机电一体化的未来发展趋势探析(电子机械论文) 【论文关键词】:光机电一体化;技术特征;发展 【 论文 摘要】:介绍了光机电一体化技术特征,研究了国内外技术现状和发展... 其中计算机软硬件和传感器是光机电一体化技术的重要组成要素.与传统的机械产品比较...
维普资讯 http:// 纺织机械机电一体化技术的发展趋势 陈兴 强 邢传 鼎 周锦培 陈 彦俊 刘朝 智 潘 逢 春 由于电子信息技术不断发展， 机 电一体化成为推 动纺 织机械进步 的 主要驱动 力 ， 其中 新型过 程控制 器 、 单轴 独立驱动 、 多单元 同步控 制 、 基于 网络 技术 的数据 通讯 和在线检 测等 技术 的 应 用 ， 已成 为纺 织 机 械实 现 （ ２ ） 基于 Ｐ Ｃ 的控 制 系 统 由于 Ｐ Ｃ硬件的持 续发展和优 良的兼容性， 加上 能 得到 大量 软 件 支 持 ， 从 而 提 高 了性 能 。基 于 Ｐ Ｃ的 过程控制系统是发 展的方向， 基于 Ｐ Ｃ的嵌入式控制 系统大 部运 行在 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗｓ Ｃ Ｅ上 。机电一体化的重要内容。
１ ． 新型过程控 制设备 基于专用 处理 器 的 控 制 器 和 Ｐ Ｉ Ｃ仍 然 是过 程控 ①Ｃ Ｅ不需 要硬 盘 而 使 用更 可靠 的存 储 器， 如 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ 卡或存储芯片， 使系统更易用于工业现场， Ｃ Ｅ可 立即退 出或返 回而无任何启动延迟， Ｃ Ｅ是一个独立的 操作 系统 ， 与 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗｓ 兼容， 采 用 的硬 件 可装 进 控 制 面板 。
制 的主角 ， 其 灵活性 和 通 信 能 力 不断 增 强 。
由于 编程 的兼容性和 易操 作 性 ， 基于 Ｐ Ｃ控 制 器 正 在 增 加 市 场 份额 ， 机械 装置如 开关 、 灯 和键 正在 被软 件和 电子器 件 所取代。
先 进过 程控制 策略 以及 机器控 制器 与计 划和调 度 系统 的集成大大提 高工 厂 的生产 力。达 到该 目的的最 ②可使 用 Ｖ Ｂ（ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｏ ｆ ｔ ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ） 以便 生 成 过 程控制系统和接 口。Ｖ Ｂ是一种完善的编程语言， 其 性 能通过 ＶＢ编译 器 的优 化工 具可 以实 现。
可用 标准 的Ｐ Ｃ软件工具使用 ＭＳ Ｖ ｉ ｓ ｌ ｏ 软件包生成流程图。
基于 Ｐ Ｃ 的控 制 器 也 服 从 工 具 开 放 标 准， 如 大困难仍然是缺乏开放和标准的通信协议（ 如Ｄ Ｐ Ｃ ） 。
（ Ｉ ） 可编程 逻辑 计算机 Ｐ Ｃ Ｃ 工厂 自动化 最流 行 的就 是 可编 程 序 控 制 器 Ｐ Ｉ Ｃ。
Ｏ Ｄ Ｂ Ｃ ， Ｃ Ｏ Ｍ， Ｄ Ｃ Ｏ Ｍ， Ａ Ｄ Ｏ和 Ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｘ ， 便于与监控系 统 进行通 信 。
这类设备提供高质量 的输入／ 出和极佳的实时监控能 力， 并且是特 别为车 间环境 设计 的 。
Ｐ Ｌ Ｃ近年 来 仅 有 很 少 改 进 ， 主 要 的 改 进 是 灵 活 性， 可 扩 展性 以 及 与 监 控 系 统 的 联 接 。
当 前 大 部 分 Ｐ Ｌ Ｃ除提供 Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｂ ｕ ｓ ，Ｍｏ ｄ ｂ ｕ ｓ 和 串行 口等通 讯 口外 ， ③基于 Ｐ Ｃ的控制器的最大优势是每个控制单元 最 终可 以变 为 Ｗｅ ｂ站 ， 提 供 ＴＣ Ｐ ／ Ｉ Ｐ的远 地 网络访 问 和查询， 而 不 需 要 主 机 系 统 。如 Ａ ｄ ａ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ 公 司可提 供 基 于 Ｐ Ｃ 的 控 制 器 为 整 个 纺 织 行 业 提 供 方 还提供 Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ的附加联接， 如使用 Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ Ｎ ｅ ｔ 协议使 Ｐ Ｌ Ｃ和监控 、 计 划及 调度 系统有 更好 的通 讯接 口。
案， 特别在染色和印花工段， 为丝、 轻纱、 筒纱的染色开 发 专用 控制 系统 。
Ｐ Ｉ Ｃ直接联接机器的执行器和传感器， 其模块化 结构容易组合不 同类型的 Ｉ ／ Ｏ 接 口。最初 的 目标是 取代硬连线逻辑 电路。采 用外部 可拆 卸编 程单元， Ｐ Ｌ Ｃ可进 行编 程 。然 而 当前 复 杂 的 自动 化 系统 是 由 Ｂ ａ ｒ ｃ ｏ为纺织 印染 印花 行 业 Ｐ Ｃ控 制 器供 应 厂商 ， Ｂ ａ ｒ ｃ ｏ Ｐ Ｃ控 制 器 Ｓ ｅ ｄ ｍａ ￣５ ０ ０集 成 彩 色 触 摸 屏 幕 。
Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ网络， ｗ ｅ ｂ 服务器可进行远地控制， 带Ｕ Ｓ Ｂ接 口， 可 运行在 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗｓ Ｃ Ｅ上 ， 同Ｂ ａ ｒ ｃ ｏ中 央控 制 系统 信息智能现场总线构成， 故在大部分过程控制中， 传统 的Ｐ Ｉ Ｃ正缩小 为一 个 具 有一 些 通 信 和 现 场 连 线模 块 的Ｃ Ｐ Ｕ。
Ｓ ｅ ｄ ｏ ｍ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ 连线。它也有 Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｂ ｕ ｓ 接 口连接远程 Ｉ ／ Ｏ 模块并采用 Ｏ Ｐ Ｃ系统， 与监控系统集成。
意大利 Ｔ ｅ ｒ ｍｃ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｃ ａ公 司 的 Ｐ Ｃ Ｘ运 行 在 恶 劣 由于 Ｐ Ｃ微处理器和现场总线的发展， 将Ｐ Ｉ Ｃ的 功能集成为基于 Ｐ Ｃ的控制器是过程控制的下一步进 展。奥地利贝加莱工业 自动化公司提供面向机械控制 的 自动 化 系 统 控 制 产 品， 其 可 编 程 计 算 机 控 制 器 （ Ｐ Ｃ Ｃ ） 是 对传 统 Ｐ Ｉ Ｃ功 能 的 提 升 ， 其 组 网 的 灵 活性 、 系统平 台的开放性 以及智 能性 可使 复杂 的控制 项 目得 以实现 。
目前这类 产 品可 应 用 在 纺 织 、 塑料、 包装、 印 环境下， 处理 器 无风 扇， 同 时用 Ｆ ｌ ａ ｓ ｈ作 存储器， 与 Ｐ Ｉ Ｃ 和 Ｉ ／ ｏ 板有 专 用接 口。可 运行 在嵌入 式 ｗｉ ｎ ． ｄ ｏ ｗ ｓ Ｘ Ｐ上。
控制染色和印花机。
西 门子公 司 的 Ｓ ｉ ｍａ ｔ ｉ ｃ 面板 Ｐ Ｃ ６ ７ ０和 Ｐ Ｃ ６ ８ ０运行 在 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ Ｃ Ｅ上， 通过 Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｂ ｕ ｓ 与现有 Ｐ Ｉ Ｃ 兼容。
基于 Ｐ Ｃ的过程控制也存在一些缺陷， 如实时数 据采集， 设备和软件的生命周 期太短。基于 Ｐ Ｃ的控 制器比 Ｐ Ｉ ， Ｃ容易 实现 ， 但在 实时 数据 采集 领域 的性 能 上有很 大差 别 。
虽 然近 来 有些 改 进 ， 但基于 Ｐ Ｃ的 控 刷、 酿酒等行业的机械自动化及 电力 、 冶金 、 石化、 市政 工程等过 程 自动 化领 域 。
如 中 纺 机 的喷 气 织 机 、 二纺 机 的粗纱 机、 太平洋 机 电技术 公 司 的圆 网 印花 机 均 采 用了 Ｐ Ｃ Ｃ及驱 动 系统 。
制 器 最快分 辨 时间为 ５ ０ ｍｓ ， 而标准 的 Ｐ Ｉ Ｃ为 １ ～２ ｍｓ 。
常 规应 用虽 无碍 ， 但 对一 个过 程需 要严格监 控的系 统， ? ２ ０ ０ ４ 年第 ４ 期 ５ ３ ? 维普资讯 http:// 数据 采集的 延迟 时 间可 能 产 生 问题 ， 会影 响过 程 的稳 （ ｄ ） 直 流母 线 共 用方 式 。纺 机 一 般 为 ８ ０ ０ ０ ｈ工 作 制， 用 电效 率相 当重 要 。
多 电机 系统 采用直 流母线 ， 有 定性。
此外， Ｐ Ｃ硬件技术 的持 续改进及 Ｗｉ ｎ ｄ ｏ ｗ ｓ 软件 的持续 开发 引起 Ｐ Ｃ控 制 器 的 更 新 ， 比工 业 Ｐ Ｉ ｃ淘 汰 更 为经常 。此外 ， 每个 Ｐ Ｃ控 制 器 均 需 购 买 Ｃ Ｅ与 Ｘ Ｐ 的ｌ ｉ ｃ ｅ ｎ ｓ ｅ ｏ 利于提 高控 制 精 度 ， 有 利 于 电能 的高 效 利用 。
也是 实 现 断 电同 步停 车 功能 的 必要条 件 。
（ ｅ ） 具有现 场 总 线接 口。
（ ｆ ） 变 频 器正 发 展成 具有 丰 富功 能 ， 并相 对独 立 的 控 制 器 。
已开 发 多种 工 艺控 制功 能 ， 如虚拟 主轴 、 同步 控制 、 电子齿 轮 、 电子 凸轮 、 卷绕控制、 动 态 定 位控 制 、 套准 控制 等 。
③无 梭 织机 上 的 电机应 用 ：
织机 的机 构 控制 由多 电机驱 动控 制取代 了以前 的 采用 Ｐ Ｃ开 放体 系和 ＴＣ Ｐ ／ Ｉ Ｐ协 议 的 另一 个 优 点 是能 使大 多数 厂商 直 接 连 入 控 制 器 ， 这样 允许 厂商 执 行例行 维 护 和 软 件 更 新 以及 减 少 服 务 技 术 的 响 应 时 间， 因为诊 断 测 试 可 在 技 术 人 员 访 问 之 前 就 可 进 行 。
此 外， 过程 控制 和生 产 工程 师 可 以通 过互 联 网监 控 过 程 。要 引起 注 意的是 通信 的灵 活 性 也带来 通信 安 全 问 题。
机械 控制 ， 结 构简 化 、 操 作 简单 ， 速度、 精 度 得 到提 高 ， 且成 为无 梭织 机 的 主 要 特 征 。如 Ｄ ｏ ｒ ｎ ｉ ｅ ｒ 公 司 的剑 杆 织机 ， 全 机一 共采 用 ３ ３ ～４ ５个 电机 （ 对 于 ８色 选 纬 ） ， 有 主 电机 、 自动找 纬 电机 、 清 洁 电机 、 送经 电机 、 卷 取 电 机、 选纬 电机 （ ８ ～１ ２个 ） 、 储 纬 器 变频 电机（ ８ ～１ ２个 ） 、 纬纱 张力 控制 步 进 电机 （ ８ ～１ ２个 ） 、 两 侧 废 边 剪 刀 电 机、 两侧 绞边 电机 等 。
无梭 织机 采 用 开关 磁 阻 电 机 作主 传 动 ， 这 类 磁 阻 电机 不象 传 统 电机依 靠 定／ 转 子 绕组 电流 ， 产生磁 场相 互 形成转 矩 ， 而遵 循 磁 通 总 要 沿 着 磁 导 最大 路 径 闭 合 原 理产 生磁 拉力 形成 转 矩 。定／ 转子 采用 凸极结 构 ， 根 （ ３ ） 基于 Ｌ ｉ ｎ ｕ ｘ的控 制器 土耳 其 Ｅ ｌ ｉ ａ ｒ公 司 推 出 基 于 Ｉ ． ｉ ｎ ｕ ｘ 控 制 器 Ｔ Ｂ ６ ５ ０ ０ ， 是用于印染的第一个嵌入式 Ｌ ｉ ｎ ｕ ｉ ｘ 工业过程 控制 器， 具有 开放 的 Ｐ Ｉ Ｃ（ １ Ｅ Ｃ ６ １ １ ３ １ —３ ） 语 言 支持 ， 允 许用户和纺机生产厂商编写特殊功能和过程命令。
（ ４ ） 模 糊逻 辑控 制器 Ｆ ＯＮＧ Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ公 司 的 Ｆ Ｃ ３ ８有 嵌 入 式模糊控制模块， 监控印染过程的环境， 并对温度控制 达 到用 传 统 Ｐ Ｉ Ｄ 无法 实 现 的 最 优 参 数 ， 减 少 了 超 调 （ 减少蒸 汽和冷 却 的 消 耗 ） 。
由于 温度 波 动 小 ， 产 生色 差小 ， 并减 少折皱 和折 痕 。
２ ． 驱动 技术 据转子位置采用最简单的控制方式来导通和断开定子 电路 的 电流 而 产 生 转 矩 。该 转 矩 产 生 基 于定 ／ 转 子 的 齿 槽效应 ， 其气 隙磁 场 随定／ 转子 的相 对 位置不 同而 改 变。
Ｐ ｉ ｃ ａ ｎ ｏ ｌ 公 司 的无 梭 织 机 主 传 动 以 Ｓ ＵＭＯ 开关 磁 （ １ ） 单 轴独 立驱 动 纺织生 产过程 是介 于 连续 与离 散 的半 连续 的生产 过程 。但对 一 台单机 或一 段生 产过 程来 说 是连 续 的生 阻电机为标准配置， Ｐ ｒ ｏ ｍ ａ ｔ ｅ ｃ ｈ和 Ｐ ａ ｎ ｔ ｅ ｒ 公 司则用 开 关磁阻电机作为选件 。
意大 利 Ｄ ｅ ｉ ｍｏ公 司 开 发 的 开 关 磁 阻 电机 已用 于 该国 Ｐ ａ ｎ ｔ ｅ ｒ 公 司 的 无 梭 织 机 主 传 动 。
电机 规 格 为 峰 值 电流 １ ２ ５ Ａ， 额 定 电流 ５ ０ Ａ， 额定转矩 ５ ５ Ｎｍ， 峰 值 转 产过程， 其中存在多根传动轴和部件， 相互之间按照一 定 的同步规 律进 行运 动。
随着 以电力 电子 技术 为基 础 的各种驱动技术的逐步成熟， 采用单轴独立驱动技术， 满足纺织工艺对纺织机械 日益提 高的要求， 实现纺机 的高速化， 正在成为纺织机械机电一体化的重要趋势。
①纺织 机械 使用 的各 种驱 动 系统 和 电机 主要有 ：
（ ａ ） 变 频器 ＋交 流异 步 电机 （ ｂ ） 变 频器 ＋交流 同步 电机 （ ｃ ） 交 流伺 服 电机 矩２ ５ ０ ／ ２ ９ ０ Ｎ ｍ， 绝缘等级 Ｆ ， 基座号 １ ３ ２ Ｍ。
④ 自动 络筒 机 采用 的 各种 驱 动系统 和 电机 ：
自动络筒机采用的 电机种类有交流异步电机 、 变 频调速 电机 、 步进电机和直流无刷电机等。
（ ２ ） 多单 元 同步 控制技 术 ① 集 中控制 方 式 （ ｄ ） 直 流无刷 电机 （ ｅ ） 开关磁 阻 电机 ②用 于纺 织机 械驱动 器 的特 殊要 求 ：
控制计算机集 中采集各运动轴转速的实际信号， 根据运动控制要求和误差信息进行处理和协调， 对各 驱 动器 发 出 同 步 控 制 信 号 ， 完 成 多 电机 的 同步 控 制 。
这 种 传统 的运 动控 制 方 法 随着 Ｃ Ｐ Ｕ 功 能 和 现场 总 线 技 术 的发 展 ， 可 以完 成 复 杂系统 的 综合控 制 ， 对驱动 器 要 求 低。
② 以一个 实轴 为主 轴 的主／ 从 同步方 式 如上 海二纺 机 的 Ｅ Ｊ Ｋ２ １ １型粗 纱 机 以锭 翼 电机 作 ＜ 装备 机械》 （ ａ ） 体 积小 ， 以便 装 在 机 器 执 行 部 位 ， 适 应 纺 机 电 机 多， 空 间有 限 的状况 。
（ ｂ ） 适 应封 闭的机 箱 ， 防止 纤维 的侵入 ， 如 穿墙 式 、 冷板式、 水冷式等。
（ ｃ ） 同步功 能 ， 适 应 纺 机 单 电机 独 立 驱 动 的要 求 ， 可采用虚拟主轴 、 实轴对等同步或实主轴同步方式。
? ５ ４ ? 维普资讯 http:// 为整个控制 系统的主传动， 罗拉电机 、 筒管电机和龙筋 电机 作为 从传 动 ； 在 整 个控 制 系统 中 ， 由 上位 机 （ Ｐ Ｉ Ｃ 步控制。在国产圆网印花机产品中已得到应用。
已在汽车控制 系统中得到 应用的 Ｃ Ａ Ｎ ｂ ｕ ｓ 协议， 近来也提 出满足实时要求 的 Ｔ Ｔ Ｃ Ａ Ｎ标准， 将 逐步应 用到纺机控制系统 内。
３ ． 基 于 网络技 术的 数 据 通讯 或工控机） 通过总线给出主传动（ 锭 翼电机 ） 的转速给 定。
主电机采用 ２ ５ ０ ０ 线增量编码器时， 通过 ４ 倍频， 电 机每转一圈变频器可接收到 １ ０ ０ ０ ０个脉 冲， 主传动变 频器也输出 １ ０ ０ ０ ０个同步脉冲， 滞后一个脉冲 引起的 角度偏差是 ３ ６ ０ 。
的万分之 一。从传动 变频器 的第二 编码器 口可接收主传动的同步脉冲信号 ， 作为速度／ 角 数据通讯的能力在一定程度上决定和影响着 自动 控制 的 水平 。
随着 网络 技 术 的 发 展 ， 通 过 高 速 数 据 通 讯， 控制系统 已经 从模拟 控制转 向数字控制。这一发 展带来的变化是控制 系统可以实现分布式、 现场化， 抗 度的给定信号 ， 并在线设定不同的同步 比率 （ 主从单元 的同步比率可 由上位机依据产品的工艺计算以后通过 总线系统进行设定） ， 从动 电机依据主传动 电机的转速 干扰性能得到极大提高， 能实现复杂的控制功能， 大量 数据的实时采集 以及共享 。
（ １ ） 控 制 网络 结构 和系统设定的主从速 比运转。从而可调 节各电机的同 步速 比。利用变频器 本身功能 可保证 ４台 电机 的同 步， 既减少传输延迟时 间， 也 减轻 了上位机 的控制 任 务。
且上位机不进行干预， 也能保证 ４ 台电机的同步起 停。
示 目前机电一体化的控制 网络结构一般分为 ：
Ｂ ｉ ｔ 层 （ 传感器层 ） 、 设备／ 现场层 、 控制层、 管理层， 见表 １ 所 主从传动的传动 比设 定分辨率 为 １ ：
１ ０ ０ ０ ０ ， 可依 据产品工艺在整个纺纱过程 中对其进行精 确的控制。
通过任意时刻对不同传动单元进行精确的角度同步控 制。
可对纱线张力和伸长率实行精确控制， 同时通过张 力传感器对各传动单元之间的角位移同步 比率进行微 调， 以保证产品的质量。
该方法 已在纺机控制 中得到 广泛应用。主／ 从同 层次 表 功 能 控制 网络的结构 规模 通讯量 实时性 ＜１ ｓ ＜１ ０ ０ ｍ ｓ 管理层 企业 Ｍ１ Ｓ ＞１ ０ ０个节点 大 控制层 对 等远地 １ ／ ｏ ＜１ ０ ０个节点 中等 智能 ｌ ／ ｏ 传 感 设备层 器 和 执 行 器 的 ＜６ ４个节点 小 ｌ ０ ～ｌ Ｏ Ｏ ｍ ｓ 控制 开关 量 以 及 简 Ｂ ｉ ｔ 层 单 的 传 感 器 和 ＜６ ４个节点 执行器控制 步方式一般要求变频器增加 同步 卡， 且控制轴连接数 目也有限。
小 ＜１ ０ ｍ ｓ ③虚拟主轴、 实轴对等同步 在没有主轴的分布式传 动设备中， 多个传动单元 通过一个虚拟主轴实行同步。这 种方 式较之实主轴／ 主从方式更精确， 虚拟 主轴生成的给定信号不 会产生 偏差， 也没有实主轴的随时可变性及无法接受 的速 度 波动现象。虚拟主轴运行时， 所有的实轴接收虚拟 主 轴发 出的同步信号 以相 同的扫描 同步运行， 从而避免 实轴因不同时间内获得给定信号而产生的同步误差。
这种方案要求 采用强 实时性 的现场总线， 且驱 动 器控制性能较高。随着 网络 技术的发展， 该技术 由于 （ ２ ） 现 场 总 线 和 工 业 以太 网有 关 通 讯 协 议 对各 个 控 制 层 的覆 盖情 况 现场总线和工业 以太网已成为纺织行业机电一体 化 系统 数 据通 讯 的主 流 。
常用 现 场 总 线 为 Ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｎ ｅ ｔ 、 Ｃ Ａ Ｎ Ｏ ｐ ｅ ｎ 和 Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｂ ｕ ｓ 。
工业以太网 已能覆盖到控制层 以下的设备层。
以 太网的最大优势在于数据一次表达， 易于实现垂直集 成， 通过 Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ使现场层 、 控制层、 管理层的数据。
直 至 Ｗｅ ｂ工作站形成 自然的集成 。这里介绍主要 的三 种形式 ：
Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ Ｉ Ｐ 、 Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｋ 、 Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｎ ｅ ｔ 。
不需要同步卡， 成本低、 控制 功能实现简单， 控制 轴数 不受限制。
Ｂ ａ ｕ ｍ ｅ ｕ ｌ ｌ ｅ ｒ 公司采 用 Ｃ Ａ Ｎ ｓ ｙ ｎ ｃ（ 对Ｃ Ａ Ｎ ｂ ｕ ｓ 再增 加一根同步线） ， 给定信号传送循 环周期是 １ ｍ ｓ ， 精 度 在１ ｓ 内， 理论上可构 成多 达 ５ １ ２ ０台电机 的同步 网 络。
①Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ Ｉ Ｐ是工业 网络 的开放性标准， 支持循 环Ｅ ／ Ａ报文传送， 也支持非循 环报文传送， 与标准 以 太 网通讯芯片和物理介质一起工作。采用标准为 ：
Ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ ８ ０ ２． ３ 、 Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｓ 、 Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ＵＤ Ｐ ／ Ｉ Ｐ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｓ 、 Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ａ ｎ ｄ Ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ 贝加莱公司的 Ａ ｃ ｏ ｐ ｏ ｓ 高精 度全数字驱动器。
采用 Ｃ Ａ Ｎ Ｏ ｐ ｅ ｎ 方式可实现 ２ ｍ ｓ 同步循环周期 ， 对多 轴电 机驱 动实 现优 异的 同步 功 能 ， 即 使 起 停 过 程 也 控 制 在 Ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ （ ＣＩ Ｐ） ，Ｃ ｏｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｎｅ ｔ （ Ｉ Ｅ （ ２ ６ １ １ ５ ８ ｐ ａ ｒ ｔ ６ ） 和 Ｄｅ — 千分之 几 秒 以 内。用 Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｔ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ —ｌ ａ ｎ ｋ可 实现 ４ ０ ０ ｔ ￣ ｓ 的同步循 环周期， 最多 可实现数百 台 电机 的同 ｖ ｉ ｃ ｅ Ｎｅ ｔ 网卡 （ Ｅ Ｎ５ ０ ３ ２ ５ ｐ ａ ｒ ｔ ２ ） 。
②Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｎ ｅ ｔ 是基 于 Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｂ ｕ ｓ 模型 的工业 网络 开放 ? ２ ０ ０ ４ 年第 ４ 期 ５５ ? 维普资讯 http:// 性标准， 它支持循 环和模块 内的非 循环 的数据 传送。
Ｍｕ ｒ ａ ｔ ａ公 司在 喷 气 纺 纱 机 上 也 开 始 采 用 无 线 局 域 网的操 作 显示 器 。
４ ． 在 线检 测技 术 这个应用功能的标准规定每个软件模块完成特定的作 用 。Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｎ ｅ ｔ 使 用标 准 为 Ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｒ ｄ Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ ８ ０ ２ ． １ 、 Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ — ｎ ｅ ｔ Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｓ 、 Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ＵＤ Ｐ ／ Ｉ Ｐ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｓ 。
近年来除了常规 传感 器的大量采用 以外， 各种机 器视觉在现代纺机上得到进一步发展。视觉的优势是 ③Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｋ在高 速 Ｅｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 上运行， 并 且为驱 动单 元和 其 他 现 场 设 备 的 实 时 通讯 提 供 标 准 。
与被测对象 无接 触。视觉方 式能检 测的对象十 分广 泛。图象的信息量特别丰富。机器视觉可以观察到人 眼 观察 不 到 的范 围 ， 如 红外 线 、 微波、 超声 波 ， 可 以利用 它支持循环和非循环的数据传送， 专用的协议层补充 了标 准 化 的 Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ 和 ＵＤ Ｐ ／ Ｉ Ｐ协 议 层。Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｋ使 用 Ｃ ＡＮ Ｏ ｐ ｅ ｎ的 设 备 行 规。
Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｋ使 用 标 准 为 Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ Ｔ Ｃ Ｐ ／ Ｉ Ｐ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｓ 、 Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ ＵＤＰ ／ Ｉ Ｐ Ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ｓ 、 Ｓ Ｃ ＮＭ Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｋ栈 用 于 相关传感器形成红外线， 微 波、 超声波 的图像， 从而扩 展了人类的视觉范 围。近年来， 用于机器视觉 的硬件 如采用 Ｃ Ｃ Ｄ、 Ｃ ＭＯ Ｓ元件 的数码摄像 机， 专用并行处 理器， 集成光 电敏感元件、 高速模数转换和初级视觉信 息处理的功能组件不断 出现， 对 图象处理的算法 也 日 控制数据传输（ 槽通讯 网络管 理） 、 Ｃ Ａ Ｎ Ｏ ｐ ｅ ｎ的设备 行规 （ Ｃ Ｉ Ａ） 。通过 功 能兼 容 的通 讯 行规 ， 保证 Ｃ Ａ Ｎ Ｏ ｐ ｅ ｎ和 Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ Ｐ ｏ ｗｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｋ的 一致 性 。
益成熟。采用机器视觉 系统 已能满足人类观察纤维， 纱线和织物的外观性能的需求 。
（ １ ） 光 电 自动 整 纬机 Ｄ ｏ ｒ ｎ ｉ ｅ ｒ 公司的织机， 从１ ９ ８ ９年就引入带有 Ｃ Ａ Ｎ 总线的 电子控制系统， 目前 已在近 ２万 台织 机上 成功 应用； 上海二纺机的 自动络筒机 Ｅ Ｊ Ｐ ４ ３ ８和 Ｅ Ｊ Ｋ ２ １ １ 型 粗纱 机 的 控 制 系 统 均 采 用 Ｃ Ａ Ｎ Ｏｐ ｅ ｎ协 议 ； Ｔ ｒ ｕ ｅ ｔ — ｚ ｓ ｃ ｈ ｌ ｅ ｒ 公司 Ｔ Ｃ ０ ３ 、 Ｔ Ｄ ０ ４采 用 Ｃ Ａ Ｎ Ｏｐ ｅ ｎ ； Ｋａ ｒ ｌ Ｍａ ｙ ｅ ｒ 基于数码摄像机的 图像识 别技术， 无论在硬件还 是算法上 已日趋成熟， 而且 由于提花针织物如网状结 构和多绒毛等特征的流行 ， 传统检测方法遇到困难， 从 而进一步推动新一代光电整纬技术的发展。
如 Ｅ＋Ｉ 公 司推出的光 电 自动 整纬机， 其最大布 料速 度 ：
２ ０ ０ ｍ ／ ａｉ ｒ ｎ ； 最大 布 料宽 度 ：
３ ４ ０ ０ ｍ ｍ； 测量 精 公司的高速经编机采用 Ｃ Ａ Ｎ Ｏ ｐ ｅ ｎ ； Ｉ Ｒ Ｏ公司 的电子 储纬器采用 Ｃ Ａ Ｎ Ｂ ｕ ｓ 总线形成与 各种织机 的控 制系 统相连 ； 太平洋机电技术公司开发 的圆网伺服 控制系 统采用 Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ ｌ ｉ ｎ ｋ ； 太平洋集团开发的 ３万 ｔ 涤纶短纤 维成套设备采用 Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｂ ｕ Ｓ 和Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ Ｉ Ｐ 。
（ ３ ） 无 线网络 度：
０ ． １ １ 度； 摄像头数 ４ ～３ ２ ； 斜辊数 ：
２ ～３ ； 弧形辊数 ：
２ ～３ ； 摄像头至布面距离为 ５ ０ ｍ ｍ～２ ０ ０ ｍ ｍ。
Ｃ Ｃ Ｄ摄 像 头 为 ５ １ ２×５ １ ２像 素 ， 内含红 外 光 源 ， 红 由于 近期 无线 网 络 技 术 的 飞 速 发 展 ， 已使 很 多 纺 织 机械 都 采 用 ８ ０ ２ ． １ ｌ ｂ无线 网 络 标 准 ， 最近 ８ ０ ２ ． １ ｌ ａ 也 已经 开 始 实 行 ， 将来 兼 容 ８ ０ ２ ． １ １ ｂ和 ８ ０ ２ ． １ ｌ ａ的 外闪光放 电管闪光频率 ２ ～５ Ｈ ｚ ， 摄像头内有影像 处理 元件， 独立测量分析获得 的影像， 自动调整敏感度， 实 际布料影像 显示 ， 摄像 头 内无可动 元件， 没有保 养 问 题。不再需要 由透光方 式完成测量工作， 因此对厚度 大或复杂结构的布料也可轻 易检测。布料静止时摄像 头同样可获取影像， 故 可在走布前先作调整。一旦一 ８ ０ ２ ． １ ｌ ｇ 将成为主流。
采用无线 Ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｎ ｅ ｔ 不需要接 线 即可对 机器 进行 访问。无线的真正优势是导致制造环境完全新型的监 控和检测系统， 使用具备无线网的 Ｐ Ｄ Ａ ， ｗ ｅ ｂ电话， 便 携机提供对 系统的直接访 问， 从而节约维护和生产前 的准备时间。
种布料加工 的资料建立， 则 系统可以根据此 资料来作 设定， 唯一需要调整 的只有 在开 始时摄像头距布面的 距离位置， 如果需使用另一组资料， 系统也可 自动载入 新工作资料参数值。
系统结 构是 一个典 型 的 Ｐ Ｃ—Ｅ ｔ ｈ ｅ ｎ ｅ ｔ 分 布式系 统， 在这个系统 中一次可联接 ８ 个摄像头。每个 Ｃ Ｃ Ｄ 摄像头都有各 自的处理器来作初步 的影像处理， 再通 过 以太网络， 摄像头 由 Ｈ Ｕ Ｂ联接到主电脑， 再 由主电 脑来 作斜 辊 及弧 形 辊位 置 的 计算 及 下达 调整 指令 。
Ｂ ａ ｒ ｃ ｏ 公司采用无线技术， 使用一系列 的无线数据 采集硬件用于 ｗｅ ａ ｖ ｅ Ｍａ ｓ ｔ ｅ ｒ Ｔ Ｍ 和Ｋ ｎ ｉ ｔ Ｍａ Ｓ ｔ ｅ ｒ Ｔ Ｍ 监控 系统。这些系统传递信 息到 Ａ Ｐ （ ａ ｃ ｃ ｅ ｓ ｓ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｓ ） ， 然后 再传送信息到各信息 系统。织造监控／ 生产管理 人员 带着有无线能力的 Ｐ Ｄ Ａ可以远地监控织机。如果发 生停车（ 在使用在线检测的织机时 ） ， 管理 人员可以看 到所有的织机， 并找出停车的织机。
Ｍｏ ｎ ｆ ｏ ｒ ｓ 在 定 型机上 开 发 了 “ ｉ ＴＥ Ｃ ” ， 采 用 袖珍 Ｐ Ｃ 通过 无线 局域 网 ｗ —Ｉ ＡＮ进 行 显 示和 操 作 ， 可 以在 工 系统第一步取得实际布 料的黑 白影像， 没有任何 一 种颜色会对红外线光源造成干 扰影响， 除非染料中 含有铬离子。提花布也不会产生干扰而是很容易被检 测判断的。第二 步利用 Ｆ Ｆ Ｔ取得实际 ３ Ｄ Ｆ Ｆ Ｔ影 像， 此３ Ｄ影像是复杂而且不 易用来判断的。因此将此 ３ Ｄ 厂任意位置进行访 问。
Ｄ ｏ ｒ ｎ ｉ ｅ ｒ 公司和 Ｔ ｏ ｙ ｏ ｔ ａ 公 司在织 机上 采用无线局 域网的操作显示器。
? 影像简化。第三 步得到 ２ Ｄ Ｆ Ｆ Ｔ影像 ， 主电脑对 各个 （ 装备 机 械， ５ ６ ? 维普资讯 http:// 摄像头影像进行分析处理， 排 除外来信号对纬线所产 生的干 扰 ， 得到 一组 对斜 辊 及弧 形 辊 位 置 的调 整指 令 。
（ ４ ） 使用在剪毛机 或割绒机上 的绒毛高度 测量图 像 处理 仪 （ ２ ） 开清棉生产过程的异物检测与清除装置 这类装置一般可清除异物 的 ８ ０ ％以上， 目前 国内 已有数十台在使 用。２ ０ ０ ３年 国际纺 机展上 有多家厂 商作了介绍， 如Ｂ ａ ｒ ｃ ｏ 公 司的 Ｃ ｏ ｔ ｔ ｏ ｎ Ｓ ｏ ｒ ｔ ｅ ｒ ：
采用 Ｃ Ｃ Ｄ 线列数码摄像机 ２ ５ ９ ２像 素／ 行， 每秒扫描 １ ４ ５ ０行。８ 位元（ 或２ ５ ６色） 。照明用高频 特殊光管 （ ２ ８ ｋ Ｈ ｚ ， 型号 ｐ ｈ ｉ ｌ ｉ ｐ ｓ ８ ３ ） ， 每台装有 １ ６ 支光管。喷射装置有 ２ ０ 支气 枪。
产量 达 １ ２ ０ ０ ｋ ｇ ／ ｈ 。
非接触式织物绒 毛高度的连续测量， 是通过几个 摄像头对绒毛进行拍摄 形成黑 白二元 图像， 然后计算 二元图像中代表绒毛高度的黑色区域面积从而算出绒 毛高度值。测量精度可达 ０ ． ０ １ ｍｍ， 测量速度范围为 ０ ￣ ２ ０ ０ ｍ ／ ｍｉ ｎ 。
每个摄像 头可在 ３ ～３ ０次／ ａ ｒ ｉ ｎ范 围内 设定。每个测试结 果都是各个摄像 头的平均数值， 从 而可提高数据的精确度。
． （ ５ ） 在 线布 面 色差 与颜 色检 测 系 统 上海中方宝达纺织智能仪器公 司的 Ｙ Ｇ ０ ４ ８ ：
棉花 原料在高速气流的带动下从管道 的高处落下。在检测 区域， 两台高速彩色 Ｃ Ｃ Ｄ线 阵摄像机同时对通过的棉 Ｂ ａ ｒ ｃ ｏ 公司的 Ｅ ｙ ｅ —Ｏ ｐ ｅ ｎ ｅ ｒ 系统采用带特别稳 定 光源的色差检测棒， 它 由许多传感器组成 ， 光源通过光 纤照亮布面， 传感 器测量反射光量， 每秒扫描整个布面 ５ ０次， 与预定 的色 差标准进行 比较 ， 在监视 器上显示 结果， 软件按人眼的灵敏度进行修正 匹配。传感 器棒 最大宽度为 ２ ４ ０ ｍｍ， 最大速度为 １ ２ ０ ｍ ／ ｍｉ ｎ ， 色差精度 为０ ． ２ ％。
白光光源（ Ｃ Ｔ Ｅ— Ａ） 稳定性为 ０ ． １ ％。
（ ６ ） 棉条异物检测装置 Ｂ ａ ｒ ｃ ｏ 公 司的 Ｓ ｌ ｉ ｖ ｅ ｒ Ｗａ ｔ ｃ ｈ在头道并条机 的每根 棉条的位置都安装 了棉条检 测器， 棉条穿过一个漫射 的透明管道， 由发光二极管照亮密封的检测器内部， 光 电接收器接收到探测器内部球面上的光量。由于杂质 材料会吸收一部分 由发 光二极管 发射的光线， 使信号 花流进行检测， 并将图像信号实时地传输给 图像 信息 处理装置。当检测到异型纤维和杂物。
如黄麻纱、 丙纶 薄膜、 纸张、 皮革以及被弄脏的棉花或其他纤维束 时， 图像信息处理装置向控制装置发送轰击指令。
由控制 装置启动气动回路的高速喷嘴喷 出气流， 将异型纤维 和杂物从棉花流中分离出来， 然后通过异 型纤 维排出 通道排出。检测速度为 ２ ～８ ｍ ／ ｓ ， 扫描宽度 为 １ ｒ ｒ ｌ ， 最 大产量约 ８ ０ ０ ｋ ｇ ／ ｈ 。
大连贵友 Ｃ Ｓ一２型棉花 异物检 出装置即 开松棉 流经垂直检测通道， 通道 中部设透 明检测窗。
检测窗双 侧由高速、 高分辨率线阵 Ｃ Ｃ Ｄ彩色摄像机摄取 图像信 息， 送入高速数字图像处理系统 ， 在纳秒级的极短时间 减弱， 从而检测出杂质 。光电元件分布在管道周围。
这 样可 以不停地进行探测， 不管是在棉条的哪一个位置 。
内， 对异纤的对比度 、 饱和度、 色差 、 形状等特征做出判 断， 并将其坐标送入驱动器中， 启动高速电磁阀。
由高 压气流将异纤喷入废棉箱 中。检测通道幅宽 １ ｍ， 厚度 １ ０ ０ ｍ ｍ ， 平行排列喷嘴 １ ６ 个， 产量不低于 ７ ０ ０ ｋ ｇ ／ ｈ 。
采用光电或 Ｃ Ｃ Ｄ图像处理方式有一个共 同弱点：
即使是在并条速度很高时， 管道也不压缩棉条， 保证其 得到顺畅的检测。
由上述解 释可知， 该 系统不能检测 出隐藏于棉条内部的杂质 。但实验证明梳棉机上含有 １ ０ ａ ｒ ｍ×１ ０ ａｍ 杂质 时， ｒ 不会完全隐藏在棉条 里面， 即 杂质材料总 会显 露在外， 用Ｓ ｌ ｉ ｖ ｅ ｒ Ｗａ ｔ ｃ ｈ 可 在并条机 上将其检测 出来。
对无色或色差相同的异质材料， 特 别是 常见的包装材 料如聚乙烯等往往不能产生足够大的信息。但声波的 反射却都取决于材料的表面结构， 大部分杂质尤其是 塑料 比松散 的棉花表面结构 密度 高。意 大利 Ｉ ． ｏ ｐ ｔ ｅ ｘ （ ７ ） 电子清纱器 乌斯特公司采用 电容 式测量头， 其原 因在于 电容 式测量性能稳定、 灵敏度高， 可 以检测到最小的纱疵和 不规则纱线 。Ｕ Ｓ Ｔ Ｅ Ｒ ＱＵ Ａ Ｎ Ｔ Ｕ Ｍ ２型清纱器使用 电 公司 Ｏ ｐ ｔ ｏ ｓ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｓ ｏ ｒ ｔ ｅ ｒ 采用超声／ 光 电混合检测方 法， 可检测出透 明的塑料 或异纤 杂质 ， 最小可 至 １ ０ ａ ｒ ｍ× １ ０ｒ ａ ｍ。
容和光学组合探 头可以区分有机异纤（ 植物纤维） 和无 机 异纤 。
（ ３ ） 织机在线验布 系统 目 前世界上有三家厂商推 出织机在线布面质量检 Ｂ ａ ｒ ｃ ｏ Ｐ ｒ ｏ ｆ ｉ ｌ ｅ Ａ Ｂ Ｓ 转杯纺异色纤检测装置的光反 射器和接受器分别安装 在转杯 纺的抽吸管二侧， 透光 部分为半透明漫 射， 接 受器检测管 中的全部 光量。异 纤会引起光吸收量增加， 从而被接受器检测到。检测 测装置， 如Ｂ ａ ｒ ｃ ｏ 公司的 ｃ ｙ ｃ ｌ ｏ ｐ ｓ 系统 采用 一台 Ｃ ＭＯ Ｓ 数码 摄像 机在 布幅 范 围 内移动 扫 描。
视窗 ６ ０ ａ ｒ ｍ× ４ ５ ａ ｒ ｍ， １ ０像 素 ｒ ａｍ， 扫 瞄速 度 １ ８ ｃ ｍ ／ ｓ ， 与布 面 距离 １ ５ ａ ｒ ｍ， 用红＃ ｂ － 极管照 明。Ｅ Ｖ Ｓ公司的 Ｌ ｏ ｏ ｍ—Ｔ Ｅ Ｘ 系统则采用 １ ０ 台Ｃ ＭＯ Ｓ数码摄像 机在整个布 幅内均 布。
不受外界温度 、 湿度、 光线、 灰尘和纤维的影响。
Ｅ ｎ ｋ ａ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｋ ａ 公司的长丝检测传感器， 具有 ７ 个 ５ ｍ分 辨 率 的 光 电 二 极 管 ， 最 高 测 试 速 度 达 到 ８ ０ ０ ０ ｍ／ ｍｉ ｎ ２ ０ ０ ４ 年第 ４ 期 ? ５ ７ ?
的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势, 机电一体化技术的广阔发展前景 也将越... 此外,光学也进入了机电一体 化,产生了“光机电一体化”的新领域. 90 年代又开始了 ...
机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。因此，机电一体化的主要发展方向如下...
机电一体化技术现状和发展趋势 摘要:机电一体化是现代 科学 技术发展的必然结果.此简述机电一体化技术的基本情况和发展背景,综述国内外机电一体化技术的现状,分析机电...