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1 引言
我国是一个纺织大国，2005年我国纤维加工总量为2690万吨，超过世界纤维加工总量的35%，2006年，我国纺织工业生产总值达36000亿元，其中，纺织机械为526亿元以上，纺织机械已连续5年年增长20%以上。预计“十一五”期间将维持这一增长速度。我国要从一个纺织大国变成一个纺织强国“十一五”是个关键时期，为此，国家发改委等10部委联合下发了《关于加快纺织行业结构调整，促进产业升级若干意见的通知》，制定了“十一五”纺织工业发展规划，规划提出到“十一五”末纺织纤维加工总量达到了3600万吨，比《十五》末（2005年）增长35%左右，可见“十一五”期间纺织工业仍将有一个较大的发展，作为纺织工业的技术装备即纺织机械业必有较大发展纺织工业和纺织机械业的发展需要变频调速技术，计算机技术和网络通信技术等高新技术的大力支持，纺织工业是变频器，可编程控制器（PLC）的巨大市场，纺织工业的发展需要变频器，变频技术的发展离不开纺织。
2 纺织行业“十一五”期间的结构调整
国家发改委、财政部、科技部等10部委于2006年5月联合下发了《关于加快纺织行业结构调整，促进产业升级若干意见的通知》。通知提出（摘要）：
•深层次问题有待解决，主要体现为自主创新能力不足，主要表现为目前全行业研发投入不足销售收入的1%，高新技术和高端纺织设备大部分依赖进口。
•多手段促进行业调整，调整的重点是技术结构调整，提高产品附加价值等。
•纺织行业结构调整的主要目标（到“十一五”末）。
①纺织纤维加工总量达到3600万吨，比“十五”末增长35%左右。
②人均劳动生产率提高60%以上
主要靠技术创新，靠自动化技术水平的提高和产品附加值的提高，即多生产一些次的纺织机械设备和纺织成品布、服装等。
③万元增加值的能耗下降20%，吨纤维耗水下降20%。
这将依靠各种节能降耗措拖，其中，风机、水泵等的变频调速是节能降耗的有效措施，电动机、变频器容量的合理选择，避免大马拉小车也是节能降耗的有效措施等等。
④行业科技创新能力明显增强，拥有一批具有自主知识产权的关键技术和国际影响力的品牌等。
目前，我国纺织机械和国际上先进的纺织机械相比，差距仍然很大，特别是自主创新的产品极少，目前大部分属消化吸收国外八十——九十年代的纺织机械，产品在消化吸收中基本没有创新，只是进行国产化工作，我们的纺机产品几十年来总是跟在别人后面追，差距还是较大，至今也顶替不了进口。据海关统计2005年进口纺机设备达到34.45亿美元，例如，各种无梭织机近几年平均进口达3万台（6.158亿美元）以上。各种针织机械年平均进口也达3万台（7.867亿美元）以上。针织机械和无梭织机是各类纺织机械中技术发展较慢的，也是和国外同类机械设备技术水平差距较大的，其中主要差距之一就是机电一体化技术水平较低，例如各种纬编机主传动应用变频调速、PLC控制的仅有1/3左右。无梭织机主调动应用变频调速和PLC等控制的还不足1/4。据报导“十一五”期间我国将会减少各类纺织机械的进口，这就要靠科技创新，开发制造出一批高技术水平，次的纺织机械产品来顶替进口，满足市场发展需求。“十一五”期间必将推出一批整体机电一体化水平较高的纺机产品。当然，也必将积极推广应用变频调速技术，计算机和PLC技术、数字技术、网络通信技术和工艺参数的在线检测、监控技术，终使纺织机械整体机电一体化技术有一个新的实破。
3 发展新型成套纺织机械设备
“十一五”纺织工业发展规划提出，我国将大力振兴装备制造业，“十一五”又是纺织工业奠定由纺织大国向纺织强国转变的关键时期，“十一五”期间，纺织机械将对10种新型成套纺机设备进行攻关和实现产业化，以促进纺织工业的技术进步和发展，并提出实现单机数字化、车间、企业实现信息化的战略目标。
10种新型成套纺机设备是：
（1）日产200吨（年产6万吨）及以上的涤纶短纤维成套设备，纺丝机和后加工联合机都将采用工业以太网总线控制系统，初步实现管控一体化，其中后加工联合机所用单台变频器大容量将达800—1000kW，电压690V。
（2）粘胶长丝连续纺丝机
纺丝速度120m/min以上，自动落丝、自动生头、多电动机传动，变频（伺服）同步调速，采用PLC和IPC机控制，触摸屏操作，显示的现场总线控制系统。
（3）高效现代化棉纺生产线
包括高效短流程清梳联合机，与梳棉机连接的高速并条机，多电动机传动的悬锭粗纱机、数字化、多电动机传动的精梳机、高速全自动转杯纺纱机、细络联式自动络筒机等，这些设备均采PLC（或IPC）控制、变频（伺服）调速和网络通信技术，实现数字化控制。
（4）机电一体化剑杆织机和喷气织机
重点解决气流引纬技术、电子送径和电子卷取技术、智能化控制技术、打纬技术、高速开口技术、采用变频调速、伺服或步进电机驱动，PLC控制或织机专用控制器控制各电动机的起、停顺序、时间和定位等。
还有纺粘法和熔融法非织造布生产线、电脑提花园纬机、电脑自动横机、高速特里科经编机、染整设备工艺参数在线检测技术和高效、节能、环保的染整设备等，不一一详述。
“十一五”发展规划提出“十一五”期末，先进纺织机械设备比重要达到40%，这一方面是靠10种新型成套纺机设备的攻关和产业化来实现；另一方面要靠现有的采用新技术的设备逐步取代老设备。例如环锭细纱机年销售2万台，出口的基本采用变频调速，而销售的细纱机仅20—25%采用变频调速。悬锭粗纱机年销售4000—5000台，约有25—30%仍用双速电机传动，不调速。而采用多电动机传动的粗纱机仅有10%左右。各种无梭织机年产量3万台以上，而主传动采用变频调速的不足10%。这说明变频器在纺织机械中推广应用市场潜力还很大，也说明新技术、新设备的推广需要时间，需要不断改进，完善后经过较大面积的试用，证明其性能稳定可靠，价格降低到能被普通接受后才可能全面推广。
4 变频器在纺织行业应用前景广阔
由上述可看出，“十一五”期间变频器在纺织行业应用前景广阔，主要特点有：
（1）变频器单机容量增大至800kW—1000kW并向中高压690V发展。
（2）发展纺织专用变频器
“十一五”期间有些变频器内置了多段调速，三角波调速和卷经计算功能等，基本满足了细纱机、卷绕头和恒张力卷绕等纺织机械调速的要求。“十一五”期间随着生产发展，使用变频器数量的增加，将可能推出一些纺织专用变频器，如卷绕头专用变频器，织机专用变频器，细纱机用变频器等等。
卷绕头专用变频器主要功能应有三角波调速功能和定长功能等，为保证丝束卷绕成型好，无叠丝、无塌进等，卷绕横动装置的运行速度应按三角波规律变化如图1所示。当卷绕丝束长度达到设定值时，应控制电磁阀动作，完成满筒和空筒的迅速、平稳切换。
图1 三角波调速曲线
织机专用变频器主要是具有尖峰起动转矩特性。剑杆织机、喷气织机等，为消除或减少因起、停车造成的稀密档、影响织物质量而要求织机电动机起动时，转速快速加速至设定速度，要求电动机（含变频器）在起动瞬间输出6—8倍额定转矩的尖峰起动转短，起动结束后（数秒内），其转矩降至额定值以下如图2所示。
图2 织机起动转矩
细纱机专用变频器除能按设定的纺纱曲线调速（如图3所示）外，还要求变频器效率高、温升低。效率的提高主要靠降低功率器件的开关损耗，而温升的降低，一是可以增加散热面积，这样变频器的体积增大；二是可以采用水冷散热，这样能有效的降低变频器的温升，但要增加一套水冷循环系统。因细纱机车间飞花（超短纤维）多，控制拒拟制成密封式，不利于电气元件散热，变频器安装结构形式应有所不同，如将散热器置于拒外或其它安装方式。
图3 细纱机多段调速曲线
（3）变频器在纺织行业的应用量将增加
根据中国纺机协会统计近几年我国纺织机械总产值年增长为20%以上，例如2005年比2004年增加22.6%，达到453.65亿元人民币，2006年纺机总产值将突破500亿元达到526亿元，我国各种纺织机械出口年增长20%以上，例如2004年为6亿多美元，2005年为8.71亿美元。预计“十一五”期间我国纺机产品销售年增长仍将保持在20%以上，配套用变频器的量保守地估计年增长10%以上，而2005年纺织行业配套用变频为30万台，而到2100年纺织工业用变频器将达到50万台以上，变频器总容量达380万kW以上，金额达20亿元左右。纺织工业的快速发展扩大了变频器市场，为变频调速技术的发展提供了机遇。
5 结束语
纺织行业是变频器的大市场，深受国内外变频器厂商青睐，纺织厂也就成了万国变频器展览会，纺织行业选用的变频品牌主要有日本富士、三垦、瑞士ABB、德国西门子、伦茨、丹麦丹佛斯、日本东芝、安川、三菱、明电舍、松下电工等，国内品牌主要有台湾台达、山东惠丰、深圳普传、阿尔法、上海格立特等。纺织机械对变频器的要求各有不同，有的对变频器技术性能要求较高，如有些化纤机械、棉纺织机械等，一般多用进口品牌，而有的对价格较看重，对变频器性能要求一般，如有些针织机械，非织造布机械和某些染整机械等。这些机械多用国产品牌。
1 系统概述
为满足现代化纺织工业高自动化、高效，高可靠和高精度的要求，可编程控制器、人机界面、和变频传动在纺织工业取得了广泛的应用。GEFanuc自动化公司的产品以其网络功能丰富、产品齐全、低成本、高性能在纺织行业得到了很好的应用。
整个生产线系统由前纺部分和后纺部分组成。
前纺部分主要由熔体输送、纺丝、卷绕等部分组成，熔体输送部分包括熔体温度、压力、热媒交换温度、压力、熔体增压泵、热媒循环泵等设备的控制。此部分由于系统要求多由DCS系统进行控制。
后纺部分设备包括集束架、导丝机、浸油槽、一道牵伸机、水浴牵伸槽、二道牵伸机、蒸汽加热箱、紧张热定型机、喷淋冷却装置、三道牵伸机、叠丝机、三辊牵引机、张力架、卷曲机加热箱、卷曲机、辅丝机、上油轮等。控制包括所有设备的传动、润滑、温度、压力及风机油泵等的控制。此部分多采用PLC进行控制。
2 系统结构
本控制系统由三部分构成，分别为：中央控制器部分、现场I/O部分和人机界面部分。现场根据工艺要求设有8个现场控制站、40个按钮盒及1个数码报警指示箱。
(1) 控制系统
中央控制器采用GE公司的90-30型PLC，它是GEFanuc自动化公司的系列90可编程控制器家庭中的一员，提供先进的编程特性，易于组态便于安装，它的CPU具有强大的功能，如内装PID，结构化编程，中断控制，间接寻址及各种功能模块，能完成复杂的操作。
现场控制站采用GEFanuc自动化公司的VersaMAX系列远程I/O，它是目前唯一的一种既可以作为其它主控设备的I/O模块，以可以单独构成PLC系统，还可以作为分布式控制系统的产品。它是真正的即插即用，I/O模块可以带电插拔；省配线，安装费用低；高通讯速率；高可靠性。
系统采用温度控制模块对机组温度回路进行控制；采用温度检测模块对机组各温度回路进行检测，并送上位机显示；采用PID控制模块对机组模拟量回路进行PID检测控制，采用I/O模块对机组开关量进行通断控制。
(2) 网络结构
中央控制器和远程操作站、变频器之间采用PROFIBUS现场总线方式连接。90-30PLC机架上配置PROFIBUS主站模块，通过PROFIBUS网络连接9台逆变器，形成了一个高速、长距离、高可靠性的工业控制网络。在PROFIBUS通讯中，PLC主机对从机进行轮询，从机响应主机的查询并执行主机的命令，在本系统中，PLC从变频器中读取电流、频率等，并由通讯将传动控制参数（如：开、停、升降速等）传送到变频器。
现场设置一个数码报警指示箱。此设备与PLC也以PROFIBUS总线方式连接，可以实时地从PLC中获取报警信息，全面、直观、醒目地展示各类报警，指导工人进行操作，使对故障的处理更方便。
现场总线的大量采用，提高了系统的可靠性，方便了工程施工。
(3) 上位机和现场触摸屏
上位机软件采用美国GE Fanuc自动化公司运行在微软bbbbbbs2000平台下的CIMPLICITYHMI开发，与PLC之间采用10M以太网连接；现场触摸屏采用QuickPanel，通过Profibus总线连接到中央处理器。
3 系统功能
通过操作控制室上位机和设在现场的触摸屏，本系统可以完成系统的操作、监视、设定、管理等人机对话。主要功能有全系统工艺流程和数据显示、集中操作设定、处理报警、实时值和设定值记录趋势存储、故障历史及故障原因、各单机运行状态及各种工艺参数实时值和设定值的比较，具体介绍如下：
·总貌图显示：集中显示系统的全部数据，设备的运行状态，开关状态，有助于操作工进行抄表，做生产记录。
·系统结构图显示：以树状形式显示整个系统的结构。
·工艺流程图显示：提供优美的系统工艺流程图，生产线流水作业的动态显示效果。监视系统的运行状态，显示主传动设备的电流，转速，牵伸比，启动，停止状态，及低速时间，高速时间，低速启动时间，高速加速时间，联合机停车时间，紧急停车时间，总牵伸比。画面上还做到系统启动准备（所有的润滑泵启动，油压达到工艺要求时，油压开关闭合），电机的单动，联动状态监控。
·实时趋势显示：包括牵伸比实时趋势图和转速实时趋势图，用于监视导丝机，一道牵伸机，二道牵伸机，三道牵伸机，紧张热定型机，叠丝机，卷曲机的转速是否同步和实际牵伸比是否符合技术工艺要求。
·历史趋势显示：包括转速，牵伸比，温度，压力等检测点的历史趋势曲线，可以记录过去10天历史数据，操作工可以方便查看过去某一时刻的数据，历史曲线可以前后翻页，放大，缩小，画面显示的长度可以改变，改变范围有10秒，30秒，1分钟，30分钟，1小时，8小时，16小时，24小时，30小时。
·PID操作：画面上有设定值（SP）、检测值（PV）、输出量（OP）的值显示，棒图操作，手动、自动的自由切换，上面有整定，趋势按钮，可以调出PID的P、I、D参数并进行修改，结合三者的实时曲线图，更方便的快速的使控制回路稳定。
·参数整定：数据集中设定画面，包括牵伸比，速度变比的设定。数据的设定必须有一定的权限（管理员级别），一般操作人员不允许修改此表。
·报警操作，记录报警时间，报警类型，报警级别，报警点名字，报警组号，报警值，特别对于模拟量报警有多种类型,如上限、上上限、下限、下下限、变化率、小偏差和大偏差等等，而报警的优先级可达999种，操作工可以进行报警确认。报警列表，以发生的前后次序显示历史报警。
4 实施结果
整个生产的控制系统全部采用了GE Fanuc自动化公司产品，保证了系统运行的连续性与高可靠性。
系统的人机接口除了采用上位工业控制计算机外还可在现场增加现场操作接口（触摸屏），提供丰富的接口界面，便于分散控制与集中管理。
系统的可编程序控制器采用了现场总线的分布式I/O结构，从而结省了大量的现场接线并且大大减少了系统的维护工作量