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论纺织机械自动控制技术的重要作用

2013/3/27        作者:蒋程鹏  吕建敏      
关键字:纺织机械  自动化控制技术  纺织工业  现状  影响因素  发展方向  
为了尽快提高我国纺织机械机电一体化水平,赶超世界先进水平,在分析了我国纺织机械自动化控制技术现状的基础上,从基础配套、设备重复引进、专业化程度、自动化技术4个方面,探讨了我国纺机行业存在的问题,通过对纺机行业影响因素的分析,总结了我国纺织机械自动化发展的方向及自动化技术所需的几种关键技术。从企业技术保密角度分析了自动化过程应注意的问题。

    纵观纺织技术,经历了历史上的手工机械化和大工业化重大变革,纺织机械及其自动控制技术在纺织技术发展史中扮演了非常重要的角色。随着科技的发展和市场竞争的激烈,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挑战,如何提供更加灵活、更高质量、更快响应的纺织机械来充分满足纺织工艺的要求,成为时代赋予纺机行业的重任。近10多年来我国纺机行业自动化水平有了明显的提高,在新型纺织机械上普遍采用了自动化技术,其内容包含了先进的信息处理和控制技术,即以计算机为核心,由PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制系统。先进的驱动技术有变频调速,交流伺服,步进电机等,还有检测传感技术和执行机构等。现代控制技术和信息技术正成为推动纺织机械自动控制技术发展的主要驱动力。

1 纺织机械自动控制技术的现状

    纺织机械自动控制技术,几乎应用了所有类别的自动化产品,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。其中控制技术有:PLC、PCC、IPC、FCS、DCS、专用控制器等。传动控制技术有: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。运动控制技术有:伺服、步进、运动控制器等。现场总线技术有:Profi—bus、Can等。人机界面技术有:文本显示器、图文终端、触摸屏等。传感器技术有: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。

    1.1 可编程控制器是纺机控制器的主要选择

    可编程控制器PLC在纺织机械应用最为广泛。PLC能提供高质量的输入输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肯定。

    能够提供多种现场总线、可扩展性及远程I/0已经成为一些主流纺机厂商选择PLC的关键衡量标准。纺织工业控制器中,值得重点关注的技术指标是速度、可靠性和实时性。正如以高效短流程嵌入式复合纺纱技术为代表的自动纺纱技术取得的革命性突破,为行业升级带来了新希望。

    1.2 以电力电子技术为代表的新型驱动技术得到广泛应用

    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应用。变频调速、单轴驱动多轴同步、伺服等传动技术在纺织机械领域大显其能。基于较多的纺织机械为多单元重复结构,如化纤纺丝机等,为实现机械动作的协调一致性,纺织机械还应用了变频调速技术。

    随着科技的发展,纺织机械传动技术有了较大的发展,主要表现在:单轴独立驱动和多轴同步控制技术(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)、伺服驱动技术(如在纺机中很普遍的卷绕机构的反向驱动控制)、共直流母线技术(它弥补了电机处于发电工作状态,也是实现断电同步停车功能的必要条件)。

    纺织机械使用的各种驱动系统和电机包括:变频器+交流异步电机、变频器+交流同步电机、交流伺服电机、直流无刷电机和开关磁阻电机。

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

    1.3高速数据通讯现场总线

    通讯水平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:①实现复杂的控制功能,即实现分布式、现场化;②提高了抗干扰性能,即实时采集并共享大量数据。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。

    引领技术的纺机企业已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。

    1.4数字化纺机技术

    早在2002年就有纺织机械集团提出了“发展数字化的纺织机械,推动纺织企业信息化”的经营理念。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”的主要技术理念首先是数字化的控制技术,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。其次是设备数据的高速采集和传送,从而达到产品能级的提高并解决纺织企业信息化建设中设备数据的瓶颈制约因素。

2 我国纺机行业存在的问题

    我国自动化纺织机械基础配套薄弱、重复引进较多、专业化程度较低、设备自动化率不高。

    2.1 纺机行业基础配套薄弱

    我国纺机行业发展高新技术产品,需要特殊金属材料、化工产品、橡胶制品、电子、电气元件、液压件、紧固件等基础配套产品及零部件。目前,国内的配套部件在材质、制造精度和质量方面均有不足,即使采用国际配套部件,也存在着价格高、周期长的问题,直接影响到纺机自动化技术的发展。例如HVI自动化棉花检测设备成本高、维护保养费用昂贵,目前主要依赖从美国进口。

    2.2 自动化设备重复引进较多

    近年来我国引进了较多的自动化先进设备,但消化吸收并进行二次开发的很少,重复引进问题较突出,未完全起到通过引进自动化设备提高国内纺机自动化技术水平的作用。例如,SANTONI、SANGIACOMO自动针织机及ETON全自动服装悬挂传输制造系统均从意大利或瑞典等国引进,而且是从一个地方重复引进。

    2.3 纺机行业专业化程度较低

    纺机行业是一个多品种、小批量的产业。目前,国外纺机企业一般均为数百人规模,且专业性很强,不少企业专攻某个产品,有时仅两三个企业就能控制某项产品的世界市场。相比之下,国内的纺机企业生产规模大多是大而全或小而全,专业化自动化程度较低,缺乏纺机自动化比较优势的产品。而纺机自动化是实现纺织产业转型升级的关键,虽然近年国内市场需求量增大,但大部分仍依赖于进口。我们欣喜地看到,国家近两年也出台了《国内投资项目不予免税的进口商品目录》,旨在增强自主研发自动化纺机。

    2.4行业设备自动化技术及自动化率差距明显

    综合我国纺织工业自动化装备水平和纺机的技术性能,国内纺机自动化技术水平在总体上与国际先进水平差距明显。当然,不同纺机产品的差距有所不同:首先,我国纺织工业装备水平总体上最多有三分之一比例达到国际先进水平;其次,棉纺和织造新设备在技术指标上已经接近或达到90年代国际水平;再次,毛纺、化纤、印染机械的差距仍然十分明显。除了技术指标方面的差距以外,我国纺机产品在设计能力以及可靠性方面与国际先进水平也有非常大的差距。值得关注的是,全行业设备自动化率的国际先进水平为50%以上,而国内纺机自动化率水平大约仅有15%~20 oA。

责任编辑:陈浩
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