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　　編者語： 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(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，是時代對紡機(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)前推動紡織機(jī)械發(fā)展最主要的驅(qū)動力。

　　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(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，是時代對紡機(jī)行業(yè)的新要求，也是紡機(jī)企業(yè)發(fā)展的必由之路?，F(xiàn)代控制技術(shù)和信息技術(shù)成為當(dāng)前推動紡織機(jī)械發(fā)展最主要的驅(qū)動力。

　　紡織機(jī)械自動控制技術(shù)的現(xiàn)狀

   近十年來，紡織機(jī)械自動控制技術(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(jī)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(jī)、多單元同步系統(tǒng)等。

   （3）運動控制：伺服、步進(jìn)、運動控制器。

   （4）現(xiàn)場總線：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。

   1  PLC是紡織機(jī)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(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(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)該重點關(guān)注的技術(shù)指標(biāo)是：速度、可靠性、實時性。

　　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(jī)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(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)械的傳動技術(shù)有了較大的變化，主要表現(xiàn)在：

  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(jī)械日益提高的要求，實現(xiàn)紡機(jī)的高速化和簡化機(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。例如四軸驅(qū)動粗紗機(jī)、自動絡(luò)筒機(jī)和多電機(jī)驅(qū)動劍桿織機(jī)等。

   伺服驅(qū)動

   近年來在紡織機(jī)械領(lǐng)域，一些對快速性或位置有要求的機(jī)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(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)動的研究，如上海一紡機(jī)在精梳機(jī)嵌板驅(qū)動上采用了高速伺服系統(tǒng)。

  共直流母線

   紡織機(jī)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(jī)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(jī)一般為8000小時工作制，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，也是實現(xiàn)斷電同步停車功能的必要條件。

   紡織機(jī)械使用的各種驅(qū)動系統(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)對啟動速度和啟、制動力矩的嚴(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。

  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(jī)電一體化系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊的主流。

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   走在技術(shù)進(jìn)步前列的紡機(jī)企業(yè)已經(jīng)認(rèn)識到現(xiàn)場總線對紡織機(jī)械技術(shù)進(jìn)步的重大作用，現(xiàn)場總線的應(yīng)用推動了紡機(jī)產(chǎn)品機(jī)電一體化和技術(shù)水平的提高。然而，現(xiàn)場總線對紡織機(jī)械進(jìn)步的重要影響還未被充分認(rèn)識，還有相當(dāng)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(jī)械的前進(jìn)步伐。

   4 數(shù)字化的紡織機(jī)械

   國內(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，推動紡織企業(yè)信息化”的發(fā)展方向?，F(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。

   “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(dá)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。

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

   1驅(qū)動

   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)?？梢灶A(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(jī)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(jī)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(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)運動的伺服驅(qū)動器和電機(jī)，將會有很好的市場。

   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 客戶定制化

   面對競爭愈加激烈的紡機(jī)市場，雷同化的控制系統(tǒng)阻礙了技術(shù)的保密和進(jìn)步?？梢詳嘌?，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(jī)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(hù)紡機(jī)企業(yè)的技術(shù)秘密，充分凸顯企業(yè)特色。

   4 遠(yuǎn)程診斷技術(shù)

   中國的紡機(jī)市場吸引著全世界的紡機(jī)企業(yè)，中國的紡機(jī)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(jī)械數(shù)字化的基礎(chǔ)上，通過有線或無限的技術(shù)手段實施遠(yuǎn)程診斷。

   紡織機(jī)械行業(yè)已經(jīng)迎來了新一輪的競爭，紡機(jī)技術(shù)的進(jìn)步也使自動控制技術(shù)的重要性凸顯出來。充分應(yīng)用當(dāng)代先進(jìn)的自動控制技術(shù)，提高紡織機(jī)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。

　　作者： 陳興強(qiáng)

　　教授級高級工程師，太平洋機(jī)電（集團(tuán)）有限公司 現(xiàn)任太平洋機(jī)電集團(tuán)有限公司副總裁，并擔(dān)任中國紡織機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)械上的應(yīng)用和紡織機(jī)械的數(shù)字化工作。