现场总线技术及其在纺织机械上的应用探讨

　　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