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紡織機(jī)械電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)研究論文
摘 要：經(jīng)過幾十年科研工作者的努力，我國(guó)的紡織機(jī)械行業(yè)已經(jīng)取得了喜人的成就，基本能夠滿足紡織企業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整需求。但紡織機(jī)械的機(jī)電一體化、紡紗質(zhì)量的自動(dòng)化檢測(cè)、紡織工藝的合理性、紡織機(jī)械的適應(yīng)性仍與國(guó)際先進(jìn)水平存在很大的差距，缺乏自主開發(fā)的創(chuàng)新產(chǎn)品作為支撐。
關(guān)鍵詞：紡織機(jī)械；自動(dòng)化；控制系統(tǒng)
目前，我國(guó)紡織品的出口主要為低端產(chǎn)品。雖然我國(guó)紡織產(chǎn)品的生產(chǎn)總量已位居世界之首，但國(guó)內(nèi)的紡織設(shè)備普遍比較落后，紡織業(yè)仍為勞動(dòng)密集型行業(yè)。如何使我國(guó)紡織業(yè)真正成為世界紡織行業(yè)的領(lǐng)頭羊，離不開具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高效自動(dòng)化紡織機(jī)械設(shè)備的支撐。隨著最近貿(mào)易保護(hù)主義和國(guó)外技術(shù)的封鎖，我國(guó)紡織業(yè)的弱點(diǎn)暴露無疑。提高紡織設(shè)備的自動(dòng)化水平，必須走向自主開發(fā)高端紡織機(jī)械的道路上來。
1. 紡織機(jī)械控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)語言的Web開發(fā)
利用Web技術(shù)開發(fā)紡織機(jī)械機(jī)電一體化控制系統(tǒng)是當(dāng)前紡織機(jī)械的主流技術(shù)。Web技術(shù)的開放性使其在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，Web技術(shù)正逐步取代傳統(tǒng)的開發(fā)模式。Web技術(shù)開發(fā)方法目前較為流行的是B/S體系結(jié)構(gòu)模式。
(1) 構(gòu)建樹形文本數(shù)據(jù)庫
采用W3C定制的XML數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)作為應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的數(shù)據(jù)描述方法，通過建立樹形模型描述數(shù)據(jù)文件，針對(duì)每一個(gè)應(yīng)用模塊建立相應(yīng)的樹，包括根(應(yīng)用本身)、節(jié)點(diǎn)（程序、數(shù)據(jù)）、節(jié)點(diǎn)下的子節(jié)點(diǎn)(程序、數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的單位)等等。
(2) 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的開發(fā)
W3C提供的DOM規(guī)范，是一種能夠訪問和操縱XML文件的方法。它可以使XML成為與應(yīng)用無關(guān)的跨平臺(tái)編程語言。在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中采用DOM接口，利用XML和HTML文檔， 提供可靠、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)開發(fā)引擎。采用microsoft的DOM引擎實(shí)現(xiàn)DOM功能，是目前公認(rèn)相當(dāng)準(zhǔn)確的一個(gè)。
(3) 控制系統(tǒng)的查詢語言
數(shù)據(jù)文件內(nèi)容的查詢語言，一般采用XQL語言。XQL與SQL相似，但也有區(qū)別。由于XML存儲(chǔ)數(shù)據(jù)方式的不同，XML擁有SQL不能提供的同屬元素索引和綁定數(shù)目字段的操作。XQL可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)一或一對(duì)多個(gè)XML文件的查詢，隨著DOM查詢引擎的不斷完善，DOM將是搜索XML文件的有效方法。
2. 紡織機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
(1) 紡織機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方案
紡織機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件由PLC主程序和伺服控制器程序兩部分組成，包括通訊發(fā)送程序、通訊接受程序、通訊中斷程序、定時(shí)中斷程序等。利用軟件實(shí)現(xiàn)電機(jī)的高頻率倒順運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過控制電機(jī)的位置關(guān)系保證紡織產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)還需考慮各種生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的停車和啟動(dòng)的特殊條件。變頻器主要是通過構(gòu)件的內(nèi)部功能模塊完成測(cè)取主電機(jī)的信號(hào)、控制自身變速運(yùn)轉(zhuǎn)功能。
(2) 紡織機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案
整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件采用電機(jī)數(shù)控技術(shù)，利用伺服控制器、伺服電機(jī)、編碼器組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，通過PLC協(xié)調(diào)各驅(qū)動(dòng)部件間的同步運(yùn)轉(zhuǎn)，從而將傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化到了最低限度，間接消除了因機(jī)械原因引起的停車故障，提高了整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和工作效率，也使生產(chǎn)效率得到相應(yīng)的提高。
多電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的紡織機(jī)械控制系統(tǒng)通過各個(gè)邏輯器件之間的串行通訊端口，以及伺服控制器的數(shù)字頻率信號(hào)的輸入、輸出接口，使各伺服控制器之間利用數(shù)頻線逐級(jí)相連，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木_度和可靠性。多電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)由人機(jī)交換界面、PLC模塊、變頻器、伺服控制器和其他輔助器件組成：
控制對(duì)象：多電機(jī)控制系統(tǒng)中的電機(jī)組，通常為為三相異步電動(dòng)機(jī)和交流伺服電機(jī)。
a. 主電機(jī)采用變頻電機(jī)傳動(dòng)，工作軸上安裝編碼器；
b. 伺服電機(jī)控制工作軸完成逆順轉(zhuǎn)動(dòng)作；同時(shí)，伺服電機(jī)所帶編碼器應(yīng)保證與主電機(jī)的同步；
(3) 紡織機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)原理
主電機(jī)帶動(dòng)工作軸，工作軸的主編碼器產(chǎn)生信號(hào)，并作為伺服電機(jī)的控制信號(hào)，伺服控制器接收到信號(hào)后，傳輸給伺服電機(jī)，伺服電機(jī)經(jīng)編碼器得到反饋信號(hào)，形成閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)紡織機(jī)械的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。整個(gè)紡織機(jī)械的工作部件都以鏈接主編碼器的工作軸作為參考，主編碼器的工作信號(hào)作為控制其他工作軸的參考信號(hào)。伺服控制器、主電機(jī)變頻器通過內(nèi)部總線連接，利用總線傳輸主編碼器的工作信號(hào)。整機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品的檢測(cè)部分由PLC模塊完成，包括安裝的行程開關(guān)，光電開關(guān)等等。而系統(tǒng)的運(yùn)行狀況就可以通過人機(jī)交換界面的進(jìn)行顯示，對(duì)存在故障的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
圖1. 紡織機(jī)械自動(dòng)化控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖
3. 開發(fā)紡織機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)的難點(diǎn)
(1) 紡織機(jī)械的快速反應(yīng)技術(shù)
設(shè)計(jì)紡織機(jī)械運(yùn)動(dòng)構(gòu)件時(shí)，如何做到運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的快速反應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)紡織業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的核心技術(shù)。如某精梳工藝的錫林最高速度達(dá)到500多鉗次/分鐘，即要求分離羅拉和鉗板擺軸的伺服電機(jī)能夠滿足每秒超過8.5次的逆順轉(zhuǎn)次數(shù)，錫林軸的回轉(zhuǎn)保持同步和連續(xù)生產(chǎn)的情況下不發(fā)熱的技術(shù)指標(biāo)。
(2) 紡織機(jī)械的同步運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)
保證運(yùn)動(dòng)部件快速反應(yīng)的同時(shí)，還需保證運(yùn)動(dòng)部件與伺服電機(jī)的同步。如精梳機(jī)分離羅拉與鉗板擺軸運(yùn)動(dòng)規(guī)律，要求伺服電機(jī)依據(jù)編碼器和PLC控制程序按照分離羅拉與鉗板擺軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律保證主電機(jī)同步。精梳機(jī)的分離羅拉技術(shù)要求是保證每鉗次輸出長(zhǎng)度為26.482mm。伺服電機(jī)必須滿足與錫林變頻電機(jī)同步的要求。
結(jié)語
使我國(guó)紡織業(yè)真正成為世界紡織行業(yè)的領(lǐng)頭羊，還有很多的路要走。由于國(guó)內(nèi)企業(yè)使用的控制系統(tǒng)主要為西門子產(chǎn)品，且由西門子產(chǎn)品進(jìn)行二次開發(fā)的紡織機(jī)電一體化產(chǎn)品也取得了一定成果。
參考文獻(xiàn)：
[1] 呂渭賢. 我國(guó)紡織機(jī)械行業(yè)自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 江蘇紡織, 2004(3).
[2] 溫照方. SIMATCI57-200可編程序控制器教程[M]. 北京理工大學(xué)出版社.
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