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呂渭賢（1937—）男，原紡織工業部高級工程師，曾任中國紡織工程學會自動化專業委員會主任、紡機專業委員會副主任。
1 前言
我國紡織工業從紡織大國向紡織強國邁進，紡織工業的結構調整和產業升級，必須依靠科技進步，依靠先進的技術裝備。
紡織機械的發展，將緊緊圍繞紡織工業的結構調整和產業升級，圍繞建設紡織強國的宏偉目標進行。
中國的巨大紡織機械市場，國際上知名的紡織機械制造廠如德國、意大利、瑞士、日本等國的廠商紛紛在中國各地投資建廠。
提高紡織機械整機性能的途徑，由于機械本身的局限性，因此國際和國內制造廠商都把重點放在從自動化方面入手的提升。
上世紀九十年代，我國紡織機械行業積極推行以電子信息技術改造傳統紡織機械，推廣應用PLC、變頻器、計算機控制等自動化技術，應用了自動化技術后使得設備的機構簡化、性能改善，提高了機器的速度和生產效率，保證了產品質量，操作更為方便，提升了設備的檔次和水平。
2 我國紡織機械行業自動化技術的現狀，主要應用的自動化技術
2.1 控制系統
2.1.1 PLC的應用
目前紡機行業已普及應用PLC技術。紡紗設備從清花到絡筒機，織造設備從整經到天梭織機、染整設備從燒毛到后整理、化纖設備從紡織到后處理聯合機，均用了這項技術。
紡織機械上采用的PLC，90%以上為小型機，多數設備為一臺機器用一臺PLC，少數設備用一臺PLC為主站，多數PLC為從站，構成PLC網絡。紡織機械制造廠在近幾年內采購的配套用PLC，年均為7萬套以上。整個紡織行業包括紡織企業的公用工程等使用的PLC，年需求量在11萬套以上的水平。
2.1.2現場總線技術的應用
現場總線技術對于紡織機械行業的主要作用是通過高速的總線技術，不斷的進行數據交換，做到多單元的高速同步，實現較復雜的軸與軸之間的運動關系。目前已有較多設備應用了現場總線技術，例如清花和梳棉的聯合機、并條機、精梳機、粗紗機、細紗機、自動絡筒機、分條整經機、漿紗機、劍桿織機、噴氣織機、退煮漂聯合機、絲光機、連續染色機、印花機、定型機、化纖的長絲和短絲生產線設備等。
紡織設計選用的現場總線，目前比較集中于兩種總線，紡紗機織造設備多數采用CANBUS，染整機化纖設備多數采用PROFIBUS、MOSBUS、POWERLINK等亦有應用，工業以太網在大型聯合機或成套設備上應用。
2.2 傳動控制
2.2.1 變頻器的應用
紡織機械上所使用的變頻器分為通用變頻器和專用變頻器，紡織機械制造廠每年需購約10萬臺通用變頻器為主機配套，多數選用國外品牌，國產變頻器的市場占有率極低。諸如儲緯器、槽筒等使用的專用變頻器需求量也較大，每年的市場需求量也在幾萬臺左右。整個紡織行業包括紡織企業用于公用工程水泵、風機等用的變頻器，年需求量在20萬臺以上的水平。
2.2.2 無刷直流電機和開關磁阻電機的應用
無刷直流電機、開關磁阻電機（SR電機）的優越性正在目前的紡織生產中凸現出來，這兩種電機有良好啟動性能和制動性能。無刷直流電機可以做到體積小，適用于某些紡織設備的技術要求，例如用于各類絡筒機的槽筒單錠直接聯接，取得良好的效果，很有發展空間。開關磁阻電機適用于劍桿織機、噴氣織機的高起動力矩的要求，若能為這兩種機器配套市場容量在萬臺以上。兩種電機的驅動器是技術關鍵，國內廠商起步晚，尚需進一步完善。
2.3 運動控制
2.3.1 交流伺服的應用
采用電子傳動軸取代機械軸已成為紡織機械發展的新趨勢，紡機用伺服系統有多種類型，如電子凸輪、電子齒輪、電子軸等。通過采用獨立驅動的伺服系統，計算機控制達到高精度的凸輪曲線控制、送經控制、卷取控制、欠伸倍數控制、位移控制等目的。目前已有細紗機、精梳機、絡絲機、捻線機等設備采用了電子凸輪替代機械凸輪；劍桿織機、噴氣織機、經編機等設備采用電子送經和電子卷取替代機械送經和機械卷取；并條機、粗紗機、細紗機、花色捻線機等設備采用電子齒輪替代機械齒輪，實現電子欠伸，控制欠伸倍數；分條整經機、圓網印花機、平網印花機等設備用于位置控制。因此紡織機械應用伺服系統是近幾年來發展最快的技術之一，將具有很大的發展空間。
2.3.2步進電機的應用
紡織生產工藝中對紗線張力控制是十分重要。步進電機在紡織機械上多數用于調節紗線張力大小，控制張力盤的位移，如絡筒機、并紗機、天梭織機、針織機等設備；亦有用步進電機控制織機多色選緯。步進電機的應用面沒有伺服系統那么廣。
2.4 人機界面（HMI）的應用
人機界面技術與PLC的應用成為姐妹產品，隨著PLC應用而發展。在我國紡織機械行業的使用量與PLC相接近，目前以采用文本式顯示方式占較大比重。在高檔的設備上選用觸摸屏人機界面，例如精梳聯合機、機電一體化粗紗機、集聚紡細紗機、多單元傳動漿紗機、高檔的天梭織機、平網和圓網印花機、拉幅定型機、化纖紡絲和后加工聯合機、非織造布設備等。
3 紡織機械自動化發展的主要成就
3.1 自動化系統造價比利上升
自動化技術的應用，使其占主機造價的比重逐步上升，目前占主機造價20%左右的機器已有相當一部分，其中帶有自調勻整的并條機，其自動化系統占主機造價達50%；新型自動絡筒機，其自動化系統占主機造價達35~40%。
3.2 典型設備自動化系統的特點及效果
3.2.1 機電一體化粗紗機
國產新型機電一體化粗紗機的控制系統，多家機械制造廠各自設計了自己的方案，基本上由三種，即IPC+PLC+4臺變頻器方案；IPC+PLC+4臺變頻器方案和交流伺服組合方案； PLC+4臺變頻器方案。通過CAN總線進行通信。
通過CCD傳感器取消了傳統復雜的機械式錐輪變速器成形裝置，通過計算機控制系統實現了對羅拉、錠翼、龍筋升降、筒管卷繞四個部件的分別控制并協調同步進行，控制性能都達到理想的效果。由于大大簡化了設備的機械結構，提高了機器速度和生產效率，減少了粗紗斷頭，產品質量好。計算機儲存多品種最佳工藝，更換品種方便。控制系統的技術水平達到了國外同類產品的先進水平。
3.2.2 自動絡筒機
新一代自動絡筒機的控制系統方案，全機有60個錠位，每個錠位設計采用一個單錠位控制器，控制每個錠位工臺無刷直流電機和4臺步進電機或控制一臺無刷直流和6臺步進電機，上位計算機對全機60個單錠控制器通過CAN總線進行通信和監控。新機的特點已多電機直接傳動各種動作取代復雜的機械動作，機械零件大大減少，機器的造價比老機反而降低，一般可降低15~20%。
3.2.3 七單元傳動的漿紗機
控制系統采用IPC+PLC通過PROFIBUS總線通信，實現對織軸、拖引輥、烘房、上漿輥、引紗輥的7臺變頻器或7臺交流伺服進行控制，保持7臺電機的同步運行和織軸的恒線速、恒張力卷繞，新機取消了傳統的長邊軸傳動和PIV機械無極變速器，簡化了機械結構。通過計算機有效控制伸長率、卷繞張力、回潮率、溫度等工藝參數，成品質量好，有利于后道織造工序的穩定高效生產。控制系統的技術水平達到國外同速產品的先進水平。
3.2.4 圓網印花機
控制系統采用PCC控制器通過Powerlink總線通信，實現對16臺交流伺服和多臺變頻器進行控制（16只圓網，每只圓網用一臺交流伺服電機單獨傳動；印花導帶、烘房傳動、進出布架、風機等用變頻器）。其效果是提高了對花精度，保證了印花質量，減少了次品，工藝調節和對花操作十分方便。
3.2.5 滌綸短纖維后處理成套設備
日產100噸、150噸、200噸大容量滌綸短纖維后處理成套設備采用大型變頻傳動系統，變頻系統采用共用直流母線方式，變頻系統總裝機容量達1700kW~5000 kW，控制系統采用PROFIBUS總線，分布式的傳動控制和現場I/O結構，與中央控制室上位機連接采用工業一臺網。其效果是對生產線的牽伸比、溫度、壓力等工藝參數實現精確控制，保證了產品質量。采用多電機分部傳動方案取代長邊軸傳動，先進合理，而且制造成本降低。
4 紡織機械自動化技術發展水平與國際的主要差距
4.1 連續生產技術的差距
國產棉紡設備，基本上以單機生產方式，成套新設備萬錠用工150人。國際上先進的紡紗機實現了全流程連續化生產，萬錠用工30~60人。連續化生產技術除清梳聯國內已批量生產外，尚待開發條筒、粗紗和精梳棉卷的自動輸送、粗紗和細紗的自動落紗、細絡聯等新型設備，在這些設備對自動化技術提出更高的要求。
4.2 智能化控制技術的差距
國產設備的智能化水平低。國際上知名公司如瑞士立達公司RSB-D401型并條機實現勻整作用點的自動尋優調節系統；德國TRUSCHLER公司的TD03型梳棉機除塵調節系統，自動辨別落棉中的雜質，調節除塵刀的最佳位置；日本豐田公司的噴氣織機具有專家織造工藝系統。這類智能化控制技術，目前國內尚屬缺門。
4.3 專用控制器的差距
國外紡機制造商為了保持自己的知識產權和降低控制系統的成本，對于年生產量大的設備，開發專用控制器（嵌入式系統），例如瑞士立達公司的成套紡紗設備全用自己開發的專用控制器；國外生產劍桿織機、噴氣織機的大公司也都有自己的專用控制器。國內主要紡織設備例如細紗機、梳棉機年產量達萬臺以上，精梳機、并條機、粗砂機等年產量在數千臺水平，其配套用控制器均選用PLC；國產劍桿織機、噴氣織機生產規模都在數千臺，僅部分設備采用專用控制器。其原因是采用PLC控制，系統可靠性高，紡機企業無能力開發專用控制器，只有選用PLC。即使與國內自動化廠商合作開發專用變頻器，往往因可靠性差，進展受阻。
4.4 在線檢測技術和專用控制裝置的差距
國產紡機在線檢測技術與國際的差距較大，尤其是印染設備。由于印染工藝參數和被測對象種類多，液體規模大，成份復雜和工作環境惡劣等原因，在線檢測技術開發難度大，加之開發費用高以及傳感器需要進口等原應，國產在線檢測技術與設備的總體水平遠落后于進口設備。印染加工中的化學品不能精確控制投放，造成嚴重污染，產品質量無法及時反饋調整，使得工藝穩定性與重現性差，造成最終產品質量的不穩定。
在棉紡機設備上國內已有一批在線檢測和專用控制裝置，但尚有許多缺門和未形成商品的專用控制裝置，例如自動絡筒機紗線張力檢測、棉網疵點檢測、織物疵點檢測、針織物疵點檢測、壓電陶瓷電子選針器等。若用進口檢測和控制裝置配套，其價格很貴，使整機價格大大提高，用戶難以接受。
4.5 生產信息監測和管理的差距
國內紡織設備的自動化應用主要局限在單機控制層，還未能將現場分散信息集成，提供有效的管理信息，企業存在著很多信息孤島，大部分設備無通訊接口。而國外設備不僅帶有通訊接口，各知名設備制造商都可提供設備聯網的管理軟件。
5 國產紡織機械自動化技術的發展趨勢
自動化技術從單機控制向工廠自動化（FA）、系統自動化方面發展，將整個工廠作為一個系統實現自動化，目標是實現企業的最佳經濟效益。紡織企業為達到最佳經濟效益，勢必對紡織機械制造商提出更多、更高的要求，紡織機械的自動化技術將由單機控制發展到系統自動化。智能化、網絡化、信息化成為未來紡織機械控制系統的主要趨勢。值得行業內共同關注的幾項技術是：
5.1 集成自動化技術在紡織企業中的應用
管控一體化的概念早在多年前就已被提出。德國西門子公司五六年前提出全集成自動化(TIA)，大多數的工業用戶并沒有意識到這樣的解決方案能為他們帶來什么好處。而現在，已經有越來越多的工廠意識到TIA從成本和效率方面為其帶來的收益。我國紡織工廠目前狀況一是招工難，二是用人成本越來越高，原有的低價勞動力優勢將不復存在。企業對減少用工已提上日程，因此勢必對TIA的認識將逐步深入，對紡織機械自動化提出新要求，集成自動化將成為紡織機制造商未來發展的新趨勢。
5.2 嵌入式產品在紡織機械上的發展
嵌入式產品是從“量體裁衣”的方式把所需要的功能嵌入到應用系統的設備中，它拋棄了很多其他通用產品中多余的功能，可謂功能適用、夠用。因為嵌入式系統沒有多余的配置，應用的又是新技術，成本肯定會比同類產品低。業內專家指出，采用嵌入式技術定制的專用控制設備的成本僅為通用PLC的三分之一。這正是紡織機械所要求的，特別對那些面廣量大的設備來說，發展嵌入式產品非常必要。
5.3 機器視覺技術在紡織機械上的應用
機器視覺技術是集光、電、機械、攝像、計算機技術于一體的智能系統。國內紡機行業應用機器視覺技術剛起步，例如清花異纖檢測系統開始批量生產，印花機的精確對花系統已研發成功。而國外已有更多的應用機器視覺技術的產品在紡織企業應用，如棉網疵點檢測系統、織機在線布面疵點檢測系統、針織機疵點檢測系統、自動驗布機、光電整緯裝置等，這些新產品目前國內尚屬缺門。由于國內紡機行業缺乏機器視覺應用開發人才，因此進展慢。
5.4 無線通訊技術在紡織工業中的應用
對我國紡織企業來說，設備聯網、信息集成、有線通訊技術尚未普及，現在提無線通訊是否為時過早。但必須看無線通訊帶來的好處，國際自2000年以來，無線技術在工業自動化領域的應用得到了突飛猛進的發展，無線通訊不一定能取代有線通訊，但一定能作為其有效的補充。國外紡織行業已有BACO公司的織造車間無線監控系統在使用，SAVIO公司的轉杯紡紗機和門富子公司的熱定型機有手持操縱終端與機器控制聯網產品。不排除今后幾年無線技術在紡織行業中推廣，幫助實現工業自動化更多的功能。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號