征人，工程師，現(xiàn)主要從事石化電氣儀表技術(shù)工作。