周 舜

（荊楚理工學(xué)院，湖北 荊門 448000）

通過數(shù)十年的科研努力，我國紡織行業(yè)取得了世界矚目的驕人成績，更是我國穩(wěn)定人民幣匯率、平衡國際收支、解決社會就業(yè)等可持續(xù)性發(fā)展政策的執(zhí)行保證。紡織機械設(shè)備作為支撐紡織工作正常運轉(zhuǎn)的重要基礎(chǔ)，其電氣自動化控制系統(tǒng)技術(shù)更是制約紡織機械發(fā)展的關(guān)鍵。

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的含義

紡織機械即將天然纖維（棉花、蠶絲、動物毛等）、化學(xué)纖維（人工合成或天然高分子化合物）等加工為紡織品的機械設(shè)備，從廣義上理解還應(yīng)包括生產(chǎn)化學(xué)纖維的化工機械。

而電氣自動化是指電力電子、信息處理、自動控制等電氣工程類方面的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于國防、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域，是一門新興的高等院校學(xué)科，人才缺口極大。

1.2 電氣自動化應(yīng)用于紡織機械的價值

一方面，將電氣自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用于紡織機械中，是提升相關(guān)行業(yè)工作效率的重要革新方向。我國社會經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，大眾生活品質(zhì)隨之提升，對于高品質(zhì)紡織品的需求日益增加。因此，紡織業(yè)進行革新，改變傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，將電氣自動化控制技術(shù)融入設(shè)備，不僅降低了人力資源的浪費，提升了工作效率，縮短了生產(chǎn)周期，還解決了一定的行業(yè)污染問題，加深了紡織行業(yè)高新科技應(yīng)用程度。

另一方面，在提升整體效率的同時，電氣自動化控制系統(tǒng)對于提升紡織品質(zhì)量也有著重要的推動作用。過去，我國紡織行業(yè)在紡織品質(zhì)量監(jiān)測、自動化檢測等方面存在不足，在一定程度上影響了對外出口與對外貿(mào)易。隨著電氣自動化控制系統(tǒng)與紡織機械的深度融合，自動化檢測技術(shù)、智能化控制技術(shù)水平也隨之上升，大大提升了我國紡織品在世界經(jīng)濟市場中的競爭力[1]。

1.3 電氣自動化應(yīng)用于紡織機械的問題

（1）我國紡織機械往往因為發(fā)展類型的不同，電氣自動化程度與應(yīng)用技術(shù)也會有所不同。如棉紡、織造等電氣自動化控制程度較為發(fā)達，但化纖等程度較低，還存在一定的提升空間。

（2）作為一門新興學(xué)科，電氣自動化專業(yè)人才極為匱乏，無法滿足國內(nèi)外發(fā)展需求，導(dǎo)致在一定程度上阻礙了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。同時，部分紡織企業(yè)雖然引進了高端的自動化紡織機械，但現(xiàn)有員工的專業(yè)技能、綜合素質(zhì)等

投稿日期：2020-01-24

作者簡介：周舜（1996— ），男，漢族，湖北羅田人，本科生；研究方向：電氣工程及自動化。存在一定的不足，無法有效發(fā)揮其真正功用，這對于相應(yīng)的技術(shù)發(fā)展也帶來了不良影響。

2 紡織機械電氣自動化控制系統(tǒng)技術(shù)研究

2.1 電氣自動化控制系統(tǒng)Web語言

Web計算機編程語言可分為靜態(tài)與動態(tài)兩種，靜態(tài)通常就是超文本標記語言，而動態(tài)則是執(zhí)行靈活的互聯(lián)網(wǎng)程序，如Java、英文超級文本預(yù)處理語言（Hypertext Preprocessor，PHP）等。Web技術(shù)以其開放性、靈活性等被廣泛應(yīng)用于機械自動化控制系統(tǒng)的開發(fā)，是當(dāng)前紡織機械的主流開發(fā)技術(shù)之一。以B/S為最流行的體系結(jié)構(gòu)進行相關(guān)系統(tǒng)的開發(fā)，應(yīng)注意3個方面。

第一，紡織機械自動化系統(tǒng)開發(fā)數(shù)據(jù)描述中，可使用以萬維網(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，并且應(yīng)建立樹形模型來對XML數(shù)據(jù)文件進行描述，同時將每一個應(yīng)用模塊與樹形模型進行一一匹配，如應(yīng)用本身劃分為“根”，程序、數(shù)據(jù)等信息為“樹枝”節(jié)點，且需要將下屬“樹杈”子節(jié)點與其相對性的具體單位做好關(guān)聯(lián)。

第二，以W 3 C為基礎(chǔ)形成的文檔對象模型（Document Object Model，DOM）規(guī)范對于XML數(shù)據(jù)文件來說是較為良好的操作與訪問方式，可以保證在實際應(yīng)用過程中讓XML與應(yīng)用不具關(guān)聯(lián)，僅作為跨平臺的一種編程語言。以此為基礎(chǔ)，在自動化控制及系統(tǒng)中可以使用DOM作為接口，利用XML、超文本標記語言（Hyper Text Markup Language，HTML）文檔提升其可靠性、擴張性。如人們較為熟知的microsoft DOM引擎，目前可最大限度地發(fā)揮DOM的功用，以便開發(fā)數(shù)據(jù)驅(qū)動。

第三，在紡織機械自動化控制系統(tǒng)中，可使用XQL語言作為查詢語言，并充當(dāng)實際數(shù)據(jù)文件內(nèi)容。相較于結(jié)構(gòu)化查詢（Structured Query Language，SQL）語言，二者存儲方式具有較大差異，SQL無法對同屬元素展開索引，且無法對綁定數(shù)目字段進行相關(guān)操作。反觀XQL語言，卻可以將XML中文件進行一對一、一對多的查詢，并利用DOM引擎進行優(yōu)化、提升[2]。

2.2 電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計方案

紡織機械電氣自動化控制系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)遵循其基本工作原理，分別設(shè)計軟件與硬件，從而讓電氣自動化技術(shù)最大限度地發(fā)揮自身功用。

首先，控制系統(tǒng)基本工作原理就是主電機帶動工作軸上的編碼器產(chǎn)生伺服電機控制參數(shù)信號，在該信號傳入伺服控制器后，傳回伺服電機時與編碼器反饋信號共同形成一個相對封閉的控制形式，從而促動紡織機械開始自動化運轉(zhuǎn)。主編碼器產(chǎn)生的基本信號是其他工作軸的參考控制信號，并保證內(nèi)部總線讓伺服控制與主電機變頻器互相連接，可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）模塊具有生成開關(guān)、光電開關(guān)安裝、檢測整機系統(tǒng)產(chǎn)品等能力。人機交互界面具有反映整機系統(tǒng)實際運行狀態(tài)的功能，在實現(xiàn)自動化的同時，可以及時輔助發(fā)現(xiàn)故障、修正參數(shù)。

其次，軟件設(shè)計方面，應(yīng)由PLC主程序、伺服控制程序共同構(gòu)成，充分發(fā)揮接收、發(fā)送、中斷、定時中斷等功能。同時，應(yīng)用軟件可以使電擊高頻率倒順運轉(zhuǎn)，可以通過控制電機位置、關(guān)系等，提升相關(guān)紡織品的質(zhì)量。需要注意的是，在進行軟件設(shè)計時應(yīng)將實際生產(chǎn)過程中的停車問題、特殊啟動問題等進行充分研究、參考，并作相應(yīng)調(diào)整。

最后，硬件設(shè)計中，控制系統(tǒng)是電機數(shù)控技術(shù)應(yīng)用其中，并由伺服控制器、編碼器、電機共同組成。因此，應(yīng)利用PLC對控制系統(tǒng)所驅(qū)動的部件進行協(xié)調(diào)，確保運轉(zhuǎn)的同步與傳統(tǒng)系統(tǒng)的簡化，減低機械引起的停車問題，提升系統(tǒng)的可靠性，保證紡織機械的生產(chǎn)周期與效率；還可利用數(shù)頻線將系統(tǒng)數(shù)字頻率信號進行逐級連接、串行，進一步提高多電機傳動紡織機械系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸時的可靠性與安全性。

2.3 電氣自動化控制系統(tǒng)技術(shù)難點

在應(yīng)用電氣自動化技術(shù)開發(fā)相關(guān)紡織機械控制系統(tǒng)時，大致可分為兩類技術(shù)難點。第一，針對紡織機械運動構(gòu)建設(shè)計環(huán)節(jié)，如何讓構(gòu)件快速反應(yīng)是研發(fā)工作的核心問題。某紡織機械制造廠，承諾錠子速度可達到 1 200（純棉）～1 400（化纖）r/min，但經(jīng)過實際調(diào)試使用后，其生產(chǎn)效率卻只能在90%左右，快速反應(yīng)技術(shù)明顯存在不足。

第二，與快速反應(yīng)技術(shù)相對的是同步運轉(zhuǎn)技術(shù)，即保證紡織機械運行部件在高速運轉(zhuǎn)中與相應(yīng)電機保持同步工作。以某紡織工廠的紡織機械為例，使用4臺電機對應(yīng)單獨控制龍筋、錠翼、羅拉、筒管運動，應(yīng)用自動控制系統(tǒng)，要在啟動、運行、停止、緊急斷電時，嚴格保持4臺電機的速度一致，才能有效保障粗紗質(zhì)量[3]。

2.4 電氣自動化控制系統(tǒng)應(yīng)用實例

2.4.1 自動化智能托盤包裝

在傳統(tǒng)成品紗的包裝過程中，工作量巨大、工序復(fù)雜，要對每一個筒紗依次進行內(nèi)袋包裝、襯袋套裝、外袋包裝，且針對不同類型、質(zhì)量的成品紗需要進行不同的包裝工序，如使用紙箱打包、包裝袋打包等。由于工序較為復(fù)雜，導(dǎo)致勞動強度較高，錯誤率也較高，同時，入庫點紗、找紗也會耗費較多時間，工作效率明顯不足。

針對這一問題，某紡織廠決定安裝自動化智能托盤包裝控制系統(tǒng)與設(shè)備，將筒紗放置于托盤隔板間進行固定，讓包裝設(shè)備對成品紗進行薄膜打包，形成獨立包裝，再通過叉車進行運輸、入庫。如此一來，不僅可以減少人力浪費，提升工作效率，還可以減少包裝成本與包裝磨損率，實現(xiàn)現(xiàn)代化、自動化機械包裝流程。

2.4.2 自動換卷裝置

在以往的換卷生頭過程中，必須依靠人工將卷子頭進行拉薄處理，反復(fù)確認卷子頭均勻并對接無誤才可以啟動精梳機，且針對生頭質(zhì)量，只能隔一段時間進行檢測，以保證符合相關(guān)標準，但往往在空擋時間內(nèi)，生頭質(zhì)量會出現(xiàn)一定的波動。

某企業(yè)為解決換卷問題，決定引入E80號精梳機，利用電器自動控制系統(tǒng)，完成自動換卷、自動梳理等工作，并可以實現(xiàn)精準、實時控制條子對搭位置，有效提升條子的質(zhì)量與均勻度，且降低35%的人工浪費。

2.4.3 清花成卷機器

清花成卷機器是全棉紡織過程中最為常用的設(shè)備之一。設(shè)備通常使用鐵質(zhì)材料制成，運行效率相對不足。如何提升其傳動性、減少廢卷，是需要重點研究的方向。

以此為前提，可加入電氣自動化控制系統(tǒng)進行調(diào)頻。對纖維層進行厚度設(shè)定后，其信號可根據(jù)設(shè)備傳動特性進行預(yù)設(shè)值計算，后續(xù)根據(jù)計算結(jié)果可進行分析、調(diào)整，可以最大限度保證運轉(zhuǎn)效率的均勻性，降低廢卷產(chǎn)生率，提升棉卷均勻度。

2.5 電氣自動化控制系統(tǒng)技術(shù)人才

一方面，紡織行業(yè)相關(guān)企業(yè)應(yīng)正視電氣自動化技術(shù)人才不足的問題，除合理的薪金、良好的待遇外，還可以制定一定的激勵政策、績效考核制度。這不僅可以鼓勵更多的人才主動加入，還可提升現(xiàn)有工作隊伍的工作積極性與道德心，滿足現(xiàn)代化發(fā)展的需求。

另一方面，針對現(xiàn)有員工，應(yīng)加強培訓(xùn)力度，如專家座談、企業(yè)交流會、國內(nèi)外經(jīng)典案例等，不僅要提升員工電氣自動化技術(shù)水平，還要加強綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，并安排合理、科學(xué)的實際訓(xùn)練環(huán)節(jié)，從而進一步加強相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用能力，推動紡織企業(yè)不斷提升核心競爭力。

3 結(jié)語

紡織機械電氣自動化控制系統(tǒng)是提升紡織生產(chǎn)質(zhì)量、管理效率的重要智能化技術(shù)，還具有減少支出成本、提升經(jīng)濟效益的重要作用。通過與國際領(lǐng)先水平相比較，我國的技術(shù)水平仍有一定的進步空間，因此，應(yīng)加強自主研發(fā)力度，促進紡織機械技術(shù)的提升，推動我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。