縱觀紡織技術，經歷了歷史上的手工機械化和大工業(yè)化重大變革，紡織機械及其自動控制技術在紡織技術發(fā)展史中扮演了非常重要的角色。隨著科技的發(fā)展和市場競爭的激烈，作為給紡織行業(yè)提供技術裝備的紡機行業(yè)面臨著技術上的挑戰(zhàn)，如何提供更加靈活、更高質量、更快響應的紡織機械來充分滿足紡織工藝的要求，成為時代賦予紡機行業(yè)的重任。近10多年來我國紡機行業(yè)自動化水平有了明顯的提高，在新型紡織機械上普遍采用了自動化技術，其內容包含了先進的信息處理和控制技術，即以計算機為核心，由PLC、工控機、單片機、人機界面、現場總線等組成的控制系統(tǒng)。先進的驅動技術有變頻調速，交流伺服，步進電機等，還有檢測傳感技術和執(zhí)行機構等。現代控制技術和信息技術正成為推動紡織機械自動控制技術發(fā)展的主要驅動力。
1 紡織機械自動控制技術的現狀
紡織機械自動控制技術，幾乎應用了所有類別的自動化產品，主要包括控制、傳動控制、運動控制、現場總線、人機界面和傳感器。其中控制技術有：PLC、PCC、IPC、FCS、DCS、專用控制器等。傳動控制技術有：直流調速系統(tǒng)、交流變頻調速系統(tǒng)、開關磁阻電機、多單元同步系統(tǒng)等。運動控制技術有：伺服、步進、運動控制器等。現場總線技術有：Profi—bus、Can等。人機界面技術有：文本顯示器、圖文終端、觸摸屏等。傳感器技術有：光電傳感器、電磁傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、圖像傳感器及各種工藝參數傳感器。其中PLC、單軸獨立驅動、多單元同步控制、基于網絡技術的數據通訊和在線檢測等技術，得到了廣泛的應用。
1．1 可編程控制器是紡機控制器的主要選擇
可編程控制器PLC在紡織機械應用最為廣泛。PLC能提供高質量的輸入輸出和極佳的實時監(jiān)控能力，特別是它的可靠性已經得到充分肯定。
能夠提供多種現場總線、可擴展性及遠程I/0已經成為一些主流紡機廠商選擇PLC的關鍵衡量標準。紡織工業(yè)控制器中，值得重點關注的技術指標是速度、可靠性和實時性。正如以高效短流程嵌入式復合紡紗技術為代表的自動紡紗技術取得的革命性突破，為行業(yè)升級帶來了新希望。
1．2 以電力電子技術為代表的新型驅動技術得到廣泛應用
隨著電力電子技術的發(fā)展，各種新型驅動技術在紡織機械得到廣泛應用。變頻調速、單軸驅動多軸同步、伺服等傳動技術在紡織機械領域大顯其能。基于較多的紡織機械為多單元重復結構，如化纖紡絲機等，為實現機械動作的協(xié)調一致性，紡織機械還應用了變頻調速技術。
隨著科技的發(fā)展，紡織機械傳動技術有了較大的發(fā)展，主要表現在：單軸獨立驅動和多軸同步控制技術(例如四軸驅動粗紗機、自動絡筒機和多電機驅動劍桿織機等)、伺服驅動技術(如在紡機中很普遍的卷繞機構的反向驅動控制)、共直流母線技術(它彌補了電機處于發(fā)電工作狀態(tài)，也是實現斷電同步停車功能的必要條件)。
紡織機械使用的各種驅動系統(tǒng)和電機包括：變頻器+交流異步電機、變頻器+交流同步電機、交流伺服電機、直流無刷電機和開關磁阻電機。
為了滿足高速劍桿織機對啟動速度和啟、制動力矩的嚴格要求，開關磁阻電機的特殊性能滿足了機器的特殊要求。
1．3高速數據通訊現場總線
通訊水平決定和影響著自動控制的水平。隨著網絡技術的發(fā)展，通過現場總線實現高速數據通訊，控制系統(tǒng)已經從模擬控制轉向數字控制。這一發(fā)展帶來的重大變化和特點是：①實現復雜的控制功能，即實現分布式、現場化；②提高了抗干擾性能，即實時采集并共享大量數據。近年來，現場總線正迅速成為紡織機電一體化系統(tǒng)數據通訊的主流。
引領技術的紡機企業(yè)已認識到現場總線對紡織機械技術進步的重大作用，現場總線的應用推動了紡機產品機電一體化和技術水平的提高。然而，現場總線對紡織機械進步的重要影響還未被充分認識，還有相當部分的產品在使用點對點的邏輯控制和模擬控制方式，這種技術限制了紡織機械的前進步伐。
1．4數字化紡機技術
早在2002年就有紡織機械集團提出了“發(fā)展數字化的紡織機械，推動紡織企業(yè)信息化”的經營理念。現在數字化紡織機械的概念已被紡機行業(yè)認同，業(yè)內主要企業(yè)紛紛打出了數字化的旗號。
“數字化紡織機械”的主要技術理念首先是數字化的控制技術，就是以CPU為核心的控制器、以現場總線為主的工業(yè)通訊技術、以電力電子技術為基礎的現代驅動技術的綜合應用。其次是設備數據的高速采集和傳送，從而達到產品能級的提高并解決紡織企業(yè)信息化建設中設備數據的瓶頸制約因素。
2 我國紡機行業(yè)存在的問題
我國自動化紡織機械基礎配套薄弱、重復引進較多、專業(yè)化程度較低、設備自動化率不高。
2．1 紡機行業(yè)基礎配套薄弱
我國紡機行業(yè)發(fā)展高新技術產品，需要特殊金屬材料、化工產品、橡膠制品、電子、電氣元件、液壓件、緊固件等基礎配套產品及零部件。目前，國內的配套部件在材質、制造精度和質量方面均有不足，即使采用國際配套部件，也存在著價格高、周期長的問題，直接影響到紡機自動化技術的發(fā)展。例如HVI自動化棉花檢測設備成本高、維護保養(yǎng)費用昂貴，目前主要依賴從美國進口。
2．2 自動化設備重復引進較多
近年來我國引進了較多的自動化先進設備，但消化吸收并進行二次開發(fā)的很少，重復引進問題較突出，未完全起到通過引進自動化設備提高國內紡機自動化技術水平的作用。例如，SANTONI、SANGIACOMO自動針織機及ETON全自動服裝懸掛傳輸制造系統(tǒng)均從意大利或瑞典等國引進，而且是從一個地方重復引進。
2．3 紡機行業(yè)專業(yè)化程度較低
紡機行業(yè)是一個多品種、小批量的產業(yè)。目前，國外紡機企業(yè)一般均為數百人規(guī)模，且專業(yè)性很強，不少企業(yè)專攻某個產品，有時僅兩三個企業(yè)就能控制某項產品的世界市場。相比之下，國內的紡機企業(yè)生產規(guī)模大多是大而全或小而全，專業(yè)化自動化程度較低，缺乏紡機自動化比較優(yōu)勢的產品。而紡機自動化是實現紡織產業(yè)轉型升級的關鍵，雖然近年國內市場需求量增大，但大部分仍依賴于進口。我們欣喜地看到，國家近兩年也出臺了《國內投資項目不予免稅的進口商品目錄》，旨在增強自主研發(fā)自動化紡機。
2．4行業(yè)設備自動化技術及自動化率差距明顯
綜合我國紡織工業(yè)自動化裝備水平和紡機的技術性能，國內紡機自動化技術水平在總體上與國際先進水平差距明顯。當然，不同紡機產品的差距有所不同：首先，我國紡織工業(yè)裝備水平總體上最多有三分之一比例達到國際先進水平；其次，棉紡和織造新設備在技術指標上已經接近或達到90年代國際水平；再次，毛紡、化纖、印染機械的差距仍然十分明顯。除了技術指標方面的差距以外，我國紡機產品在設計能力以及可靠性方面與國際先進水平也有非常大的差距。值得關注的是，全行業(yè)設備自動化率的國際先進水平為50％以上，而國內紡機自動化率水平大約僅有15％～20 oA。
3 紡織機械行業(yè)的影響因素分析
影響紡織機械自動化的因素主要有：國內及國際市場因素、產業(yè)政策因素、外貿政策因素以及國際金融危機。
3．1 國內主要市場因素
我國紡機產品主要面向國內市場，銷售對象多為國內紡織企業(yè)。因此，國內紡織企業(yè)的購買能力基本上決定了紡機業(yè)的市場狀況，也決定了紡機業(yè)的發(fā)展趨勢。從時間序列數據觀察，紡機業(yè)生產與盈利走勢大致與國內紡織行業(yè)發(fā)展趨勢相近似，具備高度的相關性。
3．2部分國際市場因素
我國的紡機業(yè)每年約出口1．5～2億美元的產品，主要面向中國香港、巴基斯坦、孟加拉和越南等地區(qū)，約占我國紡機銷售收入的15％～20％左右。這些國家和地區(qū)的宏觀經濟走勢以及自身紡織工業(yè)的發(fā)展，在一定程度上影響對我國紡機產品的需求，也影響著我國紡機行業(yè)的走勢。但是，近年來由于世界紡織重心東移，亞洲紡織業(yè)普遍進行技術升級，也對我國紡機業(yè)提出了新挑戰(zhàn)。
3．3產業(yè)層面政策因素
紡機工業(yè)一直是政府產業(yè)政策重點扶植對象。歷史地看，政策手段對紡機工業(yè)影響主要體現在以下幾個方面：一是通過更新落后設備、國家專項技改手段，為紡機業(yè)創(chuàng)造市場需求；二是通過對紡織行業(yè)區(qū)域布局調整，將部分東南沿海地區(qū)紡織企業(yè)搬遷至中西部地區(qū)，為紡機業(yè)提供市場機會；三是鼓勵非國有經濟成分進入市場經營紡機行業(yè)，引入較為靈活的經營機制；四是鼓勵紡機企業(yè)技術創(chuàng)新，優(yōu)化紡機行業(yè)產品結構，促進紡機產業(yè)轉型升級。作為自動化紡機行業(yè)如何用足國家產業(yè)政策值得深入研究。
3．4對外貿易
目前，我國紡機進口管理基本原則是鼓勵先進設備進口，限制落后產能輸入。而在出口方面，政府則采用出口專項技改貸款、信用保險、出口退稅等方式，這些政策在很大程度上增強了我國紡機產品在國際市場上的競爭能力。但在克服自動化紡機重復引進且技術消化不良方面有待對企業(yè)進一步加強政策引導。
3．5 國際金融危機令紡機行業(yè)舉步維艱
去年以來的國際金融危機對我國實體經濟造成沖擊，對外依存度高的紡織行業(yè)首當其沖。雖然政府和企業(yè)共同努力，及時采取措施，最大限度地消化各種不利因素的影響，確保紡織行業(yè)有一定的增長，但國際金融危機對紡織行業(yè)的沖擊遠遠超過行業(yè)的承受能力，紡織行業(yè)各項經濟指標均出現了不同程度的下滑，許多企業(yè)經營陷入困境，行業(yè)面臨前所未有的嚴峻挑戰(zhàn)。
據海關統(tǒng)計，2008年1～11月我國紡織機械進出13累計總額為50．15億美元，同比下降12．84％，企業(yè)實際生產經營狀況困難。紡機生產企業(yè)2009年的結轉銷售合同很少。大部分企業(yè)處于停產、半停產狀態(tài)，特別是紡紗和化纖機械類生產企業(yè)處境尤其困難。
不容忽視的是，2009年經濟運行面臨的不確定性因素還將進一步增多，形勢依然嚴峻。國家采取“保增長、擴內需、調結構”政策，紡織工業(yè)調整振興規(guī)劃及一系列配套措施的出臺，將積極帶動國內需求的穩(wěn)步增長，恢復經濟增長的信心，有利于紡織行業(yè)保持基本穩(wěn)定。
4 紡織機械自動控制技術的發(fā)展方向
適應紡機快速、靈活、高質、充分滿足紡織工藝要求是紡機自動控制技術發(fā)展的方向。紡織設備運用自動化等高新技術。實現了紡織生產過程各參數的在線檢測、顯示、自動控制和自動調節(jié)，實現了設備運行的自動監(jiān)測、顯示、超限報警等功能，保證和提高了產品質量和生產效率，降低了產品成本，增強了產品競爭力。
4．1紡機驅動器
變頻調速在紡機領域已經得到廣泛應用，伺服技術將是下一階段紡織機械向多軸化發(fā)展的技術基礎。可以預見，小功率伺服驅動器在單錠(軸)驅動方面會有很大需求。
紡織機械對驅動器的要求體現在：伺服和變頻的逐漸融合是必然趨勢，這種驅動器需具有靈活的可組態(tài)工作方式，如速度控制、位置控制、轉矩控制等靈活切換；具備現場總線接口，能夠完成多軸同步控制和同上級控制器的通訊任務，并提供不同總線的可選件；支持共用直流母線技術，多個逆變器共用一個大功率整流器，提高工作在發(fā)電狀態(tài)驅動軸的能量反饋效率；驅動器附加PLC和t/o功能，可完成一定的運算和邏輯控制，使驅動器演變成一個底層控制驅動單元，實現分散、現場的控制方式；能否提供豐富的軟件和調試工具成為選擇驅動器的一個重要考量指標。
由此可見，滿足紡織機械高速往復運動的伺服驅動器和電機．將會有很好的市場。
4．2高控制要求的現場總線
現場總線無疑是現代工業(yè)控制技術發(fā)展中最令人振奮的技術之一。它解決了控制器高速運算能力同驅動器信息交換的瓶頸，又大幅提升了工業(yè)通訊的可靠性。伴隨著現場總線技術的應用。有必要改變某些傳統(tǒng)控制方式，充分發(fā)揮高速通訊能力以完成更高的控制要求。
作為控制器和驅動器的供應商，現已開始提供適應多種現場總線的可選件。通訊的開放性和可選件合理的價格是客戶選擇供應商的重要條件。
工業(yè)以太網技術必將成為現場總線中的主流技術和發(fā)展的關注焦點。從技術的發(fā)展來看，以太網技術將很快并廣泛的直接用于設備層，這將給工業(yè)自動化帶來巨大變化。
4．3滿足客戶不同需求的定制化紡機
面對競爭愈加激烈的紡機市場，雷同化的控制系統(tǒng)阻礙了技術的保密和進步。可以斷言，客戶定制化的控制系統(tǒng)將得到快速發(fā)展。這是因為紡機企業(yè)有需求，技術上有可能。針對特定客戶定制的控制和驅動系統(tǒng)，能有效的保護紡機企業(yè)的技術秘密，凸顯企業(yè)特色。
4．4為客戶提供迅捷服務的遠程診斷技術
中國的紡機市場吸引著全世界的紡機企業(yè)，中國的紡機企業(yè)也在大步走向世界。客戶要求和競爭地域的變化，帶來的新課題是如何為客戶提供迅捷的技術服務。解決這個問題的方法，就是在實現紡織機械數字化的基礎上，通過有線或無線的技術手段實施遠程診斷。
5 結論與展望
近幾年，國內外紡織工程技術在以電子信息、生物工程和新材料等為核心的高新技術的推動下，現代學科、技術交叉融合，對傳統(tǒng)產業(yè)產生了深遠的影響。信息技術、激光技術、空氣動力學技術、液壓技術、傳感器技術等先進技術在紡織領域得到普遍應用，纖維、紡紗、織造、染整、非織造等各紡織領域均推出了許多新工藝、新技術和新設備，紡織技術向智能化、自動化、連續(xù)化發(fā)展，高速高效、高靈活性、高品質和節(jié)能環(huán)保是紡織技術進步的主流，紡織數字化日益深人，正在徹底改變這一傳統(tǒng)產業(yè)的面貌。
我國紡機自動化研發(fā)成效卓著，除了化纖、天然改性纖維、棉紡織、毛紡織、麻紡織、絲綢、針織、非織造布及產業(yè)用品和染整工程自動化技術的開發(fā)研究和應用推廣外，在紡織機械及器材工程方面。不少國產設備自動化技術水平已達到20世紀90年代國際水平；一大批紡織器材自動化產品已經接近或達到世界先進水平。
但是，我國紡織機械自動控制技術的發(fā)展仍存在著差距和不足。例如：技術水平有待提高；創(chuàng)新能力不足，缺少具有自主知識產權的核心技術和產品；產品技術含量低，附加值低，高檔產品不能替代進口；品牌競爭力不足；環(huán)保與清潔生產技術落后。
為此，首先應該加強紡織新材料加工領域的自動化關鍵技術和關鍵設備的研發(fā)．取得高新技術改造傳統(tǒng)紡織工藝技術領域的實質性突破；開展生態(tài)紡織品和節(jié)能環(huán)保加工技術的應用推廣。其次，有必要研究開發(fā)適合紡織行業(yè)的企業(yè)資源計劃(ERP)系統(tǒng)、紡織行業(yè)電子商務平臺、信息服務平臺、創(chuàng)新服務平臺、市場信息體系、營銷網絡以及各類企業(yè)計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)和紡織工廠生產信息監(jiān)測和管理系統(tǒng)等紡織信息化和快速反應技術。再次，需研制更高產量的滌綸短纖維成套設備、粘膠長絲連續(xù)紡絲機、高效現代化棉紡生產線、機電一體化劍桿織機和噴氣織機、紡粘法和熔噴法及復合非織造布生產線、高速系列化電腦提花圓緯機、電腦自動橫機、機電一體化高速經編機、染整設備工藝參數在線檢測技術及高效、節(jié)能、環(huán)保的染整設備等新型紡織機械自動化技術裝備的國產化。除了上述直接應用于紡織生產的自動化紡機外，對紡織制成品進行檢測的自動化儀器儀表設備也亟待研制或改進。主要包括：氣相色譜分析、高效液相色譜分析、電位分析、伏安分析、庫侖分析、原子發(fā)射光譜分析、原子吸收光譜分析、紫外吸收光譜分析、紅外吸收光譜分析、核磁共振波譜分析、質譜分析等自動化儀器儀表設備，以快速準確地測量紡織品、服裝的物理及化學性質。
總之，振興紡織工業(yè)，紡機自動化控制技術是關鍵。同時．必須加大紡織行業(yè)自動控制應用基礎科學研究，重視基礎科學和產業(yè)應用技術開發(fā)創(chuàng)新的銜接，加強產學研結合及紡織自動控制與相關產業(yè)的聯(lián)合。通過實施紡織裝備、工藝自動化創(chuàng)新，推進全行業(yè)科技進步和產業(yè)升級，促進增長方式轉變，為紡織行業(yè)自動化控制技術的創(chuàng)新能力達到國際先進水平奠定堅實的基礎，從而做大做強中國紡織業(yè)，振興傳統(tǒng)產業(yè)。
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本文標題：論紡織機械自動控制技術的重要作用
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