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        紡織機械電氣自動化控制系統(tǒng)技術(shù)分析

        2022-03-13 01:55:27
        今日自動化 2022年11期
        關(guān)鍵詞:紡織機械控制技術(shù)紡織

        張 永

        (青島宏大紡織機械有限責任公司,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,尤其是在紡織機械設(shè)備應用方面,多項現(xiàn)代化紡織技術(shù)的應用,使得紡織機械生產(chǎn)效率不斷提升。通過將紡織機械設(shè)備與自動化控制技術(shù)相結(jié)合,能夠改變傳統(tǒng)的紡織機械電氣控制模式,依靠自動化控制技術(shù)的優(yōu)勢,全面提升紡織生產(chǎn)效率,同時提升紡織生產(chǎn)安全性,所以需要掌握自動化控制系統(tǒng)技術(shù)的應用要點,以此為基礎(chǔ)對系統(tǒng)設(shè)計方案進行優(yōu)化,確保自動化控制系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)勢能夠得以全面發(fā)揮。

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

        1.1 紡織機械與電氣自動化

        現(xiàn)代紡織行業(yè)主要采用機械設(shè)備進行加工生產(chǎn),傳統(tǒng)的機械需要人工進行控制,在紡織技術(shù)以及機械技術(shù)發(fā)展的推動下,自動化技術(shù)與紡織機械設(shè)備產(chǎn)生深度融合,從而使得紡織設(shè)備運行效率提高。相比于人工控制模式而言,自動化紡織系統(tǒng)具有多項技術(shù)優(yōu)勢,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]。電氣自動化技術(shù)在工業(yè)、紡織業(yè)等方面具有廣泛的應用,是一項新興的行業(yè)技術(shù)。

        1.2 電氣自動化應用價值分析

        通過與自動化技術(shù)的融合,使得紡織設(shè)備運行效率得以全面提升。紡織設(shè)備運行過程中,能夠按照設(shè)定程序進行運行,不需要人工對其進行控制,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,將電氣自動化控制技術(shù)融合在紡織機械中,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)對紡織污染的有效控制,使我國紡織領(lǐng)域中多項技術(shù)應用水平得以提高。與此同時,在提高紡織機械運行效率的基礎(chǔ)上,電氣自動化控制系統(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、檢測系統(tǒng)等運行效率較差,嚴重影響紡織品生產(chǎn)質(zhì)量,是制約我國紡織領(lǐng)域發(fā)展的主要因素。而通過采用自動化數(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)對技術(shù)水平的創(chuàng)新,自動化生產(chǎn)技術(shù)等使得紡織機械技術(shù)水平得以大幅提升,是促進紡織機械運行以及控制效率提升的關(guān)鍵所在[2]。

        2 紡織機械電氣自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)

        2.1 紡織機械電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計方案

        2.1.1 工作原理

        在紡織機械電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計中,電機能夠帶動工作軸運行,通過在設(shè)備中增加編碼器裝置的方式,利用該裝置的信號作為控制系統(tǒng)指令,在信號傳輸?shù)诫姍C后,與編碼裝置構(gòu)成一個完善的循環(huán)控制系統(tǒng),是紡織系統(tǒng)自動化運行的基礎(chǔ)。自動化技術(shù)與紡織技術(shù)的結(jié)合應用,通過編碼器輸送指令,能夠保證各項構(gòu)建依據(jù)指令運行。運行過程中不需要人工對其調(diào)控,工作指令都由編碼器負責產(chǎn)生與執(zhí)行;在該系統(tǒng)運行過程中,PLC 模塊不僅能夠?qū)φw機械系統(tǒng)進行檢測,還能夠構(gòu)成開關(guān)、光電開關(guān)等關(guān)鍵;人機交互界面能夠直接用于工作人員的操作,系統(tǒng)實時狀態(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,有利于解決紡織機械的系統(tǒng)故障問題,提升系統(tǒng)運行安全性與穩(wěn)定性[3]。

        2.1.2 軟件設(shè)計方案

        在紡織機械電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計中,應用了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,對自動化系統(tǒng)進行編程,使得系統(tǒng)能夠依據(jù)程序運行。在運行過程中,控制中心發(fā)出相應的指令,紡織機械各構(gòu)建依據(jù)指令執(zhí)行,并通過軟件能夠?qū)徔椷^程進行監(jiān)測,工作人員只需要控制紡織機械設(shè)備的開啟與停止皆可,在遇到特殊情況時,還能夠直接進行切斷控制,從而保障系統(tǒng)運行安全性。

        2.1.3 硬件設(shè)計

        硬件設(shè)計作為控制系統(tǒng)設(shè)計的基本部分,需要保證硬件運行效率。在設(shè)計過程中,采用電機數(shù)控硬件設(shè)備,與其他硬件構(gòu)成硬件控制系統(tǒng)。在運行過程中通過PLC 技術(shù)對其系統(tǒng)運行進行統(tǒng)一化管控,能夠使得系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)運行更加同步,最大程度簡化系統(tǒng)傳動系統(tǒng),減少由于機械問題引起的停車故障,使得自動化控制系統(tǒng)運行可靠性提升,能夠促進紡織機械運行生產(chǎn)效率。同時與各個路由器的通信端口串行連接,通過通信線路將其逐一連接,能夠提升多電機傳動系統(tǒng)紡織機械系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸期間的穩(wěn)定性與安全性。

        2.2 電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計難點問題分析

        ①紡織機械系統(tǒng)需要具有良好的反應能力,在指令輸送后,相應的系統(tǒng)構(gòu)件應能快速執(zhí)行該命令,但是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的反應速度較慢,是設(shè)計方案中需要解決的難點問題。比如在紡織機械實際運行效率處于90%左右時,生產(chǎn)商設(shè)計錠子轉(zhuǎn)速一般在1200~1500 r/min,但是大部分紡織廠的紡織機械實際運行速度在1000 r/min 左右,實際運行效率與規(guī)定運行效率不足。②傳統(tǒng)的紡織設(shè)備在運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)依然停留在上一項運行中,所以需要提高系統(tǒng)運行同步性,確保系統(tǒng)構(gòu)件能夠保持相同的運行狀態(tài),保證全部電機能夠同時運行[4]。

        2.3 電氣自動化控制系統(tǒng)語言分析

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

        2.4 RFID技術(shù)的應用

        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)容為賦予物體一個編碼,通過對該編碼的掃描,則能夠獲取物體的實際內(nèi)容,與紡織機械系統(tǒng)的需求相符合。RFID 技術(shù)能夠?qū)⒖刂葡到y(tǒng)與紡織機械設(shè)備實現(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。為紡織機械設(shè)備進行編碼處理,工作人員在掃描該編碼后,則能夠獲取當前系統(tǒng)運行狀態(tài),還能夠在編碼中增加相應的數(shù)據(jù),能夠解決傳統(tǒng)模式下自動化控制系統(tǒng)運行效率較差的問題。在該技術(shù)應用過程中,幾乎能夠應用在紡織機械系統(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)都能夠取得良好應用效果,已經(jīng)成為紡織機械自動化系統(tǒng)中的核心技術(shù)。為此需要準確掌握該技術(shù)的具體應用方式,發(fā)揮出RFID 技術(shù)的優(yōu)勢[6]。

        3 紡織機械電氣自動化控制系統(tǒng)應用實例分析

        某紡織企業(yè)為了實現(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,為使各臺梳棉機喂棉箱得到相同數(shù)量的原棉,在系統(tǒng)控制中采用了電氣自動化控制技術(shù)。在自動化控制流程中,從第一臺開始喂入,最終將多余原棉返回喂棉箱,實現(xiàn)了全過程自動化控制。且對該生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)進行升級處理,清梳聯(lián)設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)能夠最大程度減少用工。該自動化清梳聯(lián)系統(tǒng)中配置一個顯示屏,利用該顯示屏能夠完成對清梳聯(lián)所有設(shè)備的一鍵啟動和停止,監(jiān)控清梳聯(lián)設(shè)備以及輸棉管道運行狀態(tài)、實施數(shù)據(jù)以及故障問題等,且能夠按照工藝要求對設(shè)備參數(shù)進行設(shè)定。

        按照梳棉線開車臺數(shù)、產(chǎn)量以及輸棉管道壓力等實時數(shù)據(jù),利用PID 技術(shù)控制給棉羅拉運行速度,實現(xiàn)連續(xù)、自動化喂棉目標,自動化連續(xù)喂棉效率能夠達到100%;實時讀取清棉機給棉羅拉速度,并以一定的比例自動化控制混棉機的給棉速度,跟蹤清棉機喂棉羅拉速度,使得運行效率達到98%以上;自動化系統(tǒng)能夠?qū)崟r讀取混棉機棉倉的壓力數(shù)值,按照棉倉壓力數(shù)值變化趨勢自動化調(diào)整抓棉機的抓棉量,抓棉效率能夠達到95%以上;在整體清梳聯(lián)系統(tǒng)構(gòu)成一個自動化系統(tǒng)的情況下,由于清梳聯(lián)數(shù)據(jù)量較大,所以該自動化系統(tǒng)采用以太網(wǎng)口進行數(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 紡織機械電氣自動化控制系統(tǒng)的有效優(yōu)化措施

        (1)加強專業(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)紡織機械利用信息技術(shù)實現(xiàn)了技術(shù)革新,推動紡織機械向自動化方向發(fā)展,為了能夠使得自動化控制系統(tǒng)技術(shù)在紡織機械中發(fā)揮出更好的效果,需要加強相關(guān)人才培養(yǎng)力度,提高生產(chǎn)人員對于自動化紡織機械的應用能力,以此方式能夠全面提高紡織機械應用效果,保證自動化生產(chǎn)流程的高效性,同時能夠提升紡織產(chǎn)品質(zhì)量,是紡織企業(yè)在自動化控制系統(tǒng)設(shè)計中需要做好的重要相關(guān)工作。

        (2)加強自動化控制技術(shù)應用創(chuàng)新。當前自動化控制技術(shù)在紡織機械中已經(jīng)取得較為廣泛的應用,但是自動化技術(shù)應用依然存在著局限性與瓶頸問題,所以為了能夠提升自動化控制技術(shù)的應用效果,需要加強對自動化控制技術(shù)的創(chuàng)新應用,確保自動化技術(shù)的優(yōu)勢能夠全面發(fā)揮,以此方式解決紡織機械自動化控制存在問題,能夠提升紡織機械控制效率,保證紡織機械自動化系統(tǒng)安全、穩(wěn)定且高效運行,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)應用模式中。

        (3)優(yōu)化自動化控制系統(tǒng)設(shè)計。上文提出的一種紡織機械電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計方案,在具體應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)實際情況,采用科學的設(shè)計方案,對系統(tǒng)設(shè)計進行優(yōu)化,提高系統(tǒng)針對性,確保能夠滿足紡織企業(yè)的實際生產(chǎn)需求,是系統(tǒng)設(shè)計與優(yōu)化工作中的一項重點內(nèi)容。

        5 結(jié)束語

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

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