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现场总线技术及其在纺织机械上的应用探讨


所属栏目:机械论文
发布时间:2022-01-17 10:14:23  更新时间:2022-01-17 10:14:23

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  随着技术的发展,纺织机械也呈现出智能化和自动化的发展趋势。应用现场总线技术能够使纺织机械处于开放式的系统之内,将现场控制器、智能设备和智能仪表等进行相互连接,对于通信网络进行实时控制,建立数字化生产系统,发挥其优越性,为纺织机械的发展开辟了全新通道。

现场总线技术及其在纺织机械上的应用探讨

  1现场总线技术概说

  1.1现场总线技术

  在20世纪的80年代,现场总线技术逐渐得到发展,到了21世纪,该技术得到了广泛的应用,它是通过自动化技术连接现场设备、仪表,完成现场、控制系统间关联,打造开放式的通信网络,实现多点通信和实时控制。网络系统由智能仪表、智能设备组成,并且设备具备通信能力和数字计算能力,能够与上层管理和监控相互联系,组成分布式控制系统。现场总线系统运用公开化和标准化通信协议,使各厂家智能仪表能够连接成网络设备,按照通信协议对设备进行操作。还可利用系统控制功能,对于现场仪表设备进行控制,不但能够保持系统稳定运行,而且还能简化系统结构。应用该系统能够丰富控制内容,保证品质和成本的前提之下,使系统开放性和相互操作性能有了明显提升。系统组成结构包括FCS控制网,能够将不同控制器节点向现场下放,组合成分布式控制系统。网络拓扑结构可以是线形,也可以是环形,或者是星形,且通讯介质选择空间更大,既可使用双绞线,也可使用电力线,或者使用红外线。由FCS组合而成的控制网络可与企业内网、全球网络之间相互连通,组合成三级网络体系[1]。

  1.2技术分类

  具体而言,现场总线就是数字化通信系统,能够对现场仪表、控制室展开过程控制,打造标准化管理系统,在计算机和通讯等技术发展过程,利用全数字类型现场总线可实现互联管理。由于该控制系统的结构较为简单,而且系统的安装费用低,维护相对便利,能够对设备厂商进行自由化选择,通过不同品牌设备的应用,打造集成化现场管理系统。该系统类型相对较多,典型的有德国Profibus系统,由西门子公司开发;还有英国的ERA系统;挪威的CAN系统,由RoberBosch公司设计;日本的CC—Link系统,由三菱公司开发;美国的ControlNet和DeviceNet等系统。

  1.3特点分析

  将现场总线系统应用在工程、技术等层面,优势明显。系统特点包括如下几方面。第一,开放性。利用该系统,无论是总线标准,还是通信协议或者是产品检验流程都是公开化的,能够面向制造商或者用户,高度开放性使得不同厂商生产产品能够统一组态,且信息交换较为便利,利用特定网关即可完成各类产品之间相互通信。第二,设备具有智能化、自治性等特点,且可将设备传感测量、工量处理、控制功能和补偿计算向现场设备当中分散,能够随时对系统运行状态进行诊断。第三,系统结构表现为分散性。利用FCS系统借助现场仪表实现控制器、输入和输出单元DCS功能,使得不同仪表之间能够相互通信,不但能够简化系统结构,而且还可将控制周期缩短,使系统的可靠性更强。第四,数字化传输。系统抗干扰性能优越,在信号处理和传感测量等方面精度更高,可将多个设备置于同一线上,降低系统使用成本[2]。

  2现场总线技术在纺织机械中的应用

  我国纺织机械领域当中,现场总线这一技术的应用虽然起步较晚,但是发展速度较快。国内多种纺织机械都应用了该技术,具体包括针织机械、纺纱机械、化纤机械、染整机械和服装机械等,纺织机械工作成效属于提高纺织厂竞争实力的重要手段。引入现场总线这一技术能够满足纺织工业现代化发展需求,不但能够保证机械的高质量运行,还能实现小批量生产,生产高效、耗能较低,能够快速响应,满足行业清洁生产现实需求。比如:由郑州、邵阳两个纺机厂共同研发的棉轮丝束生产线,年产量可超过万吨级别,此生产线的研发就是利用现场总线,是由控制系统设计而成的生产线,主机组成结构如下:八辊导丝机,铺丝机,一、四道牵伸机,定型机,叠丝机,切断机,打包机,卷曲机。上述系统装置使用整流装置、变频器和直流母线组成逆变器(回馈式),能够实时传输牵伸机的倒托状态,并将能量向系统回馈。在一、四道牵伸机之间的牵伸比处于恒定控制模式,不但控制模式连续,而且可协调。无论处于哪种状态之下,都能实现同步的升速和降速,可以保证该控制系统控制精度,利用双闭环控制方式完成速度、频率等方面控制。使用工业监控计算机,利用PLC控制系统、变频器、整流装置、远程控制和逆变器等模块相互链接,并且使用现场总线中的通讯技术完成过程控制,可有效保证控制信息实时传输。系统的速度方面控制精度不超过0.1%,停车时间在2s以内,纺丝的速度不但连续,而且可调节,速度处于0~220m/min之间,此系统已经应用在岳阳石化厂的棉轮丝线生产当中。当前,现场总线还广泛应用在直捻机、数控细纱机、双层起毛机和涤纶纺丝等设备中。由德国企业推出的型号为AIRFLOWAFT的匹染机,属于以AIRFLOWAFS型号机器为原型而开发出来的染色机。该设备也使用现场总线(Lonworks)控制网络,组合而成控制系统。系统当中存在大量执行器,像进水和出水阀,气流控制阀和换热器控制阀等,还包括多种类型现场设备,如布料速度传感器、染液温度传感器。上述设备拥有自治功能,能够成为整机控制网络内部节点,并且与上位控制器相连。所以,只需要利用模块集成方式,就能组成控制程序,对于整机进行控制。系统的硬件组成结构和安装过程相对简便,而且软件开发的速度较快,成本相对较低[3]。瑞士的SulzerTextile公司推出剑杆织机,型号为G6300,机器当中卷取机构、引纬机构和织边机构都使用伺服电动机,并且处理器结构使用32位作为处理器,使用CAN现场总线对织机设备进行控制,连接而成控制网络,可通过现场设定方式或者远程控制方式,结合织物规格对织机的控制数据和工作条件进行设定。使用此类型织机对于纱线种类、材质和纤度没有限制,因此织物材料的适用范围较广。生产过程能够迅速转换织物品种。此设计能够减小织机的主轴载荷,进而对开车和停车等阶段主轴位置的输出扭矩能够有效控制,还能将开车、停车等密度问题加以改善,有助于纺织机械使用过程的节能。由海安纺织厂、南通工学院共同研发的高速并条机,型号为ASFA-306,使用线程总线CC-Link能够将并条车间设备进行联网构造,完成数字化通信,不但人机界面简洁,而且还能完成数字化通信,实现图示化操作。除此之外,全中文界面的应用还能按照用户需求对软件进行灵活修改,能够适应纺织企业自动化生产需求,提高纺织产品生产质量与生产效率,还能将劳动强度减轻。

  3结语

  纺织工业不但是我国的传统产业,而且也是支柱型产业,能够满足消费者需求。纺织机械属于纺织工业发展的重要基础,通过机电一体化方面研究,将计算机网络、智能仪器和通信等技术相互融合,应用现场总线技术的纺织机械系统性能方面更加优越,并且随着技术的发展和完善,更多先进技术引入其中,能够根据纺织机械实际特点,自主开发出现场总线相关技术,生产出更多机械产品,实现纺织机械的智能化和自动化,由此可见,现场总线的应用为纺织机械的发展带来深远影响。

  参考文献

  [1]胡玉才.现场总线控制系统在化纤纺织机械中的应用[J].产业用纺织品,2012,30(1):32-36.

  [2]蒋素芹.纺织机械自动化的应用及发展方向[J].科学与财富,2013(12):329.

  [3]王渊.DeviceNet总线通讯系统在转杯纺纱机中的应用[J].机械管理开发,2014,29(6):56-57.

  《现场总线技术及其在纺织机械上的应用探讨》来源:《轻纺工业与技术》,作者:梁利军



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