我国纺织机械行业自动化技术应用现状与发展趋势

信息时间：2024-04-17 信息来源：

　　近十多年来我国纺织机械行业的自动化水平有了明显的提高，在新型纺织机械上普遍采用了自动化技术。这项技术的内容包含了先进的信息处理和控制技术，即以计算机为核心，有PLC、工控机、单片机、人机界面、现场总线等组成的控制系统。先进的驱动技术，有变频调速，交流伺服，步进电机等；检测传感技术和执行机构等。棉纺织设备较有代表性的机电一体化产品，例如新型的粗纱机、分条整经机、浆纱机，这类机器均采用了自动化技术，其特点是：

（1）由计算机控制多台变频器，交流伺服驱动器，再分别控制多台电动机的同同步传动系统。（粗纱机为二、三或四台电机的三种方案，分条整经机为五套电机，浆纱机为七台电机）。

（2）均采用传感技术，检测纱线张力，通过计算机实现张力控制。

（3）采用计算机软件来完成粗纱的卷绕成形功能和实现经轴、织轴的理想卷绕。

　　纺织机械应用了自动化技术后机构简化，性能改善，质量提高，操作方便，提升了设备的档次和水平。

（1）�粗纱机采用计算机控制多机分部传动后的效果

①�简化了复杂的机械结构，取消了锥轮变速装置、三自动成形机构、计长装置等。

②�应用触摸屏人机界面，操作十分方便。

③�计算机储存多品种的最佳工艺，更换品种十分方便。

④�产品质量好，粗纱条干水平达到乌斯特公报5％的水平。

⑤�主机速度和生产效率提高，断头减少。

（2）�分条整经机采用计算机、变频器、交流伺服组成的控制系统后的效果

①�经轴卷绕张力从定性控制发展到定量控制，自动控制内外圈张力，实现理想的内紧外松，产品质量好。

②�对绞精度有明显的提高。

③�采用触摸屏人机界面，操作简单方便。

④�主机价格是进口价格的三分之一，降低了纺织厂的投资。

（3）�浆纱机采用计算机控制多电机分部传动后的效果

①�简化了复杂的机械结构，取消了长边轴传动和PIV机械无级变速器。

②�伸长率和织轴卷绕张力得到了有效控制，提高了产品质量。

③�回潮率检测后，通过计算机与全机速度调节相连，保证回潮率的良好控制，有利于后道工序的稳定生产。

④�采用触摸屏人机界面，操作简单方便。

⑤�机器生产效率有较明显的提高。

　　上面举例的三种设备主要是采用了先进的通用自动化装置应用于纺织机械上来提高机电一体化水平产生了好的效果。自动络筒机和无梭织机也是纺织行业中自动化水平高的产品，其特点将在后面进行专题介绍。

1�先进的通用自动化装置在纺织机械上应用的状况

1.1　PLC的应用

　　PLC在纺织设备上应用已普及，清花、梳棉、并条、精梳、粗纱、络筒、并纱、捻线、整经、浆纱、无梭织机等均已采用。

纺织设备上用的PLC，其1/0点数范围：8～1024点，约85％以上为8～112点。

　　PLC的年需用量，2002约24000台，比2000年增长33％。

　　只要选用了西门子公司、光洋公司、三菱公司的PLC产品，其次有松下、Omron、富士、LG等公司的产品。

喷气织机的控制系统，选用了贝加莱公司的PCC（可编程计算机控制器），其性能优于一般PLC。

1.2　人机界面的应用

　　近年来在纺织设备上人机界面技术应用发展很快，需用量逐年增加。单机自动化程度

　　较高的设备，设计时选用了触摸屏人机界面，例如高产梳棉机、精梳机、新型粗纱机、数控细纱机、高档的分条整经机和浆纱机等采用触摸屏人机界面。

　　人机界面年需用量，2002年约为20000台，目前多数为文本显示方式。

　　主要选用西门子公司、三菱公司、光洋公司、Digital公司的人机界面产品,其次有松下、日立、Omron、贝加莱、台达等公司的产品。

1.3　变频器的应用

　　在纺织机械上变频器的应用，基本上与PLC相同，从清花设备到无棱织机都已采用。

　　在纺织设备上应用的变频器容量范围0.37kw~500kw，90％以上为0.37kw~37kw。大容量的变频器只有化纤设备上应用，需要量少。

变频器的年需要量，2002年约为16000台，比2000年增长15％。

　　主要选用伦茨公司、明电舍公司、富士公司、LG公司变频器产品，其次有ABB、施耐德、西门子、三菱、安川、台达等公司的产品。

1.4　交流伺服系统的应用

　　纺织设备上应用交流伺服技术是为了提高设备的性能，满足高精度控制的要求，目前已有高档梳棉机代自动调匀整的并条机、新型粗纱机、数控细纱机、分条整经机、浆纱机、园网印花机等设备应用了交流伺服。国内无梭织机制造厂已开发出交流伺服的电子送经和电子卷取，今后交流伺服的需用量将非常可观。

　　交流伺服的年需用量，2002年约2500台。

　　主要选用了伦茨、西门子、三洋、安川、日立等公司的产品。

1.5　现场总线技术的应用

　　纺织设备上应用现场总线技术刚开始起步，仅少数设备应用这项技术，如数控细纱机，浆纱机，分条整经机、双层起毛机、直捻机，锦、涤纶纺丝后加工设备应用了Profibus现场总线，新型粗纱机和圆网印花机应用了CANbus现场总线。

1.6　工控机的应用

　　因多数纺织设备可以用PLC来满足生产工艺的控制要求，只有少数设备为了达到较复杂的控制要求，采用工控机加PLC构成控制系统，例如浆纱机、新型粗纱机、部分化纤设备。目前在纺织行业中工控机的用量较少。

2　开发和生产纺织专用自动化装置的状况

2.1　梳棉机自调匀整装置

　　国产清梳联设备配用的高产梳棉机均带有自动调匀装置，大多数属于混合环控制，以检测喂入棉层的厚度，控制短片段不匀，采用喇叭口压力检测或采用凹凸罗拉、阶梯罗拉检测输出棉条的粗细，控制长片段不匀。两处检测到的信号，送入控制器经计算机运算，控制给棉罗拉的速度，达到自调匀整的目的。国内给棉罗拉调速多数采用变频控制，若要求提高控制精度可以采用交流伺服控制。

　　国产梳棉机自调匀整装置经过多年的生产使用，已趋成熟，装置的年生产量已达到1200套―1500套，供主机配套使用。

2.2　并条机自调匀整装置

　　国内并条机主要生产厂沈阳、天门、宝成厂均生产带有自调匀整的并条机，自调匀整装置由专业厂开发生产，也有主机厂自主开发的，目前成熟配套的装置主要为三种型号，由洛阳613研究所开发的BYD�型，乌斯特公司的USC型和USG型。控制方式才用凹凸罗拉检测喂入棉条粗细，经过计算机运算，控制交流伺服驱动器和电机，改变主牵伸的牵伸倍数，达到匀整的目的。

　　613研究所开发的BYD型自调匀整装置已为国产FA326、FA332、FA319型并条机配套，可适应并条机的最高速度800m/min，匀整最短片段为15mm，与不加匀整相比，条干CV值下降0.2～0.5个百分点，5米重不匀在0.4％～0.5％以下，已生产100多套供用户使用。�

2.3　粗纱机的CCD张力检测、微调装置

　　在2002年国际纺机展上，国内天津纺机、无锡宏源、河北太行机械厂等六家厂商展出的粗纱机均配有CCD张力检测和微调装置，采用检测3个锭子的粗纱张力变化，输入计算机进行运算、控制卷绕电机速度微调，达到控制张力的目的。

　　国产CCD装置的生产由专业传感器厂生产或主机厂自制开发生产两种方式。目前多数生产厂是作为用户选用件。

2.4　细纱机的电子凸轮

　　新型数控细纱机除了锭子传动用变频调速，罗拉传动、集体落纱用交流伺服外，还采

　　用了电子凸轮替代原机械凸轮。其原理为计算机控制交流伺服电机驱动钢令板升降运动。采用了电子凸轮技术后，改变了传统的纺纱成形工艺，可根据用户纺纱品种的要求，通过参数设置，任意改变纺纱成形，以满足新产品发展的需要。

2.5　异纤维自动检测装置和织物自动检测

　　纺织厂采用人工方法条件棉花中的异纤维和织物的疵点，这种传统方法用工多，为了降低成本，开发自动化装置十分必要。在2002年国际纺机展上，展出了国产的异纤维检测装置（大连贵友科技有限公司）和织物自动检验装置（中国纺机集团宏大研究院）。这两项装置均采用摄像技术，影响信息经过计算机图像处理，能精确分辨出异纤大小和位置，这项新技术的应用，填补了国内空白，当然这两项装置上有一个完整过程，才能批量生产推向市场。

3　自动络筒机和无梭织机的自动化

3.1　自动络筒机的自动化技术现状

　　国产新一代的自动络筒机在2002年国际纺机展上展出，其特点是机电一体化水平有了进一步的提高，换管、大小吸嘴、自动捻接等各项动作均有单独电机传动，由电脑控制各种动作既方便又快捷，取消了齿轮、凸轮、连杆等机械传动，简化了机械结构，提高了机器的生产效率，降低了消耗。

　　槽筒传动采用无刷直流电机直接驱动，电机耗能降低30％，做到了电机温升低体积小，新一代机器的成本比老一代及其相对降低，希望新一代机器能尽早成熟，替代进口。

3.2�无梭织机的自动化技术现状

　　国产无梭织机的电控系统，除了一部分机器采用PLC和PCC组成的控制系统外，目前约有三分之二的主机采用以单片机为主组成的专用控制系统。自制的专用控制装置，成本低，但在可靠性方面因与元器件的质量、筛选老化、加工工艺等多种因素有关，要做到高可靠很不容易。

　　电子储纬器：国内有10多个厂家开发生产储纬器，每年产量达数万头供主机配套，国产储纬器价格比较低，其性能基本上能满足国产无梭织机的需要。产品水平属国际上九十年代初水平，有待开发新一代的产品。

　　电子选纬器：我国已大量生产电磁式结构的电子选纬器，满足国内剑杆织机的配套需要，随着国产剑杆织机水平的提高，新一代的电子选纬器必然要替代电磁式选纬器，中国纺科院开发的步进电机控制的选纬器取得成功，填补了国内空白。

　　电子送经和电子卷取替代机械送经器和机械卷曲既能提高产品质量，解决织疵问题，又可任意调节纬密。快速变化品种，是发展方向。国内各无梭织机制造厂积极开发交流伺服电机控制的电子送经和电子卷取，技术已经过关。但是目前配套生产量不多，主要原因是交流伺服的价格偏高，一定程度影响了推广应用。随着交流伺服的发展，成本降低，电子送经和电子卷取将会广泛应用。

电子多臂和电子提花装置：这两种装置是高度机电一体化产品，因具有适应小批量多品种、快捷翻改品种的优点，是很有前景的产品。由于产品技术难度大，要解决电磁机构的快速响应问题和精密机械加工技术，虽有不少单位想介入开发，但发展并不快，目前国产的电子多臂和电子提花已有常熟纺机厂小批量生产供应市场。

无梭织机的主传动技术：采用开关磁阻电机作为无梭织机的主传动带来许多好处，减少传动齿轮、不用皮带和皮带盘，不用电磁离合器和刹车盘，不用寻纬电机，节能10％等优点，国内开关磁阻电机和驱动器产品（北京中纺机电研究所），目前还在与无梭织机主机厂合作，共同开发应用技术，希望能尽快取得成功，填补国内空白。

4　对纺机自动化发展前景的几点看法

4.1　提高纺织产品的产量和质量，需继续提高国产纺机的自动化水平，也为实现纺纱生产过程的自动化作准备。

4.2　网络监控系统已受到各主机厂的重视，各厂在开发新产品时，已考虑到设备与计算机管理系统的通讯接口便于生产信息的传递，实现计算机监控。例如郑州纺机厂的清梳网络监控系统。也有少数企业在设计新机时考虑可以通过电话线或互联网进行远程连接，实现异地远程诊断功能。网络系统将是发展方向。

4.3　通用自动化装置在国产纺机上的广泛应用，推动了国产机器的机电一体化发展，缩小了与国外的差距。但纺织专业自动化装置国内发展缓慢，尤其是在纺织专用的传感器和执行机构方面需加快开发，希望各大专院校、科研单位和军工企业积极与各主机厂结合大力开发纺织专用自动化产品。

4.4　机电必须同步发展，国产纺机已大量应用了计算机技术，但必须有精密的机械结合，才能发挥更大的效果，否则将影响机电一体化技术的发展。例如纺织机械，国外大量生产电脑控制的主机产品，而国产电脑园机、电脑横机等水平上不去，其主要原因是精密机械加工技术跟不上，限制技术的发展。