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    陳興強(qiáng)
教授級(jí)高級(jí)工程師，太平洋機(jī)電（集團(tuán)）有限公司 上海 200050
現(xiàn)任太平洋機(jī)電集團(tuán)有限公司副總裁，并擔(dān)任中國(guó)紡織機(jī)械器材行業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)紡織工程學(xué)會(huì)理事、中國(guó)紡織工程學(xué)會(huì)紡機(jī)器材專委會(huì)副主任、上海市紡織工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事、上海市機(jī)械工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事等職。
長(zhǎng)期從事自動(dòng)控制專業(yè)的技術(shù)工作，在紡織機(jī)械自動(dòng)控制領(lǐng)域有30余年的工作經(jīng)驗(yàn)，參加過多項(xiàng)國(guó)家重大技術(shù)裝備的研制，先后獲得省部級(jí)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一、二等獎(jiǎng)多項(xiàng)。近年來致力于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)在紡織機(jī)械上的應(yīng)用和紡織機(jī)械的數(shù)字化工作。

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

關(guān)鍵詞：紡織機(jī)械；自動(dòng)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(jī)械化和大工業(yè)化。綜觀紡織技術(shù)的發(fā)展史，紡織機(jī)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的愈加激烈，作為給紡織行業(yè)提供技術(shù)裝備的紡機(jī)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(jī)械，充分滿足紡織工藝要求，是時(shí)代對(duì)紡機(jī)行業(yè)的新要求，也是紡機(jī)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(dāng)前推動(dòng)紡織機(jī)械發(fā)展最主要的驅(qū)動(dòng)力。

2 紡織機(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)的現(xiàn)狀

    近十年來，紡織機(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用水平有了較快的進(jìn)步，幾乎用到了所有種類的自動(dòng)化產(chǎn)品，主要包括控制、傳動(dòng)控制、運(yùn)動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)總線、人機(jī)界面和傳感器。

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

    （2）傳動(dòng)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(jī)、多單元同步系統(tǒng)等。

    （3）運(yùn)動(dòng)控制：伺服、步進(jìn)、運(yùn)動(dòng)控制器。

    （4）現(xiàn)場(chǎng)總線：Profibus、Can等。

    （5）人機(jī)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(dú)立驅(qū)動(dòng)、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(cè)等技術(shù)，得到了廣泛的應(yīng)用。

    2.1  PLC是紡織機(jī)械控制器最主要的選擇

    無可爭(zhēng)議，可編程序控制器PLC是紡織機(jī)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(shí)時(shí)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(chǎng)總線、可擴(kuò)展性及遠(yuǎn)程I/O已經(jīng)成為一些主流紡機(jī)廠商選擇PLC的關(guān)鍵衡量標(biāo)準(zhǔn)。

    工業(yè)控制器中，我們應(yīng)該重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)指標(biāo)是：速度、可靠性、實(shí)時(shí)性。

    2.2  以電力電子技術(shù)為代表的新型驅(qū)動(dòng)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(dòng)技術(shù)在紡織機(jī)械得到廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速、單軸驅(qū)動(dòng)多軸同步、伺服等傳動(dòng)技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。

    相當(dāng)多的紡織機(jī)械是多單元重復(fù)結(jié)構(gòu)如化纖紡絲機(jī)等，為了滿足一致性的要求，變頻調(diào)速的應(yīng)用在紡織機(jī)械中是必須和普遍的。80年代初期上海紡織機(jī)電廠就引進(jìn)了德國(guó)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(jī)械的傳動(dòng)技術(shù)有了較大的變化，主要表現(xiàn)在：

    2.2.1  單軸獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、多軸同步控制

    采用單軸獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、多軸同步控制技術(shù)，滿足紡織工藝對(duì)紡織機(jī)械日益提高的要求，實(shí)現(xiàn)紡機(jī)的高速化和簡(jiǎn)化機(jī)械結(jié)構(gòu)，正在成為紡織機(jī)械機(jī)電一體化的重要趨勢(shì)。例如四軸驅(qū)動(dòng)粗紗機(jī)、自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)和多電機(jī)驅(qū)動(dòng)劍桿織機(jī)等。

    2.2.2  伺服驅(qū)動(dòng)

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

    2.2.3  共直流母線

    紡織機(jī)械采用單軸獨(dú)立驅(qū)動(dòng)、多軸同步控制方式后，不可避免的是一些電機(jī)處于發(fā)電工作狀態(tài)，解決這個(gè)問題的最好辦法是采用共直流母線技術(shù)。紡機(jī)一般為8000小時(shí)工作制，用電效率相當(dāng)重要。多電機(jī)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(shí)現(xiàn)斷電同步停車功能的必要條件。

    2.2.4  紡織機(jī)械使用的各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電機(jī)

    ●    變頻器+交流異步電機(jī)

    ●    變頻器+交流同步電機(jī) 

    ●    交流伺服電機(jī)

    ●    直流無刷電機(jī)

    ●    開關(guān)磁阻電機(jī)

    為了滿足高速劍桿織機(jī)對(duì)啟動(dòng)速度和啟、制動(dòng)力矩的嚴(yán)酷要求，開關(guān)磁阻電機(jī)的特殊性能滿足了機(jī)器的特別要求。

    2.3 現(xiàn)場(chǎng)總線

    通訊的能力決定和影響著自動(dòng)控制的水平，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，通過現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)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(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制功能；實(shí)現(xiàn)分布式、現(xiàn)場(chǎng)化；抗干擾性能的極大提高；大量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集以及共享。正如我們大家看到的，近年來，現(xiàn)場(chǎng)總線正迅速成為紡織機(jī)電一體化系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊的主流。

    走在技術(shù)進(jìn)步前列的紡機(jī)企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識(shí)到現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)紡織機(jī)械技術(shù)進(jìn)步的重大作用，現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用推動(dòng)了紡機(jī)產(chǎn)品機(jī)電一體化和技術(shù)水平的提高。然而，現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)紡織機(jī)械進(jìn)步的重要影響還未被充分認(rèn)識(shí)，還有相當(dāng)部分的產(chǎn)品在使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的邏輯控制和模擬控制方式，這種技術(shù)限制了紡織機(jī)械的前進(jìn)步伐。 

    2.4 數(shù)字化的紡織機(jī)械

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

    “數(shù)字化紡織機(jī)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(chǎng)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(dòng)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(dá)到產(chǎn)品能級(jí)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(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展方向

    適應(yīng)紡織機(jī)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(jī)械自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展的方向。

    3.1驅(qū)動(dòng)

    變頻調(diào)速在紡機(jī)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(jī)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(dòng)器在單錠（軸）驅(qū)動(dòng)方面會(huì)有很大的需求。

    紡織機(jī)械對(duì)驅(qū)動(dòng)器的要求可以體現(xiàn)在：

    （1）作為一種趨勢(shì)，伺服和變頻的逐漸融合是必然的，我們姑且稱其為驅(qū)動(dòng)器。這種驅(qū)動(dòng)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(chǎng)總線接口，能夠完成多軸同步控制和同上級(jí)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(gè)逆變器共用一個(gè)大功率整流器是發(fā)展方向。針對(duì)紡織機(jī)械的特殊性，提高工作在發(fā)電狀態(tài)驅(qū)動(dòng)軸的能量反饋效率是很有意義的課題。

    （4）驅(qū)動(dòng)器附加PLC和I/O功能，能夠完成一定的運(yùn)算和邏輯控制，使驅(qū)動(dòng)器演變成一個(gè)底層控制驅(qū)動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)分散、現(xiàn)場(chǎng)的控制方式。

    （5）對(duì)驅(qū)動(dòng)器選擇的一個(gè)重要考量指標(biāo)是能否提供豐富的軟件和調(diào)試工具，目前能夠滿足這個(gè)要求的供應(yīng)商并不多。

    作為紡織機(jī)械的特殊需求，滿足紡織機(jī)械高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)的伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，將會(huì)有很好的市場(chǎng)。

    3.2 現(xiàn)場(chǎng)總線

    現(xiàn)場(chǎng)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(yùn)算能力同驅(qū)動(dòng)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(chǎng)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(dòng)器的供應(yīng)商，現(xiàn)在已經(jīng)開始提供適應(yīng)多種現(xiàn)場(chǎng)總線的可選件。通訊的開放性和可選件合理的價(jià)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(chǎng)總線中的主流技術(shù)和發(fā)展的關(guān)注焦點(diǎn)。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(dòng)化帶來巨大的變化。

    3.3 客戶定制化

    面對(duì)競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈的紡機(jī)市場(chǎng)，雷同化的控制系統(tǒng)阻礙了技術(shù)的保密和進(jìn)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?yàn)榧彊C(jī)企業(yè)有需求，技術(shù)上有可能。針對(duì)特定客戶定制的控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，能有效的保護(hù)紡機(jī)企業(yè)的技術(shù)秘密，充分凸顯企業(yè)特色。

    3.4 遠(yuǎn)程診斷技術(shù)

    中國(guó)的紡機(jī)市場(chǎng)吸引著全世界的紡機(jī)企業(yè)，中國(guó)的紡機(jī)企業(yè)也在大步走向世界。客戶要求和競(jìng)爭(zhēng)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(gè)問題的方法，就是在實(shí)現(xiàn)紡織機(jī)械數(shù)字化的基礎(chǔ)上，通過有線或無限的技術(shù)手段實(shí)施遠(yuǎn)程診斷。

4 結(jié)論

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

    編號(hào)：080426