陈兴强
教授级高级工程师，太平洋机电（集团）有限公司 上海 200050
现任太平洋机电集团有限公司副总裁，并担任中国纺织机械器材行业协会常务理事、中国纺织工程学会理事、中国纺织工程学会纺机器材专委会副主任、上海市纺织工程学会常务理事、上海市机械工程学会常务理事等职。
长期从事自动控制专业的技术工作，在纺织机械自动控制领域有30余年的工作经验，参加过多项国家重大技术装备的研制，先后获得省部级科学技术进步一、二等奖多项。近年来致力于工业现场总线技术在纺织机械上的应用和纺织机械的数字化工作。

摘要：讨论了纺织机械自动控制技术的现状，从驱动、现场总线、客户定制化和远程诊断等方面探讨了纺织机械自动控制技术发展方向。

关键词：纺织机械；自动控制技术；现状和发展方向

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

    纺织技术在历史上经历了两次重大的变革：手工机械化和大工业化。综观纺织技术的发展史，纺织机器在其中扮演了非常重要的角色。

    随着科学技术的飞速发展和市场竞争的愈加激烈，作为给纺织行业提供技术装备的纺机行业面临着技术上的一次新飞跃，提供更加灵活、更高质量、更快响应的纺织机械，充分满足纺织工艺要求，是时代对纺机行业的新要求，也是纺机企业发展的必由之路。现代控制技术和信息技术成为当前推动纺织机械发展最主要的驱动力。

2 纺织机械自动控制技术的现状

    近十年来，纺织机械自动控制技术应用水平有了较快的进步，几乎用到了所有种类的自动化产品，主要包括控制、传动控制、运动控制、现场总线、人机界面和传感器。

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

    （2）传动控制：直流调速系统、交流变频调速系统、开关磁阻电机、多单元同步系统等。

    （3）运动控制：伺服、步进、运动控制器。

    （4）现场总线：Profibus、Can等。

    （5）人机界面：文本显示器、图文终端、触摸屏等。

    （6）传感器：光电传感器、电磁传感器、温度传感器、压力传感器、图像传感器及各种工艺参数传感器。

    其中PLC、单轴独立驱动、多单元同步控制、基于网络技术的数据通讯和在线检测等技术，得到了广泛的应用。

    2.1  PLC是纺织机械控制器最主要的选择

    无可争议，可编程序控制器PLC是纺织机械最大量应用的控制器。PLC能提供高质量的输入/出和极佳的实时监控能力，特别是它的可靠性已经得到充分的信任。

    能够提供多种现场总线、可扩展性及远程I/O已经成为一些主流纺机厂商选择PLC的关键衡量标准。

    工业控制器中，我们应该重点关注的技术指标是：速度、可靠性、实时性。

    2.2  以电力电子技术为代表的新型驱动技术得到广泛的应用

    随着电力电子技术的发展，各种新型驱动技术在纺织机械得到广泛的应用。变频调速、单轴驱动多轴同步、伺服等传动技术得到广泛应用。

    相当多的纺织机械是多单元重复结构如化纤纺丝机等，为了满足一致性的要求，变频调速的应用在纺织机械中是必须和普遍的。80年代初期上海纺织机电厂就引进了德国AEG公司的技术，生产可控硅变频器。

    随着技术的发展，纺织机械的传动技术有了较大的变化，主要表现在：

    2.2.1  单轴独立驱动、多轴同步控制

    采用单轴独立驱动、多轴同步控制技术，满足纺织工艺对纺织机械日益提高的要求，实现纺机的高速化和简化机械结构，正在成为纺织机械机电一体化的重要趋势。例如四轴驱动粗纱机、自动络筒机和多电机驱动剑杆织机等。

    2.2.2  伺服驱动

    近年来在纺织机械领域，一些对快速性或位置有要求的机构中伺服驱动技术得到愈来愈多的重视和应用。很多驱动产品厂商配合纺织机械的特殊需求，专门研制了适应纺织机械的伺服产品。如在纺机中很普遍的卷绕机构的反向驱动控制。也有企业在纺机中很普遍的高速往复机构中进行了伺服驱动的研究，如上海一纺机在精梳机嵌板驱动上采用了高速伺服系统。

    2.2.3  共直流母线

    纺织机械采用单轴独立驱动、多轴同步控制方式后，不可避免的是一些电机处于发电工作状态，解决这个问题的最好办法是采用共直流母线技术。纺机一般为8000小时工作制，用电效率相当重要。多电机系统采用直流母线，有利于提高控制精度，有利于电能的高效利用，也是实现断电同步停车功能的必要条件。

    2.2.4  纺织机械使用的各种驱动系统和电机

    ●    变频器+交流异步电机

    ●    变频器+交流同步电机 

    ●    交流伺服电机

    ●    直流无刷电机

    ●    开关磁阻电机

    为了满足高速剑杆织机对启动速度和启、制动力矩的严酷要求，开关磁阻电机的特殊性能满足了机器的特别要求。

    2.3 现场总线

    通讯的能力决定和影响着自动控制的水平，随着网络技术的发展，通过现场总线实现高速数据通讯，控制系统已经从模拟控制转向数字控制。这一发展带来的重大变化和特点是：实现复杂的控制功能；实现分布式、现场化；抗干扰性能的极大提高；大量数据的实时采集以及共享。正如我们大家看到的，近年来，现场总线正迅速成为纺织机电一体化系统数据通讯的主流。

    走在技术进步前列的纺机企业已经认识到现场总线对纺织机械技术进步的重大作用，现场总线的应用推动了纺机产品机电一体化和技术水平的提高。然而，现场总线对纺织机械进步的重要影响还未被充分认识，还有相当部分的产品在使用点对点的逻辑控制和模拟控制方式，这种技术限制了纺织机械的前进步伐。 

    2.4 数字化的纺织机械

    国内主要的纺织机械集团“太平洋机（集团）有限公司”早在2002年就提出了“发展数字化的纺织机械，推动纺织企业信息化”的发展方向。现在数字化纺织机械的概念已被纺机行业认同，业内主要企业纷纷打出了数字化的旗号。

    “数字化纺织机械”的主要技术理念是：

    （1）数字化的控制技术，就是以CPU为核心的控制器、以现场总线为主的工业通讯技术、以电力电子技术为基础的现代驱动技术的综合应用。

    （2）设备数据的高速采集和传送。从而达到产品能级提高和解决纺织企业信息化建设中设备数据瓶颈的目的。

3 纺织机械自动控制技术的发展方向

    适应纺织机械更快速度、更加灵活、更高质量、充分满足纺织工艺要求是纺织机械自动控制技术发展的方向。

    3.1驱动

    变频调速在纺机领域已经得到广泛的应用，伺服技术将是下一阶段纺织机械向多轴化发展的技术基础。可以预见小功率伺服驱动器在单锭（轴）驱动方面会有很大的需求。

    纺织机械对驱动器的要求可以体现在：

    （1）作为一种趋势，伺服和变频的逐渐融合是必然的，我们姑且称其为驱动器。这种驱动器，要能够具有灵活的可组态工作方式，如速度控制、位置控制、转矩控制等的灵活切换。

    （2）具备现场总线接口，能够完成多轴同步控制和同上级控制器的通讯任务，能够提供不同总线的可选件。

    （3）支持共用直流母线技术。多个逆变器共用一个大功率整流器是发展方向。针对纺织机械的特殊性，提高工作在发电状态驱动轴的能量反馈效率是很有意义的课题。

    （4）驱动器附加PLC和I/O功能，能够完成一定的运算和逻辑控制，使驱动器演变成一个底层控制驱动单元，实现分散、现场的控制方式。

    （5）对驱动器选择的一个重要考量指标是能否提供丰富的软件和调试工具，目前能够满足这个要求的供应商并不多。

    作为纺织机械的特殊需求，满足纺织机械高速往复运动的伺服驱动器和电机，将会有很好的市场。

    3.2 现场总线

    现场总线无疑是现代工业控制技术发展中最令人振奋的技术之一。它解决了控制器高速运算能力同驱动器信息交换的瓶颈难题，又大幅提升了工业通讯的可靠性。伴随着现场总线技术的应用，我们有必要改变某些传统控制方式，充分发挥高速通讯能力以完成更高的控制要求。

    作为控制器和驱动器的供应商，现在已经开始提供适应多种现场总线的可选件。通讯的开放性和可选件合理的价格将是客户选择供应商的重要条件。

    工业以太网技术必将成为现场总线中的主流技术和发展的关注焦点。从技术的发展来看，以太网技术将很快可以广泛的直接用于设备层，这将给工业自动化带来巨大的变化。

    3.3 客户定制化

    面对竞争愈加激烈的纺机市场，雷同化的控制系统阻碍了技术的保密和进步。可以断言，客户定制化的控制系统将得到快速发展。这是因为纺机企业有需求，技术上有可能。针对特定客户定制的控制和驱动系统，能有效的保护纺机企业的技术秘密，充分凸显企业特色。

    3.4 远程诊断技术

    中国的纺机市场吸引着全世界的纺机企业，中国的纺机企业也在大步走向世界。客户要求和竞争地域的变化，带来的新课题是如何为客户提供迅捷的技术服务。解决这个问题的方法，就是在实现纺织机械数字化的基础上，通过有线或无限的技术手段实施远程诊断。

4 结论

    纺织机械行业已经迎来了新一轮的竞争，纺机技术的进步也使自动控制技术的重要性凸显出来。充分应用当代先进的自动控制技术，提高纺织机械的技术能级，满足纺织企业的新要求，是我们的努力方向。

    编号：080426