津田驹旧织布机信息化联网设计

0 引言

纺织行业是我国经济支柱产业，随着中国棉纺企业国际化进程的不断加快，企业面临的压力越来越大。同时，生产效率和管理水平的低下，严重制约着企业的发展和进步。因此，必须尽快对棉纺企业进行信息化的集成、处理和控制方面进行技术改造与创新。

典型的织部车间生产工艺流程如图1所示，它主要包括整经、穿纱、浆纱、穿经、织造、验布、刷布、折布、修剪、成包等工序。

在织布车间，织布机由于数量众多、机型种类繁杂、新旧机型混合，是整个车间非常重要的工序，在新织布机中例如如津田驹ZAX9100、必佳乐OMNIplus 800 等都提供有以太网通讯接口。但是，在一些旧机型中，没有提供通讯接口，只是电气线路上预留有监控输出信号点。本文以津田驹ZAX-E-190旧织布机为例，实现旧织布机信息化联网。

1 织布机结构

传统上使用纱线进行编织的织机可以分为机织和针织两个大类。机织机包括原始的有梭织机和新式的无梭织机，无梭织机主要有剑杆织机、喷气织机、喷水织机和片梭织机。

喷气织机是采用喷射气流牵引纬纱穿越梭口的无梭织机。工作原理是利用空气作为引纬介质，以喷射出的压缩气流对纬纱产生摩擦牵引力进行牵引，将纬纱带过梭口，通过喷气产生的射流来达到引纬的目的。喷气织机最大特点是车速快、劳动生产率高，适用于平纹和纹路织物、细特高密织物和批量大的织物的生产。津田驹ZAX-E-190织布机示意图如图2所示。

1.1喷气织机的机械结构

喷气织机主要是依靠高速气流与纬纱间产生的摩擦力牵引纬纱穿过梭口。喷气织机的机械结构主要由径向系统与纬向系统组成。径向结构主要包括经轴、弹性后梁、张力传感器、综框、压辊、卷取辊等组成。纬向结构一般由筒子架、纬纱筒子、张力器、储纬器、主喷嘴、辅助喷嘴、电磁阀、储气罐、异型扣、探纬器等组成。其中喷气织机纬向结构示意图如图3所示。

1.2喷气织机的电气结构

喷气织机的电气控制系统主要由控制部分和检测部分组成。ZAX-E-190织布机采用单片机控制，具有很高的可靠性、稳定性和抗干扰能力。

ZAX-E-190由于设备型号老旧，没有提供以太网等通讯接口，但是在设备电气控制箱中，线路板上预留了用于生产监视管理的信号，位于主电路板的对接端子上，输出电路如图4所示。

其中PC端子是织布机打纬次数信号，M1端子是运转信号，M2端子是纬停信号，M3端子是经停信号，M4端子是边停信号，M5端子是计数停信，MO端子由于是共同接地线，需要连接0V。M1～M5、PC信号都是以晶体管形式输出，晶体管集电极与发射极之间的电压最大不超过50V，集电极最大额定电流为150mA，集电极最大功耗为100mW。在连接电路接口时，需要在额定值以内，如果是连接继电器线圈时，为了保护输出电路，需采取电涌措施。

1.3喷气织机运动过程

在现代纺织工业的发展过程中，出现了多种形式的无梭织机，有剑杆织机、片梭织机、喷气织机、喷水织机、多相织机、磁力引纬织机等。与有梭织机相比，无梭织机生产的织物在产量、质量、品种等方面有无可比拟的优势，在大部分织造领域取代有梭织机。无论是无梭织机，还是有梭织机，织布机工作原理始终没有发生改变。经纬纱线在织布机上整个交织物的过程，通过开口运动、引纬运动、打纬运动、卷取运动、送经运动来实现。

开口运动根据织物组织的要求，依次将穿入各页综框上的经纱分成上下两层以形成梭口，待纬纱引入后将梭口闭合，使纬纱形成交织物。纬线从储线器出发，通过主喷嘴进入梭口，在辅助喷嘴的作用下，打到设定位置，然后剪断纬线，完成引纬运动。打纬运动主要是异型扣向前摆动，将纬线推动到织口，与此同时，综框反向运动，使织口闭合，纱与纬纱交织。在卷取辊的作用下，将布匹卷取成圆形，完成卷取运动。送经运动即织布机在运行过程中，经线保持一定张力下跟随织轴运动。

2 织布机信息化系统联网设计

津田驹ZAX-E-190织布机虽然没有提供以太网等通讯接口，但是预留有生产监视管理的信号，可以通过单片机或者PLC实现织布机生产数据采集。本文使用S7-200 SMART PLC完成织布机设备运行状态采集以及设备联网系统。

2.1 织机信息化联网结构

SIMATIC S7-200 SMART 是西门子公司经过大量市场调研，为中国客户量身定制的一款高性价比小型 PLC 产品。SIMATIC S7-200 SMART提供不同类型、I/O 点数丰富的 CPU 模块，单体 I/O 点数最高可达 60 点，可满足大部分小型自动化设备的控制需求。另外，CPU 模块配备标准型和经济型供用户选择，对于不同的应用需求，产品配置更加灵活，最大限度的控制成本。CPU 模块本体标配以太网接口，集成了强大的以太网通信功能，一根普通的网线即可将程序下载到 PLC 中，方便快捷，省去了专用编程电缆。通过以太网接口还可与其它 CPU 模块、触摸屏、计算机进行通信，轻松组网。

标准CPU ST20模块具有12点输入/8点输出信号，4路200Hz高速脉冲输入，并且CPU模块本体有一个以太网接口和2个RS485接口，完全可以满足津田驹ZAX-E-190旧织布机信息采集。同时可以通过 PC Access SMART，可以轻松通过上位机读取 S7-200 SMART 的数据，从而实现设备监控或者进行数据存档管理。每台织布机都配备一个ST20 S7-200 SMART PLC，采集织布机运行状态、车速、打纬次数、纬停次数、经停次数、十万纬停次数、经停时间、纬停时间、产量等参数信息，ST20通过以太网口直接连接到交换机。

2.2织机信息化上位机系统

上位机采用服务器/客户端架构，服务器通过交换机与现场ST20 S7-200 SMART PLC相连。服务器上安装S7？200 PC Access SMART 软件，可以用来从 S7？200 SMART PLC 提取数据，可以创建 PLC 数据变量，并且安装了“Siemens PC Access SMART OPC 服务器”以用于数据通信。

OPC提供了一种从数据源提供数据并将数据以标准方式传送至任何客户端应用程序的机制。现在，供应商可以开发可重复利用且经过高度优化的服务器来与数据源进行通信，并保持从数据源/设备有效访问数据的机制。只要为服务器提供 OPC 接口，任何客户端均可访问其设备。尽管 OPC 主要用于从联网服务器访问数据，但 OPC 接口可在应用的很多地方使用。在最低级别上，OPC 接口可将原始数据从物理设备导入 SCADA 或 DCS，或者从 SCADA 或 DCS 系统导入应用程序。

在 OPC 中，OPC 接口的应用程序以客户端-服务器模型为基础。一个组件（服务器）通过接口将其服务提供给其它组件。 另一个组件（客户端）使用这些服务。通过 OPC，应用程序可识别系统中存在哪些 OPC 服务器。随后，它可寻址这些服务器中的一个或多个，并查询服务器提供的服务。 由于多个不同的 OPC 客户端可同时访问同一 OPC 服务器，因此任何与 OPC 兼容的应用程序均可使用同一数据源。单台喷气织机运行状态图如图6所示。

3 结语

2015年是“十二五”规划的最后一年，“十三五”规划即将，纺织工业相关规划的前期研究工作已经在紧锣密鼓地开展，纺织信息化技术的应用与推广是重点任务之一，包括数字化设计、智能制造、电子商务和物流信息化、互联网与工业融合等主要领域。

本文使用S7-200 SMART PLC采集津田驹ZAX-E-190织布机设备参数，实时显示织布机运行状态、车速、打纬次数、纬停次数、经停次数、十万纬停次数、经停时间、纬停时间、产量等参数信息，实现织布机产量统计、效率计算，完成织布机信息化改造，大大提高了生产效率和管理水平，促进了企业的发展和进步。

参考文献

[1] 王永华.现场总线技术及其控制技术[M].北京机械工业出版社，2012.3.

[2] 王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京机械工业出版社，2013.8

[3] 尹燕平.双向拉伸塑料薄膜 [M].化学工业出版社，2004.07

[4] 崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京：机械工业出版社，2005，1：127-152.

[5] 廖常初.S7-300/400PL应用技术[M].北京机械工业出版社，2006.

[6] 廖常初. 西门子工业通信网络组态编程与故障诊断[M].北京机械工业出版社，2009.10.

[7] 西门（中国）有限公司 自动化与驱动集团.深入浅出西门子WinCC V6[M].北京航空航天大学工业出版社，2004.5.

作者简介：

徐森（1986.3-），男，助理工程师。研究方向：电气自动化。