現(xiàn)場總線技術在紡織機械上應用
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【摘要】我國紡織機械的發(fā)展對比于國外發(fā)達國家起步較晚，紡織機械自動化程度相對較低。在智能化和自動化技術發(fā)展過程中，現(xiàn)場總線的應用在一定程度上改變了紡織機械發(fā)展的格局，利用系統(tǒng)開放性優(yōu)勢、分散性等優(yōu)勢，可為紡織機械的高效低耗運行奠定良好基礎。
0引言
隨著技術的發(fā)展，紡織機械也呈現(xiàn)出智能化和自動化的發(fā)展趨勢。應用現(xiàn)場總線技術能夠使紡織機械處于開放式的系統(tǒng)之內(nèi)，將現(xiàn)場控制器、智能設備和智能儀表等進行相互連接，對于通信網(wǎng)絡進行實時控制，建立數(shù)字化生產(chǎn)系統(tǒng)，發(fā)揮其優(yōu)越性，為紡織機械的發(fā)展開辟了全新通道。
1現(xiàn)場總線技術概說
1.1現(xiàn)場總線技術
在20世紀的80年代，現(xiàn)場總線技術逐漸得到發(fā)展，到了21世紀，該技術得到了廣泛的應用，它是通過自動化技術連接現(xiàn)場設備、儀表，完成現(xiàn)場、控制系統(tǒng)間關聯(lián)，打造開放式的通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)多點通信和實時控制。網(wǎng)絡系統(tǒng)由智能儀表、智能設備組成，并且設備具備通信能力和數(shù)字計算能力，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)運用公開化和標準化通信協(xié)議，使各廠家智能儀表能夠連接成網(wǎng)絡設備，按照通信協(xié)議對設備進行操作。還可利用系統(tǒng)控制功能，對于現(xiàn)場儀表設備進行控制，不但能夠保持系統(tǒng)穩(wěn)定運行，而且還能簡化系統(tǒng)結構。應用該系統(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)組成結構包括FCS控制網(wǎng)，能夠?qū)⒉煌刂破鞴?jié)點向現(xiàn)場下放，組合成分布式控制系統(tǒng)。網(wǎng)絡拓撲結構可以是線形，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)絡可與企業(yè)內(nèi)網(wǎng)、全球網(wǎng)絡之間相互連通，組合成三級網(wǎng)絡體系[1]。
1.2技術分類
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，打造標準化管理系統(tǒng)，在計算機和通訊等技術發(fā)展過程，利用全數(shù)字類型現(xiàn)場總線可實現(xiàn)互聯(lián)管理。由于該控制系統(tǒng)的結構較為簡單，而且系統(tǒng)的安裝費用低，維護相對便利，能夠?qū)υO備廠商進行自由化選擇，通過不同品牌設備的應用，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公司設計；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特點分析
將現(xiàn)場總線系統(tǒng)應用在工程、技術等層面，優(yōu)勢明顯。系統(tǒng)特點包括如下幾方面。第一，開放性。利用該系統(tǒng)，無論是總線標準，還是通信協(xié)議或者是產(chǎn)品檢驗流程都是公開化的，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)關即可完成各類產(chǎn)品之間相互通信。第二，設備具有智能化、自治性等特點，且可將設備傳感測量、工量處理、控制功能和補償計算向現(xiàn)場設備當中分散，能夠隨時對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行診斷。第三，系統(tǒng)結構表現(xiàn)為分散性。利用FCS系統(tǒng)借助現(xiàn)場儀表實現(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)結構，而且還可將控制周期縮短，使系統(tǒng)的可靠性更強。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，可將多個設備置于同一線上，降低系統(tǒng)使用成本[2]。
2現(xiàn)場總線技術在紡織機械中的應用
我國紡織機械領域當中，現(xiàn)場總線這一技術的應用雖然起步較晚，但是發(fā)展速度較快。國內(nèi)多種紡織機械都應用了該技術，具體包括針織機械、紡紗機械、化纖機械、染整機械和服裝機械等，紡織機械工作成效屬于提高紡織廠競爭實力的重要手段。引入現(xiàn)場總線這一技術能夠滿足紡織工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展需求，不但能夠保證機械的高質(zhì)量運行，還能實現(xiàn)小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)高效、耗能較低，能夠快速響應，滿足行業(yè)清潔生產(chǎn)現(xiàn)實需求。比如：由鄭州、邵陽兩個紡機廠共同研發(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)設計而成的生產(chǎn)線，主機組成結構如下：八輥導絲機，鋪絲機，一、四道牽伸機，定型機，疊絲機，切斷機，打包機，卷曲機。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傳輸牽伸機的倒托狀態(tài)，并將能量向系統(tǒng)回饋。在一、四道牽伸機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)控計算機，利用PLC控制系統(tǒng)、變頻器、整流裝置、遠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完成過程控制，可有效保證控制信息實時傳輸。系統(tǒng)的速度方面控制精度不超過0.1%，停車時間在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)應用在岳陽石化廠的棉輪絲線生產(chǎn)當中。當前，現(xiàn)場總線還廣泛應用在直捻機、數(shù)控細紗機、雙層起毛機和滌綸紡絲等設備中。由德國企業(yè)推出的型號為AIRFLOWAFT的匹染機，屬于以AIRFLOWAFS型號機器為原型而開發(fā)出來的染色機。該設備也使用現(xiàn)場總線（Lonworks）控制網(wǎng)絡，組合而成控制系統(tǒng)。系統(tǒng)當中存在大量執(zhí)行器，像進水和出水閥，氣流控制閥和換熱器控制閥等，還包括多種類型現(xiàn)場設備，如布料速度傳感器、染液溫度傳感器。上述設備擁有自治功能，能夠成為整機控制網(wǎng)絡內(nèi)部節(jié)點，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，對于整機進行控制。系統(tǒng)的硬件組成結構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，型號為G6300，機器當中卷取機構、引緯機構和織邊機構都使用伺服電動機，并且處理器結構使用32位作為處理器，使用CAN現(xiàn)場總線對織機設備進行控制，連接而成控制網(wǎng)絡，可通過現(xiàn)場設定方式或者遠程控制方式，結合織物規(guī)格對織機的控制數(shù)據(jù)和工作條件進行設定。使用此類型織機對于紗線種類、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)過程能夠迅速轉換織物品種。此設計能夠減小織機的主軸載荷，進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，有助于紡織機械使用過程的節(jié)能。由海安紡織廠、南通工學院共同研發(fā)的高速并條機，型號為ASFA-306，使用線程總線CC-Link能夠?qū)⒉l車間設備進行聯(lián)網(wǎng)構造，完成數(shù)字化通信，不但人機界面簡潔，而且還能完成數(shù)字化通信，實現(xiàn)圖示化操作。除此之外，全中文界面的應用還能按照用戶需求對軟件進行靈活修改，能夠適應紡織企業(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，還能將勞動強度減輕。
3結語
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)，能夠滿足消費者需求。紡織機械屬于紡織工業(yè)發(fā)展的重要基礎，通過機電一體化方面研究，將計算機網(wǎng)絡、智能儀器和通信等技術相互融合，應用現(xiàn)場總線技術的紡織機械系統(tǒng)性能方面更加優(yōu)越，并且隨著技術的發(fā)展和完善，更多先進技術引入其中，能夠根據(jù)紡織機械實際特點，自主開發(fā)出現(xiàn)場總線相關技術，生產(chǎn)出更多機械產(chǎn)品，實現(xiàn)紡織機械的智能化和自動化，由此可見，現(xiàn)場總線的應用為紡織機械的發(fā)展帶來深遠影響。
參考文獻
[1]胡玉才.現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)在化纖紡織機械中的應用[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2012,30(1):32-36.
[2]蔣素芹.紡織機械自動化的應用及發(fā)展方向[J].科學與財富,2013(12):329.
[3]王淵.DeviceNet總線通訊系統(tǒng)在轉杯紡紗機中的應用[J].機械管理開發(fā),2014,29(6):56-57.
作者:梁利軍 單位:衡水學院