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    陳興強
教授級高級工程師，太平洋機電（集團）有限公司 上海 200050
現(xiàn)任太平洋機電集團有限公司副總裁，并擔任中國紡織機械器材行業(yè)協(xié)會常務(wù)理事、中國紡織工程學(xué)會理事、中國紡織工程學(xué)會紡機器材專委會副主任、上海市紡織工程學(xué)會常務(wù)理事、上海市機械工程學(xué)會常務(wù)理事等職。
長期從事自動控制專業(yè)的技術(shù)工作，在紡織機械自動控制領(lǐng)域有30余年的工作經(jīng)驗，參加過多項國家重大技術(shù)裝備的研制，先后獲得省部級科學(xué)技術(shù)進步一、二等獎多項。近年來致力于工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù)在紡織機械上的應(yīng)用和紡織機械的數(shù)字化工作。

摘要：討論了紡織機械自動控制技術(shù)的現(xiàn)狀，從驅(qū)動、現(xiàn)場總線、客戶定制化和遠程診斷等方面探討了紡織機械自動控制技術(shù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：紡織機械；自動控制技術(shù)；現(xiàn)狀和發(fā)展方向

Abstract:Discussed the present situation of textile machinery automatic control technology. Discussed development trend of textile machinery automatic control technology from drive, the field bus, customizing and remote diagnosis etc.

Key word:extile machinery; automatic control technology; present situation and development trend

1 引言

    紡織技術(shù)在歷史上經(jīng)歷了兩次重大的變革：手工機械化和大工業(yè)化。綜觀紡織技術(shù)的發(fā)展史，紡織機器在其中扮演了非常重要的角色。

    隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和市場競爭的愈加激烈，作為給紡織行業(yè)提供技術(shù)裝備的紡機行業(yè)面臨著技術(shù)上的一次新飛躍，提供更加靈活、更高質(zhì)量、更快響應(yīng)的紡織機械，充分滿足紡織工藝要求，是時代對紡機行業(yè)的新要求，也是紡機企業(yè)發(fā)展的必由之路。現(xiàn)代控制技術(shù)和信息技術(shù)成為當前推動紡織機械發(fā)展最主要的驅(qū)動力。

2 紡織機械自動控制技術(shù)的現(xiàn)狀

    近十年來，紡織機械自動控制技術(shù)應(yīng)用水平有了較快的進步，幾乎用到了所有種類的自動化產(chǎn)品，主要包括控制、傳動控制、運動控制、現(xiàn)場總線、人機界面和傳感器。

    （1）控制： PLC、PCC、IPC、FCS、DCS、專用控制器等。

    （2）傳動控制：直流調(diào)速系統(tǒng)、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機、多單元同步系統(tǒng)等。

    （3）運動控制：伺服、步進、運動控制器。

    （4）現(xiàn)場總線：Profibus、Can等。

    （5）人機界面：文本顯示器、圖文終端、觸摸屏等。

    （6）傳感器：光電傳感器、電磁傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、圖像傳感器及各種工藝參數(shù)傳感器。

    其中PLC、單軸獨立驅(qū)動、多單元同步控制、基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)通訊和在線檢測等技術(shù)，得到了廣泛的應(yīng)用。

    2.1  PLC是紡織機械控制器最主要的選擇

    無可爭議，可編程序控制器PLC是紡織機械最大量應(yīng)用的控制器。PLC能提供高質(zhì)量的輸入/出和極佳的實時監(jiān)控能力，特別是它的可靠性已經(jīng)得到充分的信任。

    能夠提供多種現(xiàn)場總線、可擴展性及遠程I/O已經(jīng)成為一些主流紡機廠商選擇PLC的關(guān)鍵衡量標準。

    工業(yè)控制器中，我們應(yīng)該重點關(guān)注的技術(shù)指標是：速度、可靠性、實時性。

    2.2  以電力電子技術(shù)為代表的新型驅(qū)動技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用

    隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型驅(qū)動技術(shù)在紡織機械得到廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速、單軸驅(qū)動多軸同步、伺服等傳動技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

    相當多的紡織機械是多單元重復(fù)結(jié)構(gòu)如化纖紡絲機等，為了滿足一致性的要求，變頻調(diào)速的應(yīng)用在紡織機械中是必須和普遍的。80年代初期上海紡織機電廠就引進了德國AEG公司的技術(shù)，生產(chǎn)可控硅變頻器。

    隨著技術(shù)的發(fā)展，紡織機械的傳動技術(shù)有了較大的變化，主要表現(xiàn)在：

    2.2.1  單軸獨立驅(qū)動、多軸同步控制

    采用單軸獨立驅(qū)動、多軸同步控制技術(shù)，滿足紡織工藝對紡織機械日益提高的要求，實現(xiàn)紡機的高速化和簡化機械結(jié)構(gòu)，正在成為紡織機械機電一體化的重要趨勢。例如四軸驅(qū)動粗紗機、自動絡(luò)筒機和多電機驅(qū)動劍桿織機等。

    2.2.2  伺服驅(qū)動

    近年來在紡織機械領(lǐng)域，一些對快速性或位置有要求的機構(gòu)中伺服驅(qū)動技術(shù)得到愈來愈多的重視和應(yīng)用。很多驅(qū)動產(chǎn)品廠商配合紡織機械的特殊需求，專門研制了適應(yīng)紡織機械的伺服產(chǎn)品。如在紡機中很普遍的卷繞機構(gòu)的反向驅(qū)動控制。也有企業(yè)在紡機中很普遍的高速往復(fù)機構(gòu)中進行了伺服驅(qū)動的研究，如上海一紡機在精梳機嵌板驅(qū)動上采用了高速伺服系統(tǒng)。

    2.2.3  共直流母線

    紡織機械采用單軸獨立驅(qū)動、多軸同步控制方式后，不可避免的是一些電機處于發(fā)電工作狀態(tài)，解決這個問題的最好辦法是采用共直流母線技術(shù)。紡機一般為8000小時工作制，用電效率相當重要。多電機系統(tǒng)采用直流母線，有利于提高控制精度，有利于電能的高效利用，也是實現(xiàn)斷電同步停車功能的必要條件。

    2.2.4  紡織機械使用的各種驅(qū)動系統(tǒng)和電機

    ●    變頻器+交流異步電機

    ●    變頻器+交流同步電機 

    ●    交流伺服電機

    ●    直流無刷電機

    ●    開關(guān)磁阻電機

    為了滿足高速劍桿織機對啟動速度和啟、制動力矩的嚴酷要求，開關(guān)磁阻電機的特殊性能滿足了機器的特別要求。

    2.3 現(xiàn)場總線

    通訊的能力決定和影響著自動控制的水平，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通訊，控制系統(tǒng)已經(jīng)從模擬控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制。這一發(fā)展帶來的重大變化和特點是：實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能；實現(xiàn)分布式、現(xiàn)場化；抗干擾性能的極大提高；大量數(shù)據(jù)的實時采集以及共享。正如我們大家看到的，近年來，現(xiàn)場總線正迅速成為紡織機電一體化系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊的主流。

    走在技術(shù)進步前列的紡機企業(yè)已經(jīng)認識到現(xiàn)場總線對紡織機械技術(shù)進步的重大作用，現(xiàn)場總線的應(yīng)用推動了紡機產(chǎn)品機電一體化和技術(shù)水平的提高。然而，現(xiàn)場總線對紡織機械進步的重要影響還未被充分認識，還有相當部分的產(chǎn)品在使用點對點的邏輯控制和模擬控制方式，這種技術(shù)限制了紡織機械的前進步伐。 

    2.4 數(shù)字化的紡織機械

    國內(nèi)主要的紡織機械集團“太平洋機（集團）有限公司”早在2002年就提出了“發(fā)展數(shù)字化的紡織機械，推動紡織企業(yè)信息化”的發(fā)展方向。現(xiàn)在數(shù)字化紡織機械的概念已被紡機行業(yè)認同，業(yè)內(nèi)主要企業(yè)紛紛打出了數(shù)字化的旗號。

    “數(shù)字化紡織機械”的主要技術(shù)理念是：

    （1）數(shù)字化的控制技術(shù)，就是以CPU為核心的控制器、以現(xiàn)場總線為主的工業(yè)通訊技術(shù)、以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代驅(qū)動技術(shù)的綜合應(yīng)用。

    （2）設(shè)備數(shù)據(jù)的高速采集和傳送。從而達到產(chǎn)品能級提高和解決紡織企業(yè)信息化建設(shè)中設(shè)備數(shù)據(jù)瓶頸的目的。

3 紡織機械自動控制技術(shù)的發(fā)展方向

    適應(yīng)紡織機械更快速度、更加靈活、更高質(zhì)量、充分滿足紡織工藝要求是紡織機械自動控制技術(shù)發(fā)展的方向。

    3.1驅(qū)動

    變頻調(diào)速在紡機領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，伺服技術(shù)將是下一階段紡織機械向多軸化發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)。可以預(yù)見小功率伺服驅(qū)動器在單錠（軸）驅(qū)動方面會有很大的需求。

    紡織機械對驅(qū)動器的要求可以體現(xiàn)在：

    （1）作為一種趨勢，伺服和變頻的逐漸融合是必然的，我們姑且稱其為驅(qū)動器。這種驅(qū)動器，要能夠具有靈活的可組態(tài)工作方式，如速度控制、位置控制、轉(zhuǎn)矩控制等的靈活切換。

    （2）具備現(xiàn)場總線接口，能夠完成多軸同步控制和同上級控制器的通訊任務(wù)，能夠提供不同總線的可選件。

    （3）支持共用直流母線技術(shù)。多個逆變器共用一個大功率整流器是發(fā)展方向。針對紡織機械的特殊性，提高工作在發(fā)電狀態(tài)驅(qū)動軸的能量反饋效率是很有意義的課題。

    （4）驅(qū)動器附加PLC和I/O功能，能夠完成一定的運算和邏輯控制，使驅(qū)動器演變成一個底層控制驅(qū)動單元，實現(xiàn)分散、現(xiàn)場的控制方式。

    （5）對驅(qū)動器選擇的一個重要考量指標是能否提供豐富的軟件和調(diào)試工具，目前能夠滿足這個要求的供應(yīng)商并不多。

    作為紡織機械的特殊需求，滿足紡織機械高速往復(fù)運動的伺服驅(qū)動器和電機，將會有很好的市場。

    3.2 現(xiàn)場總線

    現(xiàn)場總線無疑是現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展中最令人振奮的技術(shù)之一。它解決了控制器高速運算能力同驅(qū)動器信息交換的瓶頸難題，又大幅提升了工業(yè)通訊的可靠性。伴隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用，我們有必要改變某些傳統(tǒng)控制方式，充分發(fā)揮高速通訊能力以完成更高的控制要求。

    作為控制器和驅(qū)動器的供應(yīng)商，現(xiàn)在已經(jīng)開始提供適應(yīng)多種現(xiàn)場總線的可選件。通訊的開放性和可選件合理的價格將是客戶選擇供應(yīng)商的重要條件。

    工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)必將成為現(xiàn)場總線中的主流技術(shù)和發(fā)展的關(guān)注焦點。從技術(shù)的發(fā)展來看，以太網(wǎng)技術(shù)將很快可以廣泛的直接用于設(shè)備層，這將給工業(yè)自動化帶來巨大的變化。

    3.3 客戶定制化

    面對競爭愈加激烈的紡機市場，雷同化的控制系統(tǒng)阻礙了技術(shù)的保密和進步。可以斷言，客戶定制化的控制系統(tǒng)將得到快速發(fā)展。這是因為紡機企業(yè)有需求，技術(shù)上有可能。針對特定客戶定制的控制和驅(qū)動系統(tǒng)，能有效的保護紡機企業(yè)的技術(shù)秘密，充分凸顯企業(yè)特色。

    3.4 遠程診斷技術(shù)

    中國的紡機市場吸引著全世界的紡機企業(yè)，中國的紡機企業(yè)也在大步走向世界。客戶要求和競爭地域的變化，帶來的新課題是如何為客戶提供迅捷的技術(shù)服務(wù)。解決這個問題的方法，就是在實現(xiàn)紡織機械數(shù)字化的基礎(chǔ)上，通過有線或無限的技術(shù)手段實施遠程診斷。

4 結(jié)論

    紡織機械行業(yè)已經(jīng)迎來了新一輪的競爭，紡機技術(shù)的進步也使自動控制技術(shù)的重要性凸顯出來。充分應(yīng)用當代先進的自動控制技術(shù)，提高紡織機械的技術(shù)能級，滿足紡織企業(yè)的新要求，是我們的努力方向。

    編號：080426