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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)會常務理事、中國紡織工程學會理事、中國紡織工程學會紡機器材專委會副主任、上海市紡織工程學會常務理事、上海市機械工程學會常務理事等職。
長期從事自動控制專業(yè)的技術工作，在紡織機械自動控制領域有30余年的工作經驗，參加過多項國家重大技術裝備的研制，先后獲得省部級科學技術進步一、二等獎多項。近年來致力于工業(yè)現(xiàn)場總線技術在紡織機械上的應用和紡織機械的數(shù)字化工作。

摘要：討論了紡織機械自動控制技術的現(xiàn)狀，從驅動、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發(fā)展方向。

關鍵詞：紡織機械；自動控制技術；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

    紡織技術在歷史上經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。

    隨著科學技術的飛速發(fā)展和市場競爭的愈加激烈，作為給紡織行業(yè)提供技術裝備的紡機行業(yè)面臨著技術上的一次新飛躍，提供更加靈活、更高質量、更快響應的紡織機械，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)代控制技術和信息技術成為當前推動紡織機械發(fā)展最主要的驅動力。

2 紡織機械自動控制技術的現(xiàn)狀

    近十年來，紡織機械自動控制技術應用水平有了較快的進步，幾乎用到了所有種類的自動化產品，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：直流調速系統(tǒng)、交流變頻調速系統(tǒng)、開關磁阻電機、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、單軸獨立驅動、多單元同步控制、基于網絡技術的數(shù)據通訊和在線檢測等技術，得到了廣泛的應用。

    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用的控制器。PLC能提供高質量的輸入/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已經成為一些主流紡機廠商選擇PLC的關鍵衡量標準。

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

    2.2  以電力電子技術為代表的新型驅動技術得到廣泛的應用

    隨著電力電子技術的發(fā)展，各種新型驅動技術在紡織機械得到廣泛的應用。變頻調速、單軸驅動多軸同步、伺服等傳動技術得到廣泛應用。

    相當多的紡織機械是多單元重復結構如化纖紡絲機等，為了滿足一致性的要求，變頻調速的應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，生產可控硅變頻器。

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

    2.2.1  單軸獨立驅動、多軸同步控制

    采用單軸獨立驅動、多軸同步控制技術，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構，正在成為紡織機械機電一體化的重要趨勢。例如四軸驅動粗紗機、自動絡筒機和多電機驅動劍桿織機等。

    2.2.2  伺服驅動

    近年來在紡織機械領域，一些對快速性或位置有要求的機構中伺服驅動技術得到愈來愈多的重視和應用。很多驅動產品廠商配合紡織機械的特殊需求，專門研制了適應紡織機械的伺服產品。如在紡機中很普遍的卷繞機構的反向驅動控制。也有企業(yè)在紡機中很普遍的高速往復機構中進行了伺服驅動的研究，如上海一紡機在精梳機嵌板驅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。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，隨著網絡技術的發(fā)展，通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)高速數(shù)據通訊，控制系統(tǒng)已經從模擬控制轉向數(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)據通訊的主流。

    走在技術進步前列的紡機企業(yè)已經認識到現(xiàn)場總線對紡織機械技術進步的重大作用，現(xiàn)場總線的應用推動了紡機產品機電一體化和技術水平的提高。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，還有相當部分的產品在使用點對點的邏輯控制和模擬控制方式，這種技術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”的主要技術理念是：

    （1）數(shù)字化的控制技術，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、以電力電子技術為基礎的現(xiàn)代驅動技術的綜合應用。

    （2）設備數(shù)據的高速采集和傳送。從而達到產品能級提高和解決紡織企業(yè)信息化建設中設備數(shù)據瓶頸的目的。

3 紡織機械自動控制技術的發(fā)展方向

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

    3.1驅動

    變頻調速在紡機領域已經得到廣泛的應用，伺服技術將是下一階段紡織機械向多軸化發(fā)展的技術基礎。可以預見小功率伺服驅動器在單錠（軸）驅動方面會有很大的需求。

    紡織機械對驅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，我們姑且稱其為驅動器。這種驅動器，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，能夠提供不同總線的可選件。

    （3）支持共用直流母線技術。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)驅動軸的能量反饋效率是很有意義的課題。

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

    （5）對驅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試工具，目前能夠滿足這個要求的供應商并不多。

    作為紡織機械的特殊需求，滿足紡織機械高速往復運動的伺服驅動器和電機，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)控制技術發(fā)展中最令人振奮的技術之一。它解決了控制器高速運算能力同驅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)場總線技術的應用，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。

    作為控制器和驅動器的供應商，現(xiàn)在已經開始提供適應多種現(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商的重要條件。

    工業(yè)以太網技術必將成為現(xiàn)場總線中的主流技術和發(fā)展的關注焦點。從技術的發(fā)展來看，以太網技術將很快可以廣泛的直接用于設備層，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，技術上有可能。針對特定客戶定制的控制和驅動系統(tǒng)，能有效的保護紡機企業(yè)的技術秘密，充分凸顯企業(yè)特色。

    3.4 遠程診斷技術

    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服務。解決這個問題的方法，就是在實現(xiàn)紡織機械數(shù)字化的基礎上，通過有線或無限的技術手段實施遠程診斷。

4 結論

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

    編號：080426