紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)分析

張 永

（青島宏大紡織機(jī)械有限責(zé)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(chǎn)國，紡織生產(chǎn)技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位，尤其是在紡織機(jī)械設(shè)備應(yīng)用方面，多項(xiàng)現(xiàn)代化紡織技術(shù)的應(yīng)用，使得紡織機(jī)械生產(chǎn)效率不斷提升。通過將紡織機(jī)械設(shè)備與自動(dòng)化控制技術(shù)相結(jié)合，能夠改變傳統(tǒng)的紡織機(jī)械電氣控制模式，依靠自動(dòng)化控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，全面提升紡織生產(chǎn)效率，同時(shí)提升紡織生產(chǎn)安全性，所以需要掌握自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，以此為基礎(chǔ)對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，確保自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)能夠得以全面發(fā)揮。

1 紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)概述

1.1 紡織機(jī)械與電氣自動(dòng)化

現(xiàn)代紡織行業(yè)主要采用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行加工生產(chǎn)，傳統(tǒng)的機(jī)械需要人工進(jìn)行控制，在紡織技術(shù)以及機(jī)械技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，自動(dòng)化技術(shù)與紡織機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生深度融合，從而使得紡織設(shè)備運(yùn)行效率提高。相比于人工控制模式而言，自動(dòng)化紡織系統(tǒng)具有多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在紡織生產(chǎn)領(lǐng)域中具有重要的作用，是現(xiàn)代紡織行業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。電氣自動(dòng)化技術(shù)在工業(yè)、紡織業(yè)等方面具有廣泛的應(yīng)用，是一項(xiàng)新興的行業(yè)技術(shù)。

1.2 電氣自動(dòng)化應(yīng)用價(jià)值分析

通過與自動(dòng)化技術(shù)的融合，使得紡織設(shè)備運(yùn)行效率得以全面提升。紡織設(shè)備運(yùn)行過程中，能夠按照設(shè)定程序進(jìn)行運(yùn)行，不需要人工對(duì)其進(jìn)行控制，能夠有效提升紡織生產(chǎn)效率。為此，在紡織行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展過程中，需要改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)控制方式，將電氣自動(dòng)化控制技術(shù)融合在紡織機(jī)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(tǒng)控制效果，為紡織行業(yè)生產(chǎn)提供新的助力，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)紡織污染的有效控制，使我國紡織領(lǐng)域中多項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用水平得以提高。與此同時(shí)，在提高紡織機(jī)械運(yùn)行效率的基礎(chǔ)上，電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠提升紡織產(chǎn)品質(zhì)量。在傳統(tǒng)的紡織行業(yè)生產(chǎn)過程中，我國紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)、檢測(cè)系統(tǒng)等運(yùn)行效率較差，嚴(yán)重影響紡織品生產(chǎn)質(zhì)量，是制約我國紡織領(lǐng)域發(fā)展的主要因素。而通過采用自動(dòng)化數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)技術(shù)水平的創(chuàng)新，自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)等使得紡織機(jī)械技術(shù)水平得以大幅提升，是促進(jìn)紡織機(jī)械運(yùn)行以及控制效率提升的關(guān)鍵所在[2]。

2 紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

2.1 紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1.1 工作原理

在紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，電機(jī)能夠帶動(dòng)工作軸運(yùn)行，通過在設(shè)備中增加編碼器裝置的方式，利用該裝置的信號(hào)作為控制系統(tǒng)指令，在信號(hào)傳輸?shù)诫姍C(jī)后，與編碼裝置構(gòu)成一個(gè)完善的循環(huán)控制系統(tǒng)，是紡織系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行的基礎(chǔ)。自動(dòng)化技術(shù)與紡織技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，通過編碼器輸送指令，能夠保證各項(xiàng)構(gòu)建依據(jù)指令運(yùn)行。運(yùn)行過程中不需要人工對(duì)其調(diào)控，工作指令都由編碼器負(fù)責(zé)產(chǎn)生與執(zhí)行；在該系統(tǒng)運(yùn)行過程中，PLC 模塊不僅能夠?qū)φw機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，還能夠構(gòu)成開關(guān)、光電開關(guān)等關(guān)鍵；人機(jī)交互界面能夠直接用于工作人員的操作，系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)在該界面中能夠全面顯示，且發(fā)生故障問題后，相關(guān)數(shù)據(jù)也能夠體現(xiàn)出來，使得故障信息直接顯示，有利于解決紡織機(jī)械的系統(tǒng)故障問題，提升系統(tǒng)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性[3]。

2.1.2 軟件設(shè)計(jì)方案

在紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)用了PLC 控制技術(shù)。PLC 控制技術(shù)能夠依據(jù)紡織生產(chǎn)的基本需求，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行編程，使得系統(tǒng)能夠依據(jù)程序運(yùn)行。在運(yùn)行過程中，控制中心發(fā)出相應(yīng)的指令，紡織機(jī)械各構(gòu)建依據(jù)指令執(zhí)行，并通過軟件能夠?qū)徔椷^程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，工作人員只需要控制紡織機(jī)械設(shè)備的開啟與停止皆可，在遇到特殊情況時(shí)，還能夠直接進(jìn)行切斷控制，從而保障系統(tǒng)運(yùn)行安全性。

2.1.3 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)作為控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本部分，需要保證硬件運(yùn)行效率。在設(shè)計(jì)過程中，采用電機(jī)數(shù)控硬件設(shè)備，與其他硬件構(gòu)成硬件控制系統(tǒng)。在運(yùn)行過程中通過PLC 技術(shù)對(duì)其系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行統(tǒng)一化管控，能夠使得系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)行更加同步，最大程度簡(jiǎn)化系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)，減少由于機(jī)械問題引起的停車故障，使得自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性提升，能夠促進(jìn)紡織機(jī)械運(yùn)行生產(chǎn)效率。同時(shí)與各個(gè)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(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)紡織機(jī)械系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸期間的穩(wěn)定性與安全性。

2.2 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)難點(diǎn)問題分析

①紡織機(jī)械系統(tǒng)需要具有良好的反應(yīng)能力，在指令輸送后，相應(yīng)的系統(tǒng)構(gòu)件應(yīng)能快速執(zhí)行該命令，但是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度較慢，是設(shè)計(jì)方案中需要解決的難點(diǎn)問題。比如在紡織機(jī)械實(shí)際運(yùn)行效率處于90%左右時(shí)，生產(chǎn)商設(shè)計(jì)錠子轉(zhuǎn)速一般在1200～1500 r/min，但是大部分紡織廠的紡織機(jī)械實(shí)際運(yùn)行速度在1000 r/min 左右，實(shí)際運(yùn)行效率與規(guī)定運(yùn)行效率不足。②傳統(tǒng)的紡織設(shè)備在運(yùn)行過程中存在不同步的問題。部分構(gòu)件已經(jīng)執(zhí)行下一道程序指令，而其中一些系統(tǒng)依然停留在上一項(xiàng)運(yùn)行中，所以需要提高系統(tǒng)運(yùn)行同步性，確保系統(tǒng)構(gòu)件能夠保持相同的運(yùn)行狀態(tài)，保證全部電機(jī)能夠同時(shí)運(yùn)行[4]。

2.3 電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)語言分析

紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，一般采用的系統(tǒng)語言為Web 語言，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用較為簡(jiǎn)便，能夠降低系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)難度，為此在設(shè)計(jì)過程中采用該語言技術(shù)，能夠依據(jù)紡織生產(chǎn)的實(shí)際需求，對(duì)語言程序進(jìn)行編輯，不需要冗雜的編程程序，即可使得自動(dòng)化系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)，能夠取得良好的應(yīng)用效果。在系統(tǒng)開發(fā)過程中，主要采用如下幾項(xiàng)技術(shù)：①在紡織機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)的開發(fā)數(shù)據(jù)描述中，可以通過以萬維網(wǎng)聯(lián)盟（World Wide Web Consortium，W3C）為基礎(chǔ)定制的可擴(kuò)展標(biāo)記語言（Extensible Markup Language，XML）數(shù)據(jù)為交換標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述，且需要構(gòu)建樹形模型對(duì)XML 數(shù)據(jù)文件進(jìn)行描述，并將每個(gè)應(yīng)用模型與樹形模型進(jìn)行匹配處理，比如將應(yīng)用自身劃分為“根”程序、數(shù)據(jù)等信息為“樹”的節(jié)點(diǎn)，同時(shí)需要將下屬“樹”的子節(jié)點(diǎn)與其他隊(duì)形的具體范圍進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理。②以W3C 為基礎(chǔ)構(gòu)成的文檔對(duì)象模型（Document Object Model，DOM）規(guī)范，對(duì)XML數(shù)據(jù)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(yùn)行過程中使得XML不與應(yīng)用關(guān)聯(lián)，制作為跨平臺(tái)的編程語言；在此基礎(chǔ)上，采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)與技術(shù)能夠利用DOM 作為接口，通過XML、超文本標(biāo)記語言文檔提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)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(fā)揮，能夠提升數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)開發(fā)便利性。③重點(diǎn)對(duì)查詢語言進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，按照系統(tǒng)運(yùn)行需求為基礎(chǔ)，對(duì)查詢語言結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，結(jié)合設(shè)計(jì)方案的要求，將XQL 作為基礎(chǔ)查詢語言。該查詢語言能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)查詢多種內(nèi)容的目標(biāo)，從而能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行速度，具有多種技術(shù)優(yōu)勢(shì)，相比于傳統(tǒng)的查詢語言技術(shù)而言，能夠提升紡織機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行速度，并結(jié)合DOM 引擎技術(shù)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，使得系統(tǒng)運(yùn)行效果得以大幅度提升[5]。

2.4 RFID技術(shù)的應(yīng)用

RFID 技術(shù)是現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，核心技術(shù)內(nèi)容為賦予物體一個(gè)編碼，通過對(duì)該編碼的掃描，則能夠獲取物體的實(shí)際內(nèi)容，與紡織機(jī)械系統(tǒng)的需求相符合。RFID 技術(shù)能夠?qū)⒖刂葡到y(tǒng)與紡織機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接，有效解決傳統(tǒng)模式下物體與系統(tǒng)無法直接連接的問題。為紡織機(jī)械設(shè)備進(jìn)行編碼處理，工作人員在掃描該編碼后，則能夠獲取當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，還能夠在編碼中增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)，能夠解決傳統(tǒng)模式下自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行效率較差的問題。在該技術(shù)應(yīng)用過程中，幾乎能夠應(yīng)用在紡織機(jī)械系統(tǒng)的任何環(huán)節(jié)中，尤其是控制難度較高的系統(tǒng)部分，RFID技術(shù)都能夠取得良好應(yīng)用效果，已經(jīng)成為紡織機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)中的核心技術(shù)。為此需要準(zhǔn)確掌握該技術(shù)的具體應(yīng)用方式，發(fā)揮出RFID 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)[6]。

3 紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例分析

某紡織企業(yè)為了實(shí)現(xiàn)無人化工廠建設(shè)，該清梳聯(lián)產(chǎn)品采用有回棉工藝流程，為使各臺(tái)梳棉機(jī)喂棉箱得到相同數(shù)量的原棉，在系統(tǒng)控制中采用了電氣自動(dòng)化控制技術(shù)。在自動(dòng)化控制流程中，從第一臺(tái)開始喂入，最終將多余原棉返回喂棉箱，實(shí)現(xiàn)了全過程自動(dòng)化控制。且對(duì)該生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)處理，清梳聯(lián)設(shè)備的自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠最大程度減少用工。該自動(dòng)化清梳聯(lián)系統(tǒng)中配置一個(gè)顯示屏，利用該顯示屏能夠完成對(duì)清梳聯(lián)所有設(shè)備的一鍵啟動(dòng)和停止，監(jiān)控清梳聯(lián)設(shè)備以及輸棉管道運(yùn)行狀態(tài)、實(shí)施數(shù)據(jù)以及故障問題等，且能夠按照工藝要求對(duì)設(shè)備參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。

按照梳棉線開車臺(tái)數(shù)、產(chǎn)量以及輸棉管道壓力等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，利用PID 技術(shù)控制給棉羅拉運(yùn)行速度，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、自動(dòng)化喂棉目標(biāo)，自動(dòng)化連續(xù)喂棉效率能夠達(dá)到100%；實(shí)時(shí)讀取清棉機(jī)給棉羅拉速度，并以一定的比例自動(dòng)化控制混棉機(jī)的給棉速度，跟蹤清棉機(jī)喂棉羅拉速度，使得運(yùn)行效率達(dá)到98%以上；自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)讀取混棉機(jī)棉倉的壓力數(shù)值，按照棉倉壓力數(shù)值變化趨勢(shì)自動(dòng)化調(diào)整抓棉機(jī)的抓棉量，抓棉效率能夠達(dá)到95%以上；在整體清梳聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的情況下，由于清梳聯(lián)數(shù)據(jù)量較大，所以該自動(dòng)化系統(tǒng)采用以太網(wǎng)口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，清梳聯(lián)設(shè)備中的所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)以及故障數(shù)據(jù)等，都能夠接入用戶的其他數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，從而為企業(yè)信息化管理提供支持。

4 紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的有效優(yōu)化措施

（1）加強(qiáng)專業(yè)人才培養(yǎng)力度。近些年來，我國紡織行業(yè)發(fā)展速度逐漸加快，傳統(tǒng)紡織機(jī)械利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)革新，推動(dòng)紡織機(jī)械向自動(dòng)化方向發(fā)展，為了能夠使得自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)在紡織機(jī)械中發(fā)揮出更好的效果，需要加強(qiáng)相關(guān)人才培養(yǎng)力度，提高生產(chǎn)人員對(duì)于自動(dòng)化紡織機(jī)械的應(yīng)用能力，以此方式能夠全面提高紡織機(jī)械應(yīng)用效果，保證自動(dòng)化生產(chǎn)流程的高效性，同時(shí)能夠提升紡織產(chǎn)品質(zhì)量，是紡織企業(yè)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要做好的重要相關(guān)工作。

（2）加強(qiáng)自動(dòng)化控制技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新。當(dāng)前自動(dòng)化控制技術(shù)在紡織機(jī)械中已經(jīng)取得較為廣泛的應(yīng)用，但是自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用依然存在著局限性與瓶頸問題，所以為了能夠提升自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用效果，需要加強(qiáng)對(duì)自動(dòng)化控制技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，確保自動(dòng)化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)能夠全面發(fā)揮，以此方式解決紡織機(jī)械自動(dòng)化控制存在問題，能夠提升紡織機(jī)械控制效率，保證紡織機(jī)械自動(dòng)化系統(tǒng)安全、穩(wěn)定且高效運(yùn)行，支持紡織生產(chǎn)工作開展，不能局限在傳統(tǒng)的控制技術(shù)應(yīng)用模式中。

（3）優(yōu)化自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。上文提出的一種紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，在具體應(yīng)用中具有良好的效果，但是系統(tǒng)依然不夠完善，需要紡織企業(yè)結(jié)合自身的生產(chǎn)實(shí)際情況，采用科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，提高系統(tǒng)針對(duì)性，確保能夠滿足紡織企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需求，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)與優(yōu)化工作中的一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。

5 結(jié)束語

綜上所述，文中簡(jiǎn)要闡述了紡織機(jī)械以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本概念，并提出一種紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)其采用的主要技術(shù)進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用案例證明該自動(dòng)化控制系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用效果，最后總結(jié)了一些自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施，希望能夠?qū)徔棛C(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)起到一定的借鑒和幫助作用，不斷提升自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案質(zhì)量，促進(jìn)我國紡織行業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。