紡織機械電氣自動化控制系統技術分析

張 永

（青島宏大紡織機械有限責任公司，山東青島 266101）

我國作為世界上最大的紡織出口國與生產國，紡織生產技術處于世界領先地位，尤其是在紡織機械設備應用方面，多項現代化紡織技術的應用，使得紡織機械生產效率不斷提升。通過將紡織機械設備與自動化控制技術相結合，能夠改變傳統的紡織機械電氣控制模式，依靠自動化控制技術的優勢，全面提升紡織生產效率，同時提升紡織生產安全性，所以需要掌握自動化控制系統技術的應用要點，以此為基礎對系統設計方案進行優化，確保自動化控制系統技術的優勢能夠得以全面發揮。

1 紡織機械電氣自動化控制系統技術概述

1.1 紡織機械與電氣自動化

現代紡織行業主要采用機械設備進行加工生產，傳統的機械需要人工進行控制，在紡織技術以及機械技術發展的推動下，自動化技術與紡織機械設備產生深度融合，從而使得紡織設備運行效率提高。相比于人工控制模式而言，自動化紡織系統具有多項技術優勢，在紡織生產領域中具有重要的作用，是現代紡織行業生產與發展的基礎[1]。電氣自動化技術在工業、紡織業等方面具有廣泛的應用，是一項新興的行業技術。

1.2 電氣自動化應用價值分析

通過與自動化技術的融合，使得紡織設備運行效率得以全面提升。紡織設備運行過程中，能夠按照設定程序進行運行，不需要人工對其進行控制，能夠有效提升紡織生產效率。為此，在紡織行業創新發展過程中，需要改變傳統的生產控制方式，將電氣自動化控制技術融合在紡織機械中，能夠有效減少人力資源投入，最為重要的是能夠提升系統控制效果，為紡織行業生產提供新的助力，還能夠實現對紡織污染的有效控制，使我國紡織領域中多項技術應用水平得以提高。與此同時，在提高紡織機械運行效率的基礎上，電氣自動化控制系統能夠提升紡織產品質量。在傳統的紡織行業生產過程中，我國紡織產品質量監測、檢測系統等運行效率較差，嚴重影響紡織品生產質量，是制約我國紡織領域發展的主要因素。而通過采用自動化數，能夠實現對技術水平的創新，自動化生產技術等使得紡織機械技術水平得以大幅提升，是促進紡織機械運行以及控制效率提升的關鍵所在[2]。

2 紡織機械電氣自動化控制系統的設計與開發

2.1 紡織機械電氣自動化控制系統設計方案

2.1.1 工作原理

在紡織機械電氣自動化控制系統設計中，電機能夠帶動工作軸運行，通過在設備中增加編碼器裝置的方式，利用該裝置的信號作為控制系統指令，在信號傳輸到電機后，與編碼裝置構成一個完善的循環控制系統，是紡織系統自動化運行的基礎。自動化技術與紡織技術的結合應用，通過編碼器輸送指令，能夠保證各項構建依據指令運行。運行過程中不需要人工對其調控，工作指令都由編碼器負責產生與執行；在該系統運行過程中，PLC 模塊不僅能夠對整體機械系統進行檢測，還能夠構成開關、光電開關等關鍵；人機交互界面能夠直接用于工作人員的操作，系統實時狀態在該界面中能夠全面顯示，且發生故障問題后，相關數據也能夠體現出來，使得故障信息直接顯示，有利于解決紡織機械的系統故障問題，提升系統運行安全性與穩定性[3]。

2.1.2 軟件設計方案

在紡織機械電氣自動化控制系統設計中，應用了PLC 控制技術。PLC 控制技術能夠依據紡織生產的基本需求，對自動化系統進行編程，使得系統能夠依據程序運行。在運行過程中，控制中心發出相應的指令，紡織機械各構建依據指令執行，并通過軟件能夠對紡織過程進行監測，工作人員只需要控制紡織機械設備的開啟與停止皆可，在遇到特殊情況時，還能夠直接進行切斷控制，從而保障系統運行安全性。

2.1.3 硬件設計

硬件設計作為控制系統設計的基本部分，需要保證硬件運行效率。在設計過程中，采用電機數控硬件設備，與其他硬件構成硬件控制系統。在運行過程中通過PLC 技術對其系統運行進行統一化管控，能夠使得系統各個環節運行更加同步，最大程度簡化系統傳動系統，減少由于機械問題引起的停車故障，使得自動化控制系統運行可靠性提升，能夠促進紡織機械運行生產效率。同時與各個路由器的通信端口串行連接，通過通信線路將其逐一連接，能夠提升多電機傳動系統紡織機械系統在數據傳輸期間的穩定性與安全性。

2.2 電氣自動化控制系統設計難點問題分析

①紡織機械系統需要具有良好的反應能力，在指令輸送后，相應的系統構件應能快速執行該命令，但是傳統控制系統的反應速度較慢，是設計方案中需要解決的難點問題。比如在紡織機械實際運行效率處于90%左右時，生產商設計錠子轉速一般在1200～1500 r/min，但是大部分紡織廠的紡織機械實際運行速度在1000 r/min 左右，實際運行效率與規定運行效率不足。②傳統的紡織設備在運行過程中存在不同步的問題。部分構件已經執行下一道程序指令，而其中一些系統依然停留在上一項運行中，所以需要提高系統運行同步性，確保系統構件能夠保持相同的運行狀態，保證全部電機能夠同時運行[4]。

2.3 電氣自動化控制系統語言分析

紡織機械電氣自動化控制系統設計中，一般采用的系統語言為Web 語言，在系統設計中的應用較為簡便，能夠降低系統開發設計難度，為此在設計過程中采用該語言技術，能夠依據紡織生產的實際需求，對語言程序進行編輯，不需要冗雜的編程程序，即可使得自動化系統功能實現，能夠取得良好的應用效果。在系統開發過程中，主要采用如下幾項技術：①在紡織機械自動化控制系統的開發數據描述中，可以通過以萬維網聯盟（World Wide Web Consortium，W3C）為基礎定制的可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML）數據為交換標準進行描述，且需要構建樹形模型對XML 數據文件進行描述，并將每個應用模型與樹形模型進行匹配處理，比如將應用自身劃分為“根”程序、數據等信息為“樹”的節點，同時需要將下屬“樹”的子節點與其他隊形的具體范圍進行關聯處理。②以W3C 為基礎構成的文檔對象模型（Document Object Model，DOM）規范，對XML數據文件而言，是一種具有良好效果的操作形式與訪問形式，能夠有效確保在具體運行過程中使得XML不與應用關聯，制作為跨平臺的編程語言；在此基礎上，采用自動化控制系統與技術能夠利用DOM 作為接口，通過XML、超文本標記語言文檔提升系統運行穩定性與可靠性，比如較為常用的Microsoft DOM引擎等，使得DOM 的作用能夠最大化發揮，能夠提升數據驅動開發便利性。③重點對查詢語言進行優化設計，按照系統運行需求為基礎，對查詢語言結構進行重構，結合設計方案的要求，將XQL 作為基礎查詢語言。該查詢語言能夠實現同時查詢多種內容的目標，從而能夠提高系統運行速度，具有多種技術優勢，相比于傳統的查詢語言技術而言，能夠提升紡織機械系統運行速度，并結合DOM 引擎技術對其進行優化，使得系統運行效果得以大幅度提升[5]。

2.4 RFID技術的應用

RFID 技術是現代物聯網技術的重要組成部分，核心技術內容為賦予物體一個編碼，通過對該編碼的掃描，則能夠獲取物體的實際內容，與紡織機械系統的需求相符合。RFID 技術能夠將控制系統與紡織機械設備實現連接，有效解決傳統模式下物體與系統無法直接連接的問題。為紡織機械設備進行編碼處理，工作人員在掃描該編碼后，則能夠獲取當前系統運行狀態，還能夠在編碼中增加相應的數據，能夠解決傳統模式下自動化控制系統運行效率較差的問題。在該技術應用過程中，幾乎能夠應用在紡織機械系統的任何環節中，尤其是控制難度較高的系統部分，RFID技術都能夠取得良好應用效果，已經成為紡織機械自動化系統中的核心技術。為此需要準確掌握該技術的具體應用方式，發揮出RFID 技術的優勢[6]。

3 紡織機械電氣自動化控制系統應用實例分析

某紡織企業為了實現無人化工廠建設，該清梳聯產品采用有回棉工藝流程，為使各臺梳棉機喂棉箱得到相同數量的原棉，在系統控制中采用了電氣自動化控制技術。在自動化控制流程中，從第一臺開始喂入，最終將多余原棉返回喂棉箱，實現了全過程自動化控制。且對該生產線的控制系統進行升級處理，清梳聯設備的自動化控制系統能夠最大程度減少用工。該自動化清梳聯系統中配置一個顯示屏，利用該顯示屏能夠完成對清梳聯所有設備的一鍵啟動和停止，監控清梳聯設備以及輸棉管道運行狀態、實施數據以及故障問題等，且能夠按照工藝要求對設備參數進行設定。

按照梳棉線開車臺數、產量以及輸棉管道壓力等實時數據，利用PID 技術控制給棉羅拉運行速度，實現連續、自動化喂棉目標，自動化連續喂棉效率能夠達到100%；實時讀取清棉機給棉羅拉速度，并以一定的比例自動化控制混棉機的給棉速度，跟蹤清棉機喂棉羅拉速度，使得運行效率達到98%以上；自動化系統能夠實時讀取混棉機棉倉的壓力數值，按照棉倉壓力數值變化趨勢自動化調整抓棉機的抓棉量，抓棉效率能夠達到95%以上；在整體清梳聯系統構成一個自動化系統的情況下，由于清梳聯數據量較大，所以該自動化系統采用以太網口進行數據傳輸，清梳聯設備中的所有生產數據、運行數據以及故障數據等，都能夠接入用戶的其他數據管理系統中，從而為企業信息化管理提供支持。

4 紡織機械電氣自動化控制系統的有效優化措施

（1）加強專業人才培養力度。近些年來，我國紡織行業發展速度逐漸加快，傳統紡織機械利用信息技術實現了技術革新，推動紡織機械向自動化方向發展，為了能夠使得自動化控制系統技術在紡織機械中發揮出更好的效果，需要加強相關人才培養力度，提高生產人員對于自動化紡織機械的應用能力，以此方式能夠全面提高紡織機械應用效果，保證自動化生產流程的高效性，同時能夠提升紡織產品質量，是紡織企業在自動化控制系統設計中需要做好的重要相關工作。

（2）加強自動化控制技術應用創新。當前自動化控制技術在紡織機械中已經取得較為廣泛的應用，但是自動化技術應用依然存在著局限性與瓶頸問題，所以為了能夠提升自動化控制技術的應用效果，需要加強對自動化控制技術的創新應用，確保自動化技術的優勢能夠全面發揮，以此方式解決紡織機械自動化控制存在問題，能夠提升紡織機械控制效率，保證紡織機械自動化系統安全、穩定且高效運行，支持紡織生產工作開展，不能局限在傳統的控制技術應用模式中。

（3）優化自動化控制系統設計。上文提出的一種紡織機械電氣自動化控制系統設計方案，在具體應用中具有良好的效果，但是系統依然不夠完善，需要紡織企業結合自身的生產實際情況，采用科學的設計方案，對系統設計進行優化，提高系統針對性，確保能夠滿足紡織企業的實際生產需求，是系統設計與優化工作中的一項重點內容。

5 結束語

綜上所述，文中簡要闡述了紡織機械以及自動化控制系統的基本概念，并提出一種紡織機械電氣自動化控制系統設計方案，對其采用的主要技術進行分析，結合實踐應用案例證明該自動化控制系統具有良好的應用效果，最后總結了一些自動化控制系統設計的優化措施，希望能夠對紡織機械系統設計起到一定的借鑒和幫助作用，不斷提升自動化系統設計方案質量，促進我國紡織行業可持續發展目標實現。