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(huì )常務(wù)理事、中國紡織工程學(xué)會(huì )理事、中國紡織工程學(xué)會(huì )紡機器材專(zhuān)委會(huì )副主任、上海市紡織工程學(xué)會(huì )常務(wù)理事、上海市機械工程學(xué)會(huì )常務(wù)理事等職。
長(cháng)期從事自動(dòng)控制專(zhuān)業(yè)的技術(shù)工作，在紡織機械自動(dòng)控制領(lǐng)域有30余年的工作經(jīng)驗，參加過(guò)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(lái)致力于工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在紡織機械上的應用和紡織機械的數字化工作。

摘要：討論了紡織機械自動(dòng)控制技術(shù)的現狀，從驅動(dòng)、現場(chǎng)總線(xiàn)、客戶(hù)定制化和遠程診斷等方面探討了紡織機械自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：紡織機械；自動(dòng)控制技術(shù)；現狀和發(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(guān)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(zhù)科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和市場(chǎng)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(zhù)技術(shù)上的一次新飛躍，提供更加靈活、更高質(zhì)量、更快響應的紡織機械，充分滿(mǎn)足紡織工藝要求，是時(shí)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?，F代控制技術(shù)和信息技術(shù)成為當前推動(dòng)紡織機械發(fā)展最主要的驅動(dòng)力。

2 紡織機械自動(dòng)控制技術(shù)的現狀

    近十年來(lái)，紡織機械自動(dòng)控制技術(shù)應用水平有了較快的進(jìn)步，幾乎用到了所有種類(lèi)的自動(dòng)化產(chǎn)品，主要包括控制、傳動(dòng)控制、運動(dòng)控制、現場(chǎng)總線(xiàn)、人機界面和傳感器。

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

    （2）傳動(dòng)控制：直流調速系統、交流變頻調速系統、開(kāi)關(guān)磁阻電機、多單元同步系統等。

    （3）運動(dòng)控制：伺服、步進(jìn)、運動(dòng)控制器。

    （4）現場(chǎng)總線(xiàn)：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傳感器。

    其中PLC、單軸獨立驅動(dòng)、多單元同步控制、基于網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的數據通訊和在線(xiàn)檢測等技術(shù)，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(wú)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(zhì)量的輸入/出和極佳的實(shí)時(shí)監控能力，特別是它的可靠性已經(jīng)得到充分的信任。

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

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

    2.2  以電力電子技術(shù)為代表的新型驅動(dòng)技術(shù)得到廣泛的應用

    隨著(zhù)電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型驅動(dòng)技術(shù)在紡織機械得到廣泛的應用。變頻調速、單軸驅動(dòng)多軸同步、伺服等傳動(dòng)技術(shù)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(mǎn)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(chǎng)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(zhù)技術(shù)的發(fā)展，紡織機械的傳動(dòng)技術(shù)有了較大的變化，主要表現在：

    2.2.1  單軸獨立驅動(dòng)、多軸同步控制

    采用單軸獨立驅動(dòng)、多軸同步控制技術(shù)，滿(mǎn)足紡織工藝對紡織機械日益提高的要求，實(shí)現紡機的高速化和簡(jiǎn)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(dòng)粗紗機、自動(dòng)絡(luò )筒機和多電機驅動(dòng)劍桿織機等。

    2.2.2  伺服驅動(dòng)

    近年來(lái)在紡織機械領(lǐng)域，一些對快速性或位置有要求的機構中伺服驅動(dòng)技術(shù)得到愈來(lái)愈多的重視和應用。很多驅動(dòng)產(chǎn)品廠(chǎng)商配合紡織機械的特殊需求，專(zhuān)門(mén)研制了適應紡織機械的伺服產(chǎn)品。如在紡機中很普遍的卷繞機構的反向驅動(dòng)控制。也有企業(yè)在紡機中很普遍的高速往復機構中進(jìn)行了伺服驅動(dòng)的研究，如上海一紡機在精梳機嵌板驅動(dòng)上采用了高速伺服系統。

    2.2.3  共直流母線(xiàn)

    紡織機械采用單軸獨立驅動(dòng)、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(gè)問(wèn)題的最好辦法是采用共直流母線(xiàn)技術(shù)。紡機一般為8000小時(shí)工作制，用電效率相當重要。多電機系統采用直流母線(xiàn)，有利于提高控制精度，有利于電能的高效利用，也是實(shí)現斷電同步停車(chē)功能的必要條件。

    2.2.4  紡織機械使用的各種驅動(dòng)系統和電機

    ●    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(wú)刷電機

    ●    開(kāi)關(guān)磁阻電機

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

    2.3 現場(chǎng)總線(xiàn)

    通訊的能力決定和影響著(zhù)自動(dòng)控制的水平，隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)現場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)現高速數據通訊，控制系統已經(jīng)從模擬控制轉向數字控制。這一發(fā)展帶來(lái)的重大變化和特點(diǎn)是：實(shí)現復雜的控制功能；實(shí)現分布式、現場(chǎng)化；抗干擾性能的極大提高；大量數據的實(shí)時(shí)采集以及共享。正如我們大家看到的，近年來(lái)，現場(chǎng)總線(xiàn)正迅速成為紡織機電一體化系統數據通訊的主流。

    走在技術(shù)進(jìn)步前列的紡機企業(yè)已經(jīng)認識到現場(chǎng)總線(xiàn)對紡織機械技術(shù)進(jìn)步的重大作用，現場(chǎng)總線(xiàn)的應用推動(dòng)了紡機產(chǎn)品機電一體化和技術(shù)水平的提高。然而，現場(chǎng)總線(xiàn)對紡織機械進(jìn)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(diǎn)對點(diǎn)的邏輯控制和模擬控制方式，這種技術(shù)限制了紡織機械的前進(jìn)步伐。 

    2.4 數字化的紡織機械

    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)展數字化的紡織機械，推動(dòng)紡織企業(yè)信息化”的發(fā)展方向?，F在數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)紛紛打出了數字化的旗號。

    “數字化紡織機械”的主要技術(shù)理念是：

    （1）數字化的控制技術(shù)，就是以CPU為核心的控制器、以現場(chǎng)總線(xiàn)為主的工業(yè)通訊技術(shù)、以電力電子技術(shù)為基礎的現代驅動(dòng)技術(shù)的綜合應用。

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

3 紡織機械自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展方向

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

    3.1驅動(dòng)

    變頻調速在紡機領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛的應用，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?？梢灶A見(jiàn)小功率伺服驅動(dòng)器在單錠（軸）驅動(dòng)方面會(huì )有很大的需求。

    紡織機械對驅動(dòng)器的要求可以體現在：

    （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(chēng)其為驅動(dòng)器。這種驅動(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、轉矩控制等的靈活切換。

    （2）具備現場(chǎng)總線(xiàn)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(xiàn)的可選件。

    （3）支持共用直流母線(xiàn)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。針對紡織機械的特殊性，提高工作在發(fā)電狀態(tài)驅動(dòng)軸的能量反饋效率是很有意義的課題。

    （4）驅動(dòng)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(dòng)器演變成一個(gè)底層控制驅動(dòng)單元，實(shí)現分散、現場(chǎng)的控制方式。

    （5）對驅動(dòng)器選擇的一個(gè)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(mǎn)足這個(gè)要求的供應商并不多。

    作為紡織機械的特殊需求，滿(mǎn)足紡織機械高速往復運動(dòng)的伺服驅動(dòng)器和電機，將會(huì )有很好的市場(chǎng)。

    3.2 現場(chǎng)總線(xiàn)

    現場(chǎng)總線(xiàn)無(wú)疑是現代工業(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(zhù)現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應用，我們有必要改變某些傳統控制方式，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(dòng)器的供應商，現在已經(jīng)開(kāi)始提供適應多種現場(chǎng)總線(xiàn)的可選件。通訊的開(kāi)放性和可選件合理的價(jià)格將是客戶(hù)選擇供應商的重要條件。

    工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)必將成為現場(chǎng)總線(xiàn)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(lái)看，以太網(wǎng)技術(shù)將很快可以廣泛的直接用于設備層，這將給工業(yè)自動(dòng)化帶來(lái)巨大的變化。

    3.3 客戶(hù)定制化

    面對競爭愈加激烈的紡機市場(chǎng)，雷同化的控制系統阻礙了技術(shù)的保密和進(jìn)步?？梢詳嘌?，客戶(hù)定制化的控制系統將得到快速發(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(hù)定制的控制和驅動(dòng)系統，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(chǎng)吸引著(zhù)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?？蛻?hù)要求和競爭地域的變化，帶來(lái)的新課題是如何為客戶(hù)提供迅捷的技術(shù)服務(wù)。解決這個(gè)問(wèn)題的方法，就是在實(shí)現紡織機械數字化的基礎上，通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)限的技術(shù)手段實(shí)施遠程診斷。

4 結論

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

    編號：080426