縱觀紡織技術(shù)，經(jīng)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(shù)在紡織技術(shù)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(shù)裝備的紡機行業(yè)面臨著技術(shù)上的挑戰(zhàn)，如何提供更加靈活、更高質(zhì)量、更快響應(yīng)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(shù)，其內(nèi)容包含了先進的信息處理和控制技術(shù)，即以計算機為核心，由PLC、工控機、單片機、人機界面、現(xiàn)場總線等組成的控制系統(tǒng)。先進的驅(qū)動技術(shù)有變頻調(diào)速，交流伺服，步進電機等，還有檢測傳感技術(shù)和執(zhí)行機構(gòu)等�，F(xiàn)代控制技術(shù)和信息技術(shù)正成為推動紡織機械自動控制技術(shù)發(fā)展的主要驅(qū)動力。
1 紡織機械自動控制技術(shù)的現(xiàn)狀
紡織機械自動控制技術(shù)，幾乎應(yīng)用了所有類別的自動化產(chǎn)品，主要包括控制、傳動控制、運動控制、現(xiàn)場總線、人機界面和傳感器。其中控制技術(shù)有：PLC、PCC、IPC、FCS、DCS、專用控制器等。傳動控制技術(shù)有：直流調(diào)速系統(tǒng)、交流變頻調(diào)速系統(tǒng)、開關(guān)磁阻電機、多單元同步系統(tǒng)等。運動控制技術(shù)有：伺服、步進、運動控制器等。現(xiàn)場總線技術(shù)有：Profi—bus、Can等。人機界面技術(shù)有：文本顯示器、圖文終端、觸摸屏等。傳感器技術(shù)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(shù)傳感器。其中PLC、單軸獨立驅(qū)動、多單元同步控制、基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的數(shù)據(jù)通訊和在線檢測等技術(shù)，得到了廣泛的應(yīng)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(yīng)用最為廣泛。PLC能提供高質(zhì)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(jīng)得到充分肯定。
能夠提供多種現(xiàn)場總線、可擴展性及遠程I/0已經(jīng)成為一些主流紡機廠商選擇PLC的關(guān)鍵衡量標準。紡織工業(yè)控制器中，值得重點關(guān)注的技術(shù)指標是速度、可靠性和實時性。正如以高效短流程嵌入式復(fù)合紡紗技術(shù)為代表的自動紡紗技術(shù)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(shù)為代表的新型驅(qū)動技術(shù)得到廣泛應(yīng)用
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，各種新型驅(qū)動技術(shù)在紡織機械得到廣泛應(yīng)用。變頻調(diào)速、單軸驅(qū)動多軸同步、伺服等傳動技術(shù)在紡織機械領(lǐng)域大顯其能。基于較多的紡織機械為多單元重復(fù)結(jié)構(gòu)，如化纖紡絲機等，為實現(xiàn)機械動作的協(xié)調(diào)一致性，紡織機械還應(yīng)用了變頻調(diào)速技術(shù)。
隨著科技的發(fā)展，紡織機械傳動技術(shù)有了較大的發(fā)展，主要表現(xiàn)在：單軸獨立驅(qū)動和多軸同步控制技術(shù)(例如四軸驅(qū)動粗紗機、自動絡(luò)筒機和多電機驅(qū)動劍桿織機等)、伺服驅(qū)動技術(shù)(如在紡機中很普遍的卷繞機構(gòu)的反向驅(qū)動控制)、共直流母線技術(shù)(它彌補了電機處于發(fā)電工作狀態(tài)，也是實現(xiàn)斷電同步停車功能的必要條件)。
紡織機械使用的各種驅(qū)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(guān)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(guān)磁阻電機的特殊性能滿足了機器的特殊要求。
1．3高速數(shù)據(jù)通訊現(xiàn)場總線
通訊水平?jīng)Q定和影響著自動控制的水平。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通訊，控制系統(tǒng)已經(jīng)從模擬控制轉(zhuǎn)向數(shù)字控制。這一發(fā)展帶來的重大變化和特點是：①實現(xiàn)復(fù)雜的控制功能，即實現(xiàn)分布式、現(xiàn)場化；②提高了抗干擾性能，即實時采集并共享大量數(shù)據(jù)。近年來，現(xiàn)場總線正迅速成為紡織機電一體化系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊的主流。
引領(lǐng)技術(shù)的紡機企業(yè)已認識到現(xiàn)場總線對紡織機械技術(shù)進步的重大作用，現(xiàn)場總線的應(yīng)用推動了紡機產(chǎn)品機電一體化和技術(shù)水平的提高。然而，現(xiàn)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(chǎn)品在使用點對點的邏輯控制和模擬控制方式，這種技術(shù)限制了紡織機械的前進步伐。
1．4數(shù)字化紡機技術(shù)
早在2002年就有紡織機械集團提出了“發(fā)展數(shù)字化的紡織機械，推動紡織企業(yè)信息化”的經(jīng)營理念。現(xiàn)在數(shù)字化紡織機械的概念已被紡機行業(yè)認同，業(yè)內(nèi)主要企業(yè)紛紛打出了數(shù)字化的旗號。
“數(shù)字化紡織機械”的主要技術(shù)理念首先是數(shù)字化的控制技術(shù)，就是以CPU為核心的控制器、以現(xiàn)場總線為主的工業(yè)通訊技術(shù)、以電力電子技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代驅(qū)動技術(shù)的綜合應(yīng)用。其次是設(shè)備數(shù)據(jù)的高速采集和傳送，從而達到產(chǎn)品能級的提高并解決紡織企業(yè)信息化建設(shè)中設(shè)備數(shù)據(jù)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(chǔ)配套薄弱、重復(fù)引進較多、專業(yè)化程度較低、設(shè)備自動化率不高。
2．1 紡機行業(yè)基礎(chǔ)配套薄弱
我國紡機行業(yè)發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)品，需要特殊金屬材料、化工產(chǎn)品、橡膠制品、電子、電氣元件、液壓件、緊固件等基礎(chǔ)配套產(chǎn)品及零部件。目前，國內(nèi)的配套部件在材質(zhì)、制造精度和質(zhì)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(shù)的發(fā)展。例如HVI自動化棉花檢測設(shè)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(shè)備重復(fù)引進較多
近年來我國引進了較多的自動化先進設(shè)備，但消化吸收并進行二次開發(fā)的很少，重復(fù)引進問題較突出，未完全起到通過引進自動化設(shè)備提高國內(nèi)紡機自動化技術(shù)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(fù)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(chǎn)業(yè)。目前，國外紡機企業(yè)一般均為數(shù)百人規(guī)模，且專業(yè)性很強，不少企業(yè)專攻某個產(chǎn)品，有時僅兩三個企業(yè)就能控制某項產(chǎn)品的世界市場。相比之下，國內(nèi)的紡機企業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)品。而紡機自動化是實現(xiàn)紡織產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵，雖然近年國內(nèi)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(nèi)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(shè)備自動化技術(shù)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(shù)性能，國內(nèi)紡機自動化技術(shù)水平在總體上與國際先進水平差距明顯。當然，不同紡機產(chǎn)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(shè)備在技術(shù)指標上已經(jīng)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(shù)指標方面的差距以外，我國紡機產(chǎn)品在設(shè)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(guān)注的是，全行業(yè)設(shè)備自動化率的國際先進水平為50％以上，而國內(nèi)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(nèi)及國際市場因素、產(chǎn)業(yè)政策因素、外貿(mào)政策因素以及國際金融危機。
3．1 國內(nèi)主要市場因素
我國紡機產(chǎn)品主要面向國內(nèi)市場，銷售對象多為國內(nèi)紡織企業(yè)。因此，國內(nèi)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(shù)據(jù)觀察，紡機業(yè)生產(chǎn)與盈利走勢大致與國內(nèi)紡織行業(yè)發(fā)展趨勢相近似，具備高度的相關(guān)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(shù)升級，也對我國紡機業(yè)提出了新挑戰(zhàn)。
3．3產(chǎn)業(yè)層面政策因素
紡機工業(yè)一直是政府產(chǎn)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(xiàn)在以下幾個方面：一是通過更新落后設(shè)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(diào)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(jīng)濟成分進入市場經(jīng)營紡機行業(yè)，引入較為靈活的經(jīng)營機制；四是鼓勵紡機企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化紡機行業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，促進紡機產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。作為自動化紡機行業(yè)如何用足國家產(chǎn)業(yè)政策值得深入研究。
3．4對外貿(mào)易
目前，我國紡機進口管理基本原則是鼓勵先進設(shè)備進口，限制落后產(chǎn)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(chǎn)品在國際市場上的競爭能力。但在克服自動化紡機重復(fù)引進且技術(shù)消化不良方面有待對企業(yè)進一步加強政策引導(dǎo)。
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(jīng)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(jīng)濟指標均出現(xiàn)了不同程度的下滑，許多企業(yè)經(jīng)營陷入困境，行業(yè)面臨前所未有的嚴峻挑戰(zhàn)。
據(jù)海關(guān)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(chǎn)經(jīng)營狀況困難。紡機生產(chǎn)企業(yè)2009年的結(jié)轉(zhuǎn)銷售合同很少。大部分企業(yè)處于停產(chǎn)、半停產(chǎn)狀態(tài)，特別是紡紗和化纖機械類生產(chǎn)企業(yè)處境尤其困難。
不容忽視的是，2009年經(jīng)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(nèi)需、調(diào)結(jié)構(gòu)”政策，紡織工業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃及一系列配套措施的出臺，將積極帶動國內(nèi)需求的穩(wěn)步增長，恢復(fù)經(jīng)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(shù)的發(fā)展方向
適應(yīng)紡機快速、靈活、高質(zhì)、充分滿足紡織工藝要求是紡機自動控制技術(shù)發(fā)展的方向。紡織設(shè)備運用自動化等高新技術(shù)。實現(xiàn)了紡織生產(chǎn)過程各參數(shù)的在線檢測、顯示、自動控制和自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了設(shè)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(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低了產(chǎn)品成本，增強了產(chǎn)品競爭力。
4．1紡機驅(qū)動器
變頻調(diào)速在紡機領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，伺服技術(shù)將是下一階段紡織機械向多軸化發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ)�？梢灶A(yù)見，小功率伺服驅(qū)動器在單錠(軸)驅(qū)動方面會有很大需求。
紡織機械對驅(qū)動器的要求體現(xiàn)在：伺服和變頻的逐漸融合是必然趨勢，這種驅(qū)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(zhuǎn)矩控制等靈活切換；具備現(xiàn)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(wù)，并提供不同總線的可選件；支持共用直流母線技術(shù)，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(qū)動軸的能量反饋效率；驅(qū)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(qū)動器演變成一個底層控制驅(qū)動單元，實現(xiàn)分散、現(xiàn)場的控制方式；能否提供豐富的軟件和調(diào)試工具成為選擇驅(qū)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(fù)運動的伺服驅(qū)動器和電機．將會有很好的市場。
4．2高控制要求的現(xiàn)場總線
現(xiàn)場總線無疑是現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展中最令人振奮的技術(shù)之一。它解決了控制器高速運算能力同驅(qū)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(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)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(qū)動器的供應(yīng)商，現(xiàn)已開始提供適應(yīng)多種現(xiàn)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(yīng)商的重要條件。
工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)必將成為現(xiàn)場總線中的主流技術(shù)和發(fā)展的關(guān)注焦點。從技術(shù)的發(fā)展來看，以太網(wǎng)技術(shù)將很快并廣泛的直接用于設(shè)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(shù)的保密和進步�？梢詳嘌�，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(shù)上有可能。針對特定客戶定制的控制和驅(qū)動系統(tǒng)，能有效的保護紡機企業(yè)的技術(shù)秘密，凸顯企業(yè)特色。
4．4為客戶提供迅捷服務(wù)的遠程診斷技術(shù)
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(shù)服務(wù)。解決這個問題的方法，就是在實現(xiàn)紡織機械數(shù)字化的基礎(chǔ)上，通過有線或無線的技術(shù)手段實施遠程診斷。
5 結(jié)論與展望
近幾年，國內(nèi)外紡織工程技術(shù)在以電子信息、生物工程和新材料等為核心的高新技術(shù)的推動下，現(xiàn)代學(xué)科、技術(shù)交叉融合，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響。信息技術(shù)、激光技術(shù)、空氣動力學(xué)技術(shù)、液壓技術(shù)、傳感器技術(shù)等先進技術(shù)在紡織領(lǐng)域得到普遍應(yīng)用，纖維、紡紗、織造、染整、非織造等各紡織領(lǐng)域均推出了許多新工藝、新技術(shù)和新設(shè)備，紡織技術(shù)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(zhì)和節(jié)能環(huán)保是紡織技術(shù)進步的主流，紡織數(shù)字化日益深人，正在徹底改變這一傳統(tǒng)產(chǎn)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(chǎn)業(yè)用品和染整工程自動化技術(shù)的開發(fā)研究和應(yīng)用推廣外，在紡織機械及器材工程方面。不少國產(chǎn)設(shè)備自動化技術(shù)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(chǎn)品已經(jīng)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(shù)的發(fā)展仍存在著差距和不足。例如：技術(shù)水平有待提高；創(chuàng)新能力不足，缺少具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)和產(chǎn)品；產(chǎn)品技術(shù)含量低，附加值低，高檔產(chǎn)品不能替代進口；品牌競爭力不足；環(huán)保與清潔生產(chǎn)技術(shù)落后。
為此，首先應(yīng)該加強紡織新材料加工領(lǐng)域的自動化關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)．取得高新技術(shù)改造傳統(tǒng)紡織工藝技術(shù)領(lǐng)域的實質(zhì)性突破；開展生態(tài)紡織品和節(jié)能環(huán)保加工技術(shù)的應(yīng)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(wù)平臺、信息服務(wù)平臺、創(chuàng)新服務(wù)平臺、市場信息體系、營銷網(wǎng)絡(luò)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(chǎn)信息監(jiān)測和管理系統(tǒng)等紡織信息化和快速反應(yīng)技術(shù)。再次，需研制更高產(chǎn)量的滌綸短纖維成套設(shè)備、粘膠長絲連續(xù)紡絲機、高效現(xiàn)代化棉紡生產(chǎn)線、機電一體化劍桿織機和噴氣織機、紡粘法和熔噴法及復(fù)合非織造布生產(chǎn)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(jīng)編機、染整設(shè)備工藝參數(shù)在線檢測技術(shù)及高效、節(jié)能、環(huán)保的染整設(shè)備等新型紡織機械自動化技術(shù)裝備的國產(chǎn)化。除了上述直接應(yīng)用于紡織生產(chǎn)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(shè)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(zhì)譜分析等自動化儀器儀表設(shè)備，以快速準確地測量紡織品、服裝的物理及化學(xué)性質(zhì)。
總之，振興紡織工業(yè)，紡機自動化控制技術(shù)是關(guān)鍵。同時．必須加大紡織行業(yè)自動控制應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)研究，重視基礎(chǔ)科學(xué)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù)開發(fā)創(chuàng)新的銜接，加強產(chǎn)學(xué)研結(jié)合及紡織自動控制與相關(guān)產(chǎn)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(chǎn)業(yè)升級，促進增長方式轉(zhuǎn)變，為紡織行業(yè)自動化控制技術(shù)的創(chuàng)新能力達到國際先進水平奠定堅實的基礎(chǔ)，從而做大做強中國紡織業(yè)，振興傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。
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