我國(guó)紡織行業(yè)機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展
發(fā)布時(shí)間：2019-05-14
呂渭賢
近十多年來(lái)我國(guó)紡織機(jī)械行業(yè)的機(jī)電一體化水平有了較明顯的提高，在新型紡織機(jī)械上普遍采用了機(jī)電一體化技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的內(nèi)容包含了先進(jìn)的信息處理和控制技術(shù)，即以計(jì)算機(jī)為核心，有PLC、工控機(jī)、單片機(jī)、人機(jī)界面、現(xiàn)場(chǎng)總線等組成的控制系統(tǒng)；先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，有變頻調(diào)速，交流伺服，步進(jìn)電機(jī)等；檢測(cè)傳感技術(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；精密機(jī)械技術(shù)等。棉紡織設(shè)備較有代表性的機(jī)電一體化產(chǎn)品，例如新型的粗紗機(jī)、分條整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī)，這類機(jī)器均采用了機(jī)電一體化技術(shù)，其特點(diǎn)是：
（1）由計(jì)算機(jī)控制多臺(tái)變頻器，交流伺服驅(qū)動(dòng)器，再分別控制多臺(tái)電動(dòng)機(jī)的同步傳動(dòng)系統(tǒng)。（粗紗機(jī)為二、三或四臺(tái)電機(jī)的三種方案，分條整經(jīng)機(jī)為五臺(tái)電機(jī)，漿紗機(jī)為七臺(tái)電機(jī)）
（2）均采用傳感技術(shù)，檢測(cè)紗線張力，通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)張力控制。
（3）采用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成粗紗的卷繞成形功能和實(shí)現(xiàn)經(jīng)軸、織軸的理想卷繞。
紡織機(jī)械應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)后機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化，性能改善，質(zhì)量提高，操作方便，提升了設(shè)備的檔次和水平。
（1）粗紗機(jī)采用計(jì)算機(jī)控制多電機(jī)分部傳動(dòng)后的效果：
①簡(jiǎn)化了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，取消了錐輪變速裝置、三自動(dòng)成形機(jī)構(gòu)、計(jì)長(zhǎng)裝置等。
②應(yīng)用觸摸屏人機(jī)界面，操作十分方便。
③計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存多品種的最佳工藝，更換品種十分方便。
④產(chǎn)品質(zhì)量好，粗紗條干水平達(dá)到烏斯特公報(bào)5%的水平。
⑤主機(jī)速度和生產(chǎn)效率提高，斷頭減少。
(2)分條整經(jīng)機(jī)采用計(jì)算機(jī)、變頻器、交流伺服組成的控制系統(tǒng)后的效果：
①經(jīng)軸卷繞張力從定性控制發(fā)展到定量控制，自動(dòng)控制內(nèi)外圈張力，實(shí)現(xiàn)理想的內(nèi)緊外松，產(chǎn)品質(zhì)量好。
②對(duì)絞精度有明顯的提高。
③采用觸摸屏人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單方便。
④主機(jī)價(jià)格是進(jìn)口價(jià)格的三分之一，降低了紡織廠的投資。
(3)漿紗機(jī)采用計(jì)算機(jī)控制多電機(jī)分部傳動(dòng)后的效果：
①簡(jiǎn)化了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，取消了長(zhǎng)邊軸傳動(dòng)和PIV機(jī)械無(wú)級(jí)變速器。
②伸長(zhǎng)率和織軸卷繞張力得到了有效控制，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
③回潮率檢測(cè)后，通過(guò)計(jì)算機(jī)與全機(jī)速度調(diào)節(jié)相連，保證回潮率的良好控制，有利于后道工序的穩(wěn)定生產(chǎn)。
④采用觸摸屏人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單方便。
⑤機(jī)器生產(chǎn)效率有較明顯的提高。
自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)和無(wú)梭織機(jī)也是紡織行業(yè)中機(jī)電一體化水平高的產(chǎn)品，其特點(diǎn)將在后面進(jìn)行專題介紹。
1 先進(jìn)的通用自動(dòng)化裝置在紡織機(jī)械上應(yīng)用的狀況
上面舉例的三種設(shè)備，主要是采用了先進(jìn)的通用自動(dòng)化裝置應(yīng)用于紡織機(jī)械上來(lái)提高機(jī)電一體化水平，產(chǎn)生了好的效果。因此先進(jìn)的通用自動(dòng)化裝置應(yīng)用狀況，也可從一方面反映出紡織設(shè)備的機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀。
1.1 PLC的應(yīng)用
PLC在紡織設(shè)備上應(yīng)用已普及，清花、梳棉、并條、精梳、粗紗、絡(luò)筒、并紗、捻線、整經(jīng)、漿紗、無(wú)梭織機(jī)等均已采用。
紡織設(shè)備上用的PLC，其1/0點(diǎn)數(shù)范圍：8～1024點(diǎn)，約85%以上為8～112點(diǎn)。
PLC的年需用量，2002年約24000臺(tái)，比2000年增長(zhǎng)33%。
主要選用了西門子公司、光洋公司、三菱公司的PLC產(chǎn)品，其次有松下、Omron、富士、LG等公司的產(chǎn)品。
噴氣織機(jī)的控制系統(tǒng)，選用了貝加萊公司的PCC（可編程計(jì)算機(jī)控制器），其性能優(yōu)于一般PLC。
1.2 人機(jī)界面的應(yīng)用
近年來(lái)在紡織設(shè)備上人機(jī)界面技術(shù)應(yīng)用發(fā)展很快，需用量逐年增加。單機(jī)自動(dòng)化程度較高的設(shè)備，設(shè)計(jì)時(shí)選用了觸摸屏人機(jī)界面，例如高產(chǎn)梳棉機(jī)、精梳機(jī)、新型粗紗機(jī)、數(shù)控細(xì)紗機(jī)、高檔的分條整經(jīng)機(jī)和漿紗機(jī)等采用觸摸屏人機(jī)界面。
人機(jī)界面年需用量，2002年約為20000臺(tái)，目前多數(shù)為文本顯示方式。
主要選用西門子公司、三菱公司、光洋公司、Digital公司的人機(jī)界面產(chǎn)品，其次有松下、日立、Omron、貝加萊、臺(tái)達(dá)等公司的產(chǎn)品。
1.3 變頻器的應(yīng)用
在紡織機(jī)械上變頻器的應(yīng)用，基本上與PLC相同，從清花設(shè)備到無(wú)梭織機(jī)都已采用。
紡織設(shè)備上應(yīng)用的變頻器容量范圍0.37kw～500kw，90%以上為0.37kw～37kw。大容量的變頻器只有化纖設(shè)備上應(yīng)用，需要量少。
變頻器年需用量，2002年約為16000臺(tái)，比2000年增長(zhǎng)15%。
主要選用了綸茨公司、明電舍公司、富士公司、LG公司的變頻器產(chǎn)品，其次有ABB、施耐德、西門子、三菱、安川、臺(tái)達(dá)等公司的產(chǎn)品。
1.4 交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用
紡織設(shè)備上應(yīng)用交流伺服技術(shù)是為了提高設(shè)備的性能，滿足高精度控制的要求，目前已有高檔梳棉機(jī)、帶自動(dòng)調(diào)勻整的并條機(jī)、新型粗紗機(jī)、數(shù)控細(xì)紗機(jī)、分條整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī)、園網(wǎng)印花機(jī)等設(shè)備應(yīng)用了交流伺服。國(guó)內(nèi)無(wú)梭織機(jī)制造廠已開(kāi)發(fā)出用交流伺服的電子送經(jīng)和電子卷取，今后交流伺服的需用量將非?？捎^。
交流伺服的年需用量，2002年約2500臺(tái)。
主要選用了綸茨、西門子、三洋、安川、日立等公司的產(chǎn)品。
1.5 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用
紡織設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)剛開(kāi)始起步，僅少數(shù)設(shè)備應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，如數(shù)控細(xì)紗機(jī)，漿紗機(jī)，分條整經(jīng)機(jī)，雙層起毛機(jī)，直捻機(jī)，錦、滌綸紡絲后加工設(shè)備應(yīng)用了Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線，新型粗紗機(jī)和圓網(wǎng)印花機(jī)應(yīng)用了CANbus現(xiàn)場(chǎng)總線。
1.6 工控機(jī)的應(yīng)用
因多數(shù)紡織設(shè)備可以用PLC來(lái)滿足生產(chǎn)工藝的控制要求，只有少數(shù)設(shè)備為了達(dá)到較復(fù)雜控制要求，采用工控機(jī)加PLC構(gòu)成控制系統(tǒng)，例如漿紗機(jī)、新型粗紗機(jī)、部分化纖設(shè)備。目前在紡織行業(yè)中工控機(jī)的用量較少。
2 開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)紡織專用自動(dòng)化裝置的狀況
2.1 梳棉機(jī)自調(diào)勻整裝置
國(guó)產(chǎn)清梳聯(lián)設(shè)備配用的高產(chǎn)梳棉機(jī)均帶有自調(diào)勻整裝置，大多數(shù)屬于混合環(huán)控制，以檢測(cè)喂入棉層的厚度，控制短片段不勻；采用喇叭口壓力檢測(cè)或采用凹凸羅拉、階梯羅拉檢測(cè)輸出棉條的粗細(xì)，控制長(zhǎng)片段不勻。兩處檢測(cè)到的信號(hào)，送入控制器經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算，控制給棉羅拉的速度，達(dá)到自調(diào)勻整的目的。國(guó)內(nèi)給棉羅拉調(diào)速多數(shù)采用變頻控制，若要求提高控制精度可以用交流伺服控制。
國(guó)產(chǎn)梳棉機(jī)自調(diào)勻整裝置經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)使用，已趨成熟，裝置的年生產(chǎn)量已達(dá)1200套—1500套，供主機(jī)配套使用。
2.2 并條機(jī)自調(diào)勻整裝置
國(guó)內(nèi)并條機(jī)主要生產(chǎn)廠沈陽(yáng)、天門、寶成廠均生產(chǎn)帶有自調(diào)勻整的并條機(jī)，自調(diào)勻整裝置由專業(yè)廠開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，也有主機(jī)廠自主開(kāi)發(fā)的，目前成熟配套的裝置主要為三種型號(hào)產(chǎn)品，由洛陽(yáng)613研究所開(kāi)發(fā)的BYD型、烏斯特公司的USC型和USG型。控制方式采用凹凸羅拉檢測(cè)喂入棉條的粗細(xì)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算，控制交流伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)，改變主牽伸的牽伸倍數(shù)，達(dá)到勻整的目的。
613研究所開(kāi)發(fā)的BYD型自調(diào)勻整裝置已為國(guó)產(chǎn)FA326、FA322、FA319型并條機(jī)配套，可適應(yīng)并條機(jī)的最高速度800m/min，勻整最短片段為15mm，與不加勻整相比，條干CV值下降0.2～0.5個(gè)百分點(diǎn)，5米重不勻在0.4%～0.5%以下，已生產(chǎn)100多套供用戶使用。
2.3 粗紗機(jī)的CCD張力檢測(cè)、微調(diào)裝置
在2002年國(guó)際紡機(jī)展上，國(guó)內(nèi)天津紡機(jī)、無(wú)錫宏源、河北太行機(jī)械廠等六家廠商展出的粗紗機(jī)均配有CCD張力檢測(cè)和微調(diào)裝置，采用檢測(cè)3個(gè)錠子的粗紗張力變化，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，控制卷繞電機(jī)速度微調(diào)，達(dá)到控制張力的目的。
國(guó)產(chǎn)CCD裝置的生產(chǎn)由專業(yè)傳感器廠生產(chǎn)或主機(jī)廠自制開(kāi)發(fā)生產(chǎn)兩種方式，目前多數(shù)生產(chǎn)廠是作為用戶選用件。
2.4 細(xì)紗機(jī)的電子凸輪
新型數(shù)控細(xì)紗機(jī)除了錠子傳動(dòng)用變頻調(diào)速，羅拉傳動(dòng)、集體落紗用交流伺服外，還采用了電子凸輪替代原機(jī)械凸輪。其原理為計(jì)算機(jī)控制交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼令板升降運(yùn)動(dòng)。采用了電子凸輪技術(shù)后，改變了傳統(tǒng)的紡紗成形工藝，可根據(jù)用戶紡紗品種的要求，通過(guò)參數(shù)設(shè)置，任意改變紡紗成形，以滿足新產(chǎn)品發(fā)展的需要。
2.5 異纖維自動(dòng)檢測(cè)裝置和織物自動(dòng)檢驗(yàn)裝置
紡織廠采用人工方法挑揀棉花中的異纖維和織物的疵點(diǎn)，這種傳統(tǒng)的方法用工多，為了降低成本，開(kāi)發(fā)自動(dòng)化裝置十分必要。在2002年國(guó)際紡機(jī)展上，展出了國(guó)產(chǎn)的異纖維檢測(cè)裝置(大連貴友科技有限公司)和織物自動(dòng)檢驗(yàn)裝置(中國(guó)紡機(jī)集團(tuán)宏大研究院)。這兩項(xiàng)裝置均采用攝像技術(shù)，影像信息經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)圖像處理，能精確分辨出異纖大小和位置，或織物疵點(diǎn)的大小和位置，這項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，當(dāng)然這兩項(xiàng)裝置尚有一個(gè)完善過(guò)程，才能批量生產(chǎn)推向市場(chǎng)。
3 自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)和無(wú)梭織機(jī)的機(jī)電一體化
3.1 自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的機(jī)電一體化
國(guó)產(chǎn)新一代的自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)在2002年國(guó)際紡機(jī)展上展出，其特點(diǎn)是機(jī)電一體化水平有了進(jìn)一步的提高，換管、大小吸嘴、自動(dòng)捻接等各項(xiàng)動(dòng)作均由單獨(dú)電機(jī)傳動(dòng)，由電腦控制各種動(dòng)作既方便又快捷，取消了齒輪、凸輪、連桿等機(jī)械傳動(dòng)，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)器的生產(chǎn)效率，降低了消耗。
槽筒傳動(dòng)采用無(wú)刷直流電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，電機(jī)能耗降低30%，做到了電機(jī)溫升低體積小。新一代機(jī)器的成本比老一代機(jī)器相對(duì)降低。希望新一代機(jī)器能盡早成熟，替代進(jìn)口。
3.2 無(wú)梭織機(jī)的機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀
國(guó)產(chǎn)無(wú)梭織機(jī)的電控系統(tǒng)，除了一部分機(jī)器采用PLC和PCC組成的控制系統(tǒng)外，目前約有三分之二的主機(jī)采用以單片機(jī)為主組成的專用控制系統(tǒng)。自制的專用控制裝置，成本低，但在可靠性方面因與元器件的質(zhì)量、篩選老化、加工工藝等多種因素有關(guān)，要