纺织工业自动化(1)
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▪ 80年代末进口变频器进入中国市场，是我国纺织机械技术和纺织 品品质的提高的转折点。变频器最早进入了化纤设备。
▪ 矢量控制技术的发展使得直流电机逐渐退出纺机市场，包括印染 机械、无纺设备的同步控制目前都已经采用变频同步控制方式。
▪ 电机技术的进步将对纺织机械的进一步发展产生革命性的推动。 伺服电机、无刷直流电机等已经成熟，更多具有特殊性能的新型微特 电机将使单锭单传动技术不再停留在人们的梦想中。
▪ 组态软件一般都支持以太网、现场总线等标准网络结构和协议， 可以容易地将各种PLC或其他控制设备或传感器信息收集到同一个数 据库中。因此，组态软件也是实现ERP生产过程管理的重要桥梁。
▪ 触摸显示屏的产生彻底淘汰了纺织机械中曾经广泛运用的机械式 、电子式计数器。也使操作工的操作习惯大为改变，工艺参数的修正 不再是一件复杂麻烦地事情。
透明工厂的基本概念
Level 2: 主机 – Ethernet
(TCP/IP Modbus, TCP/IP UNI-TE, TCP/IP direct, Ethway)
Level 1: 控制 – Ethernet – WorldFIP – Modbus Plus
Level 0.5: I/O – Ethernet – WorldFIP – Profibus – InterBus
▪ 网络控制不再是大型生产型设备的专利，即使在单台纺织机械产 品中也已经开始广泛应用。例如整经机、加弹机等。在清梳联、细络 联等设备中更是必须的选择。
▪ ‘透明工厂“的概念已经逐步被人们接受。通过电话线进行远程维护 、远程调试已经成为现实。管理人员可以坐在办公室里一边喝茶一边 观察车间所有设备的运行情况。INTERNET技术的飞速普及可以使设 计人员遥控销往世界各地的每一台设备。
▪ 通讯技术的发展，使调速装置与控制器的接口更加灵活便捷。
无刷直流电机蓬勃发展
电
▪ 直流
机
▪ 同步
▪ 交流
▪ 异步
无刷直流电机与直流 电机的工作原理一致 只是以电子开关、转 子位置传感器取代了 换向器和电刷！
永磁同步电动机
▪ 自控式 ▪ 外控式
▪ 方波电流 = 无刷直流
▪ 正弦波电流
= 交流伺服电机
Level 0: 装置 – AS-I
Ethernet TCP/IP
FIPWAY
or
FipIO/Uni-telway/Modbus
AS-i
ERP
MODBUS +
电气传动是纺织机械自动化的关键
▪ 传统的纺织机械电气传动只需要马达的启停控制、Y-Δ启动、滑差 调速。
▪ 过去，对于需要同步或者高精度调速的领域只能采用直流电机或 同Biblioteka Baidu电机。
测速辊 夹头
高速弹力丝机
低压配电设备
MG Masterpact 大电流断路器
MG Compact NS 塑壳开关
TE Canalis 配电母线槽
传感器产品仍然是发展的瓶径
▪ 纺织机械用的传感器大致可以分为以下几种： 接近开关、光电开关； 脉冲编码器； 张力检测、同步检测； 长度检测、厚度（或厚度）检测； 断纱断丝检测； 浓度、酸碱度地检测等。
▪ 接近开关和光电开关已经成熟并被广泛应用。光电编码器使测长 和测速实现了高速、高精度。 ▪ 张力检测、断纱断丝检测、小位移传感器，国内产品仍然不够成 熟，进口产品价格居高不下。 ▪ 材料与可靠性技术制约了国产传感器的研究与发展。
远程维护已经成为现实
机器制造厂
客户
人机接口技术日臻成熟
▪ 组态软件与液晶显示技术的发展彻底改变了人机接口方式。
▪ 由于国产组态软件在主要功能和可靠性方面已经接近国外产品， 使得需要计算机监控的机械设备大大地降低开发成本和开发周期。
▪ 组态软件的功能不仅仅是动画与数据的显示，更重要的它是与企 业局域网和数据库连接的桥梁。新一代的组态软件不仅具有强大的网 络支持能力，支持服务器/客户机体系结构，而且具有服务器冗余、 WEB服务、历史趋势、无线寻呼、远程诊断与维护等功能。
化纤纺丝机工艺过程
切片输送 干燥
GR1 GR2
卷绕 成型
纺丝箱体 计量泵 螺杆挤压机
化纤纺丝机电气控制系统 MODBUS
N#位GR及卷绕机
一#位GR及卷绕机 计量泵变频 计量泵控制 温度控制 螺杆挤压机
螺杆挤压机压力控制
Pgd +
-
Pf
M
PID
VF
P
K
高速卷绕头控制
卷绕过程
α
υ轴
υ卷绕 υ横
影响纺机自动化水平的几个关键因素
▪ PLC技术的发展 ▪ 电机传动及调速技术 ▪ 网络与现场总线 ▪ 人机接口技术 ▪ 传感器技术 ▪ 液压、气动技术 ▪ 市场与工艺技术要求
PLC技术发展的回顾
▪ 诞生于60年代末的PLC到90年代完全取代了 继电器控制回路 ▪ 从单纯的逻辑控制到复杂的过程量控制 ▪ 从单机控制到网络控制 ▪ 从集中模块到分布式现场总线 ▪ 运算速度从毫秒级到微秒级 ▪ 从PLC到PCC 、PC based control ▪ 网络化、高速化、多功能、人性化
纺织工业自动化(1)
2020/8/12
BEN-DIRECT 直接整经机
▪ 300-1200m/min ▪ 200-6000N ▪ 准确的圆整度 ▪ 卷绕过程无断头 ▪ 高精度无交叉卷绕 ▪ 精确定长 ▪ 确保希望的卷绕密度
纺织机械典型控制系统结构示例
PROFIBUS
ET200 L
MODEM
ZS98
网络技术彻底改变了传统的控制概念
▪ 工厂控制网络的基础是PLC通讯技术的发展，这是最近十年才逐 步发展成熟的。
▪ 现场总线、设备控制局域网已经成为多数生产设备的标准配置。
▪ 由于现场总线的标准化，使得PLC、变频器、侍服系统、人机界 面、计算机、液压系统等不同性质、不同品牌的产品可以方便地连接 在同一个网络回路中。
各种电机综合特性比较
机械 过载 可控 平稳 噪声 电磁 维修 寿命 效率
特性 能力 性 性
干扰 性
交流异步 电动机
软
小
难
较差 较大 小 易
长
低
有刷直流 硬 大 较好 较好 大 严重 难 短 高 电动机
无刷直流 电动机
硬
大
好
好 小小易
长高
• 无刷直流电机由于其体积小、重量轻、高效节能、控制简单，将逐 步替代中小功率的交流变频调速系统。 • 交流侍服日趋成熟，逐步替代直流侍服系统。方波电流驱动的交流 侍服电机实际上就是无刷直流电机。
▪ 矢量控制技术的发展使得直流电机逐渐退出纺机市场，包括印染 机械、无纺设备的同步控制目前都已经采用变频同步控制方式。
▪ 电机技术的进步将对纺织机械的进一步发展产生革命性的推动。 伺服电机、无刷直流电机等已经成熟，更多具有特殊性能的新型微特 电机将使单锭单传动技术不再停留在人们的梦想中。
▪ 组态软件一般都支持以太网、现场总线等标准网络结构和协议， 可以容易地将各种PLC或其他控制设备或传感器信息收集到同一个数 据库中。因此，组态软件也是实现ERP生产过程管理的重要桥梁。
▪ 触摸显示屏的产生彻底淘汰了纺织机械中曾经广泛运用的机械式 、电子式计数器。也使操作工的操作习惯大为改变，工艺参数的修正 不再是一件复杂麻烦地事情。
透明工厂的基本概念
Level 2: 主机 – Ethernet
(TCP/IP Modbus, TCP/IP UNI-TE, TCP/IP direct, Ethway)
Level 1: 控制 – Ethernet – WorldFIP – Modbus Plus
Level 0.5: I/O – Ethernet – WorldFIP – Profibus – InterBus
▪ 网络控制不再是大型生产型设备的专利，即使在单台纺织机械产 品中也已经开始广泛应用。例如整经机、加弹机等。在清梳联、细络 联等设备中更是必须的选择。
▪ ‘透明工厂“的概念已经逐步被人们接受。通过电话线进行远程维护 、远程调试已经成为现实。管理人员可以坐在办公室里一边喝茶一边 观察车间所有设备的运行情况。INTERNET技术的飞速普及可以使设 计人员遥控销往世界各地的每一台设备。
▪ 通讯技术的发展，使调速装置与控制器的接口更加灵活便捷。
无刷直流电机蓬勃发展
电
▪ 直流
机
▪ 同步
▪ 交流
▪ 异步
无刷直流电机与直流 电机的工作原理一致 只是以电子开关、转 子位置传感器取代了 换向器和电刷！
永磁同步电动机
▪ 自控式 ▪ 外控式
▪ 方波电流 = 无刷直流
▪ 正弦波电流
= 交流伺服电机
Level 0: 装置 – AS-I
Ethernet TCP/IP
FIPWAY
or
FipIO/Uni-telway/Modbus
AS-i
ERP
MODBUS +
电气传动是纺织机械自动化的关键
▪ 传统的纺织机械电气传动只需要马达的启停控制、Y-Δ启动、滑差 调速。
▪ 过去，对于需要同步或者高精度调速的领域只能采用直流电机或 同Biblioteka Baidu电机。
测速辊 夹头
高速弹力丝机
低压配电设备
MG Masterpact 大电流断路器
MG Compact NS 塑壳开关
TE Canalis 配电母线槽
传感器产品仍然是发展的瓶径
▪ 纺织机械用的传感器大致可以分为以下几种： 接近开关、光电开关； 脉冲编码器； 张力检测、同步检测； 长度检测、厚度（或厚度）检测； 断纱断丝检测； 浓度、酸碱度地检测等。
▪ 接近开关和光电开关已经成熟并被广泛应用。光电编码器使测长 和测速实现了高速、高精度。 ▪ 张力检测、断纱断丝检测、小位移传感器，国内产品仍然不够成 熟，进口产品价格居高不下。 ▪ 材料与可靠性技术制约了国产传感器的研究与发展。
远程维护已经成为现实
机器制造厂
客户
人机接口技术日臻成熟
▪ 组态软件与液晶显示技术的发展彻底改变了人机接口方式。
▪ 由于国产组态软件在主要功能和可靠性方面已经接近国外产品， 使得需要计算机监控的机械设备大大地降低开发成本和开发周期。
▪ 组态软件的功能不仅仅是动画与数据的显示，更重要的它是与企 业局域网和数据库连接的桥梁。新一代的组态软件不仅具有强大的网 络支持能力，支持服务器/客户机体系结构，而且具有服务器冗余、 WEB服务、历史趋势、无线寻呼、远程诊断与维护等功能。
化纤纺丝机工艺过程
切片输送 干燥
GR1 GR2
卷绕 成型
纺丝箱体 计量泵 螺杆挤压机
化纤纺丝机电气控制系统 MODBUS
N#位GR及卷绕机
一#位GR及卷绕机 计量泵变频 计量泵控制 温度控制 螺杆挤压机
螺杆挤压机压力控制
Pgd +
-
Pf
M
PID
VF
P
K
高速卷绕头控制
卷绕过程
α
υ轴
υ卷绕 υ横
影响纺机自动化水平的几个关键因素
▪ PLC技术的发展 ▪ 电机传动及调速技术 ▪ 网络与现场总线 ▪ 人机接口技术 ▪ 传感器技术 ▪ 液压、气动技术 ▪ 市场与工艺技术要求
PLC技术发展的回顾
▪ 诞生于60年代末的PLC到90年代完全取代了 继电器控制回路 ▪ 从单纯的逻辑控制到复杂的过程量控制 ▪ 从单机控制到网络控制 ▪ 从集中模块到分布式现场总线 ▪ 运算速度从毫秒级到微秒级 ▪ 从PLC到PCC 、PC based control ▪ 网络化、高速化、多功能、人性化
纺织工业自动化(1)
2020/8/12
BEN-DIRECT 直接整经机
▪ 300-1200m/min ▪ 200-6000N ▪ 准确的圆整度 ▪ 卷绕过程无断头 ▪ 高精度无交叉卷绕 ▪ 精确定长 ▪ 确保希望的卷绕密度
纺织机械典型控制系统结构示例
PROFIBUS
ET200 L
MODEM
ZS98
网络技术彻底改变了传统的控制概念
▪ 工厂控制网络的基础是PLC通讯技术的发展，这是最近十年才逐 步发展成熟的。
▪ 现场总线、设备控制局域网已经成为多数生产设备的标准配置。
▪ 由于现场总线的标准化，使得PLC、变频器、侍服系统、人机界 面、计算机、液压系统等不同性质、不同品牌的产品可以方便地连接 在同一个网络回路中。
各种电机综合特性比较
机械 过载 可控 平稳 噪声 电磁 维修 寿命 效率
特性 能力 性 性
干扰 性
交流异步 电动机
软
小
难
较差 较大 小 易
长
低
有刷直流 硬 大 较好 较好 大 严重 难 短 高 电动机
无刷直流 电动机
硬
大
好
好 小小易
长高
• 无刷直流电机由于其体积小、重量轻、高效节能、控制简单，将逐 步替代中小功率的交流变频调速系统。 • 交流侍服日趋成熟，逐步替代直流侍服系统。方波电流驱动的交流 侍服电机实际上就是无刷直流电机。