現(xiàn)場總線技術(shù)在紡織機(jī)械上應(yīng)用

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【摘要】我國紡織機(jī)械的發(fā)展對比于國外發(fā)達(dá)國家起步較晚，紡織機(jī)械自動化程度相對較低。在智能化和自動化技術(shù)發(fā)展過程中，現(xiàn)場總線的應(yīng)用在一定程度上改變了紡織機(jī)械發(fā)展的格局，利用系統(tǒng)開放性優(yōu)勢、分散性等優(yōu)勢，可為紡織機(jī)械的高效低耗運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)場總線技術(shù)；紡織機(jī)械；應(yīng)用

0引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，紡織機(jī)械也呈現(xiàn)出智能化和自動化的發(fā)展趨勢。應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)能夠使紡織機(jī)械處于開放式的系統(tǒng)之內(nèi)，將現(xiàn)場控制器、智能設(shè)備和智能儀表等進(jìn)行相互連接，對于通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，建立數(shù)字化生產(chǎn)系統(tǒng)，發(fā)揮其優(yōu)越性，為紡織機(jī)械的發(fā)展開辟了全新通道。

1現(xiàn)場總線技術(shù)概說

1.1現(xiàn)場總線技術(shù)

在20世紀(jì)的80年代，現(xiàn)場總線技術(shù)逐漸得到發(fā)展，到了21世紀(jì)，該技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，它是通過自動化技術(shù)連接現(xiàn)場設(shè)備、儀表，完成現(xiàn)場、控制系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)，打造開放式的通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信和實(shí)時(shí)控制。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由智能儀表、智能設(shè)備組成，并且設(shè)備具備通信能力和數(shù)字計(jì)算能力，能夠與上層管理和監(jiān)控相互聯(lián)系，組成分布式控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)運(yùn)用公開化和標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議，使各廠家智能儀表能夠連接成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，按照通信協(xié)議對設(shè)備進(jìn)行操作。還可利用系統(tǒng)控制功能，對于現(xiàn)場儀表設(shè)備進(jìn)行控制，不但能夠保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，而且還能簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用該系統(tǒng)能夠豐富控制內(nèi)容，保證品質(zhì)和成本的前提之下，使系統(tǒng)開放性和相互操作性能有了明顯提升。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)包括FCS控制網(wǎng)，能夠?qū)⒉煌刂破鞴?jié)點(diǎn)向現(xiàn)場下放，組合成分布式控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以是線形，也可以是環(huán)形，或者是星形，且通訊介質(zhì)選擇空間更大，既可使用雙絞線，也可使用電力線，或者使用紅外線。由FCS組合而成的控制網(wǎng)絡(luò)可與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)、全球網(wǎng)絡(luò)之間相互連通，組合成三級網(wǎng)絡(luò)體系[1]。

1.2技術(shù)分類

具體而言，現(xiàn)場總線就是數(shù)字化通信系統(tǒng)，能夠?qū)ΜF(xiàn)場儀表、控制室展開過程控制，打造標(biāo)準(zhǔn)化管理系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)和通訊等技術(shù)發(fā)展過程，利用全數(shù)字類型現(xiàn)場總線可實(shí)現(xiàn)互聯(lián)管理。由于該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)較為簡單，而且系統(tǒng)的安裝費(fèi)用低，維護(hù)相對便利，能夠?qū)υO(shè)備廠商進(jìn)行自由化選擇，通過不同品牌設(shè)備的應(yīng)用，打造集成化現(xiàn)場管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)類型相對較多，典型的有德國Profibus系統(tǒng)，由西門子公司開發(fā)；還有英國的ERA系統(tǒng)；挪威的CAN系統(tǒng)，由RoberBosch公司設(shè)計(jì)；日本的CC—Link系統(tǒng)，由三菱公司開發(fā)；美國的ControlNet和DeviceNet等系統(tǒng)。

1.3特點(diǎn)分析

將現(xiàn)場總線系統(tǒng)應(yīng)用在工程、技術(shù)等層面，優(yōu)勢明顯。系統(tǒng)特點(diǎn)包括如下幾方面。第一，開放性。利用該系統(tǒng)，無論是總線標(biāo)準(zhǔn)，還是通信協(xié)議或者是產(chǎn)品檢驗(yàn)流程都是公開化的，能夠面向制造商或者用戶，高度開放性使得不同廠商生產(chǎn)產(chǎn)品能夠統(tǒng)一組態(tài)，且信息交換較為便利，利用特定網(wǎng)關(guān)即可完成各類產(chǎn)品之間相互通信。第二，設(shè)備具有智能化、自治性等特點(diǎn)，且可將設(shè)備傳感測量、工量處理、控制功能和補(bǔ)償計(jì)算向現(xiàn)場設(shè)備當(dāng)中分散，能夠隨時(shí)對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷。第三，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為分散性。利用FCS系統(tǒng)借助現(xiàn)場儀表實(shí)現(xiàn)控制器、輸入和輸出單元DCS功能，使得不同儀表之間能夠相互通信，不但能夠簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且還可將控制周期縮短，使系統(tǒng)的可靠性更強(qiáng)。第四，數(shù)字化傳輸。系統(tǒng)抗干擾性能優(yōu)越，在信號處理和傳感測量等方面精度更高，可將多個(gè)設(shè)備置于同一線上，降低系統(tǒng)使用成本[2]。

2現(xiàn)場總線技術(shù)在紡織機(jī)械中的應(yīng)用

我國紡織機(jī)械領(lǐng)域當(dāng)中，現(xiàn)場總線這一技術(shù)的應(yīng)用雖然起步較晚，但是發(fā)展速度較快。國內(nèi)多種紡織機(jī)械都應(yīng)用了該技術(shù)，具體包括針織機(jī)械、紡紗機(jī)械、化纖機(jī)械、染整機(jī)械和服裝機(jī)械等，紡織機(jī)械工作成效屬于提高紡織廠競爭實(shí)力的重要手段。引入現(xiàn)場總線這一技術(shù)能夠滿足紡織工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展需求，不但能夠保證機(jī)械的高質(zhì)量運(yùn)行，還能實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)高效、耗能較低，能夠快速響應(yīng)，滿足行業(yè)清潔生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)需求。比如：由鄭州、邵陽兩個(gè)紡機(jī)廠共同研發(fā)的棉輪絲束生產(chǎn)線，年產(chǎn)量可超過萬噸級別，此生產(chǎn)線的研發(fā)就是利用現(xiàn)場總線，是由控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)而成的生產(chǎn)線，主機(jī)組成結(jié)構(gòu)如下：八輥導(dǎo)絲機(jī)，鋪絲機(jī)，一、四道牽伸機(jī)，定型機(jī)，疊絲機(jī)，切斷機(jī)，打包機(jī)，卷曲機(jī)。上述系統(tǒng)裝置使用整流裝置、變頻器和直流母線組成逆變器（回饋式），能夠?qū)崟r(shí)傳輸牽伸機(jī)的倒托狀態(tài)，并將能量向系統(tǒng)回饋。在一、四道牽伸機(jī)之間的牽伸比處于恒定控制模式，不但控制模式連續(xù)，而且可協(xié)調(diào)。無論處于哪種狀態(tài)之下，都能實(shí)現(xiàn)同步的升速和降速，可以保證該控制系統(tǒng)控制精度，利用雙閉環(huán)控制方式完成速度、頻率等方面控制。使用工業(yè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，利用PLC控制系統(tǒng)、變頻器、整流裝置、遠(yuǎn)程控制和逆變器等模塊相互鏈接，并且使用現(xiàn)場總線中的通訊技術(shù)完成過程控制，可有效保證控制信息實(shí)時(shí)傳輸。系統(tǒng)的速度方面控制精度不超過0.1%，停車時(shí)間在2s以內(nèi)，紡絲的速度不但連續(xù)，而且可調(diào)節(jié)，速度處于0~220m/min之間，此系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用在岳陽石化廠的棉輪絲線生產(chǎn)當(dāng)中。當(dāng)前，現(xiàn)場總線還廣泛應(yīng)用在直捻機(jī)、數(shù)控細(xì)紗機(jī)、雙層起毛機(jī)和滌綸紡絲等設(shè)備中。由德國企業(yè)推出的型號為AIRFLOWAFT的匹染機(jī)，屬于以AIRFLOWAFS型號機(jī)器為原型而開發(fā)出來的染色機(jī)。該設(shè)備也使用現(xiàn)場總線（Lonworks）控制網(wǎng)絡(luò)，組合而成控制系統(tǒng)。系統(tǒng)當(dāng)中存在大量執(zhí)行器，像進(jìn)水和出水閥，氣流控制閥和換熱器控制閥等，還包括多種類型現(xiàn)場設(shè)備，如布料速度傳感器、染液溫度傳感器。上述設(shè)備擁有自治功能，能夠成為整機(jī)控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，并且與上位控制器相連。所以，只需要利用模塊集成方式，就能組成控制程序，對于整機(jī)進(jìn)行控制。系統(tǒng)的硬件組成結(jié)構(gòu)和安裝過程相對簡便，而且軟件開發(fā)的速度較快，成本相對較低[3]。瑞士的SulzerTextile公司推出劍桿織機(jī)，型號為G6300，機(jī)器當(dāng)中卷取機(jī)構(gòu)、引緯機(jī)構(gòu)和織邊機(jī)構(gòu)都使用伺服電動機(jī)，并且處理器結(jié)構(gòu)使用32位作為處理器，使用CAN現(xiàn)場總線對織機(jī)設(shè)備進(jìn)行控制，連接而成控制網(wǎng)絡(luò)，可通過現(xiàn)場設(shè)定方式或者遠(yuǎn)程控制方式，結(jié)合織物規(guī)格對織機(jī)的控制數(shù)據(jù)和工作條件進(jìn)行設(shè)定。使用此類型織機(jī)對于紗線種類、材質(zhì)和纖度沒有限制，因此織物材料的適用范圍較廣。生產(chǎn)過程能夠迅速轉(zhuǎn)換織物品種。此設(shè)計(jì)能夠減小織機(jī)的主軸載荷，進(jìn)而對開車和停車等階段主軸位置的輸出扭矩能夠有效控制，還能將開車、停車等密度問題加以改善，有助于紡織機(jī)械使用過程的節(jié)能。由海安紡織廠、南通工學(xué)院共同研發(fā)的高速并條機(jī)，型號為ASFA-306，使用線程總線CC-Link能夠?qū)⒉l車間設(shè)備進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)構(gòu)造，完成數(shù)字化通信，不但人機(jī)界面簡潔，而且還能完成數(shù)字化通信，實(shí)現(xiàn)圖示化操作。除此之外，全中文界面的應(yīng)用還能按照用戶需求對軟件進(jìn)行靈活修改，能夠適應(yīng)紡織企業(yè)自動化生產(chǎn)需求，提高紡織產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率，還能將勞動強(qiáng)度減輕。

3結(jié)語

紡織工業(yè)不但是我國的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，而且也是支柱型產(chǎn)業(yè)，能夠滿足消費(fèi)者需求。紡織機(jī)械屬于紡織工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，通過機(jī)電一體化方面研究，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、智能儀器和通信等技術(shù)相互融合，應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)的紡織機(jī)械系統(tǒng)性能方面更加優(yōu)越，并且隨著技術(shù)的發(fā)展和完善，更多先進(jìn)技術(shù)引入其中，能夠根據(jù)紡織機(jī)械實(shí)際特點(diǎn)，自主開發(fā)出現(xiàn)場總線相關(guān)技術(shù)，生產(chǎn)出更多機(jī)械產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)紡織機(jī)械的智能化和自動化，由此可見，現(xiàn)場總線的應(yīng)用為紡織機(jī)械的發(fā)展帶來深遠(yuǎn)影響。

參考文獻(xiàn)

[1]胡玉才.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在化纖紡織機(jī)械中的應(yīng)用[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2012,30(1):32-36.

[2]蔣素芹.紡織機(jī)械自動化的應(yīng)用及發(fā)展方向[J].科學(xué)與財(cái)富,2013(12):329.

[3]王淵.DeviceNet總線通訊系統(tǒng)在轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)中的應(yīng)用[J].機(jī)械管理開發(fā),2014,29(6):56-57.

作者:梁利軍 單位:衡水學(xué)院