近來(lái)年，我國(guó)各主要紡機(jī)生產(chǎn)企業(yè)堅(jiān)持以市場(chǎng)為導(dǎo)向、以效益為中心，堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，努力提高紡機(jī)機(jī)電一體化水平，提高整體水平，為適應(yīng)小批量、多品種、快響應(yīng)的市場(chǎng)需求及增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，先后推出一批適應(yīng)市場(chǎng)需求的高水平的紡機(jī)新產(chǎn)品，它代表了我國(guó)紡機(jī)的整體水平，同時(shí)也反映了我國(guó)紡機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)的新發(fā)展。
1 我國(guó)紡機(jī)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)
(1) 普及了交流變頻調(diào)速技術(shù)
近年來(lái)各企業(yè)推出的紡機(jī)新產(chǎn)品幾乎毫無(wú)例外地推廣應(yīng)用交流異步電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)，某些特殊要求的還應(yīng)用了交流伺服電機(jī)控制技術(shù)。用于紡織機(jī)械設(shè)備的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的調(diào)速方案主要有3種:
a) 通用變頻器開(kāi)環(huán)控制異步電機(jī)變頻調(diào)速。此方案電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠性好，適用于對(duì)調(diào)速精度要求不是很高(2%~5%)、調(diào)速范圍不大(10:1以?xún)?nèi))的各種紡機(jī)設(shè)備，如針織機(jī)械和部分染整機(jī)械等。
b) 無(wú)速度傳感器的矢量變頻器控制異步電機(jī)變頻調(diào)速。此方案電路結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，工作可靠性好，適用于要求調(diào)速精度為0.5%~1.0%、調(diào)速范圍在20:1以?xún)?nèi)的大部分紡機(jī)設(shè)備。
c) 帶速度反饋的矢量變頻控制異步電機(jī)閉環(huán)變頻調(diào)速。此方案電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、造價(jià)較高，但調(diào)速性能好，可從零轉(zhuǎn)速起進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩速度控制，調(diào)速范圍可達(dá)100:1以上，同時(shí)，具有良好的動(dòng)特性(響應(yīng)速度快、精度高)，適用于對(duì)調(diào)速性能要求高的紡機(jī)設(shè)備。如整經(jīng)、漿紗、熱定形和化纖機(jī)械等。
傳動(dòng)電機(jī)一般有兩種:一是普通y系列交流異步電機(jī)，適用于第1種調(diào)速方案配套;另一種是交流變頻專(zhuān)用異步電機(jī)，適用于第2、第3種調(diào)速方案配套使用。
目前選用的變頻器或伺服電機(jī)控制器90%以上為日本或德國(guó)等歐洲產(chǎn)品。應(yīng)該看到近幾年國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的變頻器已陸續(xù)推向市場(chǎng)。國(guó)產(chǎn)變頻器價(jià)格低、性能較好，只要在工作穩(wěn)定性和可靠性方面把好關(guān)，其發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹?BR>(2) 推廣了智能化控制技術(shù)
各種紡織機(jī)械設(shè)備普遍采用了plc或ipc等具有智能控制功能的控制器，這樣可方便地實(shí)現(xiàn):
a) 各電機(jī)速度的準(zhǔn)確控制、同步協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)或位置的準(zhǔn)確跟蹤，如漿紗機(jī)、分條整經(jīng)機(jī)、滌綸后處理機(jī)等;
b) 按設(shè)定或生產(chǎn)要求的工藝曲線(xiàn)控制各機(jī)件的運(yùn)動(dòng)，如細(xì)紗機(jī)、粗紗機(jī)等;
c) 按設(shè)定或生產(chǎn)要求的操作程序完成加工全過(guò)程的控制，如清梳聯(lián)合機(jī)、卷軋染機(jī)等。
d) 網(wǎng)絡(luò)通訊。當(dāng)今的plc不僅能實(shí)現(xiàn)一般的邏輯控制，還具備包括模擬量在內(nèi)的數(shù)值處理和網(wǎng)絡(luò)通信等功能。使其通過(guò)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，完成各種復(fù)雜的控制要求，例如plc通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的rs485串行通訊網(wǎng)絡(luò)和自定義或自主選擇的通信協(xié)議構(gòu)成plc和工控機(jī)的分布式網(wǎng)絡(luò)，它具有較好的靈活性和性能價(jià)格比，因而得到廣泛應(yīng)用。
(3) 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)(field bus)技術(shù)開(kāi)始用于紡機(jī)自動(dòng)化
現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)已成為世界自動(dòng)化技術(shù)的熱點(diǎn)，近年來(lái)在我國(guó)紡機(jī)自動(dòng)化中已受到關(guān)注并開(kāi)始推廣應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是主要用于連接現(xiàn)場(chǎng)儀表和自動(dòng)化控制系統(tǒng)之間的一種開(kāi)放式、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在應(yīng)用層所使用的協(xié)議有多種多樣，但目前已趨于統(tǒng)一。profibus-dp是現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)中廣泛應(yīng)用的一種協(xié)議，主要用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的主從通信，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制系統(tǒng)與分布式i/o及其他現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備之間的通信(它有極好的抗電磁干擾功能)，例如，plc或ipc和遠(yuǎn)程i/o、傳動(dòng)裝置、人機(jī)界面等之間的通信，profibus應(yīng)用廣泛。另外，device net(設(shè)備網(wǎng))是一種低價(jià)位的總線(xiàn)。它可連接自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中廣泛的工業(yè)設(shè)備，也是一種開(kāi)放式的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的協(xié)議。近年來(lái)我國(guó)紡機(jī)自動(dòng)化中也逐步應(yīng)用了profibus等現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)，相信不久可望在紡機(jī)設(shè)備上推廣應(yīng)用這種先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)控制技術(shù)。
(4) 數(shù)顯應(yīng)用普遍
各種紡機(jī)設(shè)備普遍應(yīng)用了數(shù)顯，如各種數(shù)顯儀表、人機(jī)界面和觸摸屏等。前者一般是顯示單一參數(shù)或少數(shù)幾個(gè)參數(shù)。而后者，一般則顯示多參數(shù)或圖形并帶有智能功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話(huà)，可以曲線(xiàn)或圖表形式顯示工藝參數(shù)的歷史值和當(dāng)今值或狀態(tài)顯示。人機(jī)界面可設(shè)文本操作面板、圖形操作員面板和觸摸屏等，可與plc配套使用，有的還支持現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)協(xié)議。
2 我國(guó)機(jī)電一體化的典型紡織產(chǎn)品
(1) 清梳聯(lián)合機(jī)
鄭州紡織廠的清梳聯(lián)合機(jī)適用于加工純棉和化學(xué)纖維如圖1所示。隨其流程的不同，聯(lián)合機(jī)的組成也有差異，但一般都包括往復(fù)式抓棉機(jī)、氣纖分離器、開(kāi)清棉機(jī)、六倉(cāng)混棉機(jī)、清棉機(jī)和多臺(tái)高產(chǎn)梳棉機(jī)等。
輕梳聯(lián)合機(jī)采用工控機(jī)和plc對(duì)全機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)rs485串行通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)他們相互間數(shù)據(jù)通訊并與各單元機(jī)連接，對(duì)有關(guān)單元的工藝參數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)實(shí)行監(jiān)控。聯(lián)合機(jī)中主要單元機(jī)如抓棉機(jī)、開(kāi)清棉機(jī)和梳棉機(jī)等其主要傳動(dòng)均為交流變頻調(diào)速，并采用plc控制、觸摸屏顯示、應(yīng)用數(shù)字通訊和數(shù)字同步技術(shù)。其中fa225高產(chǎn)梳棉機(jī)還配有長(zhǎng)短片段自調(diào)勻整裝置和自動(dòng)換筒裝置，該機(jī)開(kāi)關(guān)量約50個(gè)，模擬量4個(gè)，設(shè)有單獨(dú)的plc控制。
圖1 鄭紡機(jī)的靖梳聯(lián)合機(jī)
(2) 懸錠粗紗機(jī)
適用于普梳和精梳棉型纖維化學(xué)纖維及其混紡纖維，將并條后的熟條加工成不同支數(shù)和捻度的粗紗，供細(xì)紗機(jī)紡制細(xì)紗。
高速懸錠粗紗機(jī)取消了傳統(tǒng)粗紗機(jī)中的差動(dòng)機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、換向機(jī)構(gòu)和錐輪(鐵炮)變速等機(jī)構(gòu)，還取消了捻度、升降、卷繞、張力、成形角度等變換齒輪，而采用多電機(jī)傳動(dòng)，簡(jiǎn)化了機(jī)械，降低了噪聲，可實(shí)現(xiàn)恒張力紡紗工藝，提了紡紗質(zhì)量和產(chǎn)量。
傳動(dòng)電機(jī):錠子(使粗紗卷繞到粗紗管上)電機(jī)—交流變頻電機(jī)
牽伸羅拉(產(chǎn)生牽伸倍數(shù))電機(jī)—交流變頻電機(jī)
龍筋升降(完成卷繞形狀)電機(jī)—交流變頻電機(jī)
筒管卷繞(錠翼)(使粗紗產(chǎn)生捻度)電機(jī)—交流變頻電機(jī)
全機(jī)采用plc控制、觸摸屏顯示、變頻調(diào)速等新技術(shù)，plc、變頻器和觸摸屏均通過(guò)rs-485進(jìn)行串行通訊，系統(tǒng)方框圖如圖2所示。
圖2 精紗機(jī)控制系統(tǒng)方框圖
彩色液晶圖像顯示觸摸屏操作實(shí)成工藝參數(shù)的設(shè)定、讀取。plc按一定的數(shù)學(xué)模型或粗紗張力控制各個(gè)電機(jī)速度，保證整個(gè)紡紗過(guò)程、粗紗張力恒定。
plc和觸摸屏可設(shè)定和顯示各傳動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速、速度比例關(guān)系，牽伸倍數(shù)、捻度、粗紗定量、單錠時(shí)產(chǎn)量、一落紗中紡紗累計(jì)長(zhǎng)度，單班產(chǎn)量累計(jì)等各種工藝參數(shù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控全機(jī)的運(yùn)行狀況。
(3)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)
傳統(tǒng)細(xì)紗機(jī)為提高車(chē)速、降低紗線(xiàn)的斷頭率，采取兩級(jí)變速方案，即小紗段低速運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，中紗段速度升至最高速，而在大紗段，車(chē)速再降低。如圖3所示。由此可見(jiàn)，從低速向高速或從高速到低速運(yùn)行時(shí)，錠子速度有一突變，紗線(xiàn)張力也產(chǎn)生一突變。由此導(dǎo)致紗線(xiàn)斷頭，同時(shí)，低速運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，降低了紗線(xiàn)的生產(chǎn)量。為此，將小紗、中紗和大紗按紗線(xiàn)長(zhǎng)度或時(shí)間的百分比分成九~十一段，如圖4所示。
圖4 細(xì)紗機(jī)十段調(diào)速紡紗曲線(xiàn)圖
這樣，一落紗整個(gè)紡紗過(guò)程中紗線(xiàn)張力平滑變化，紗線(xiàn)斷頭率大大減少，生產(chǎn)效率得到提高，紗線(xiàn)質(zhì)量得到提高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度有所減輕。
(4) 漿紗機(jī)
適用于9.7~97tex的棉、滌棉混紡、麻等短纖維的織物上漿，運(yùn)轉(zhuǎn)速度為2~80m/min，爬行速度為1m/min，織軸卷繞直徑為110~800mm或者1000mm。
全機(jī)為交流分部傳動(dòng)，其中織軸卷繞和拖引輥為單獨(dú)交流伺服變頻電機(jī)傳動(dòng)。烘筒、上漿槽和下漿槽均為交流變頻電機(jī)傳動(dòng)。應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)profibus-dp協(xié)議將本機(jī)主控制器和分站控制器(plc組成)以及5臺(tái)變頻器、2臺(tái)伺服控制器和溫度、壓力、回潮率等參數(shù)控制器連成一體，構(gòu)成漿紗機(jī)分布式控制系統(tǒng)。plc控制整機(jī)動(dòng)作程序和回潮率、漿槽和烘房溫度、壓漿輥壓力(該壓力隨車(chē)速線(xiàn)性變化)。主控制器(中央控制器)可設(shè)定、調(diào)整、顯示各工藝參數(shù)并存貯、打印各工藝參數(shù)和曲線(xiàn)。
全機(jī)性能穩(wěn)定，控制精度高，故障率低，機(jī)電一體化水平高，外形圖如圖5所示。
圖5 漿紗機(jī)外形圖
(5) 分條整經(jīng)機(jī)
該機(jī)滾筒主傳動(dòng)為交流變頻電機(jī)傳動(dòng)，織軸、整經(jīng)臺(tái)的橫移和整機(jī)臺(tái)的前后移動(dòng)分別由單獨(dú)的交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。整經(jīng)臺(tái)的橫移是跟隨滾筒旋轉(zhuǎn)的角度信號(hào)運(yùn)轉(zhuǎn)的。由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)整經(jīng)臺(tái)前后移動(dòng)實(shí)現(xiàn)了等距離卷繞，提高了對(duì)絞精度?？椵S的轉(zhuǎn)動(dòng)需保證張力控制精度，即經(jīng)紗張力由張力傳感器檢測(cè)，通過(guò)計(jì)算機(jī)與設(shè)定的織軸內(nèi)圈張力和外圈張力進(jìn)行比較，差值信號(hào)經(jīng)運(yùn)算處理及控制織軸伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)從而保持張力控制精度。該機(jī)設(shè)自觸摸屏操作站，包括整經(jīng)操作站和倒軸操作站。
全機(jī)由計(jì)算機(jī)控制，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)profibus-dp協(xié)議將主控制器(s7-300型plc)和分站控制器(2臺(tái)s7-200型plc)以及1臺(tái)變頻器、3臺(tái)伺服器和觸摸屏工作站連成一體，組成分條整經(jīng)機(jī)分布式控制系統(tǒng)。
(6) 滌綸短纖維后處理聯(lián)合機(jī)
該聯(lián)合機(jī)為年產(chǎn)7500t滌綸短纖維的后處理設(shè)備，是一條以生產(chǎn)三維卷曲中空短纖維為主的多功能柔性生產(chǎn)線(xiàn)。絲束總纖度110×104dtex，絲速最高速度為280m/min(普通纖維)和180m/min(中空纖維)。聯(lián)合機(jī)牽伸卷曲段已采用多單元變頻同步傳動(dòng)取代原來(lái)的長(zhǎng)邊軸集體傳動(dòng)。該段包括導(dǎo)絲機(jī)、頭道、二道和三道牽伸機(jī)、熱定形機(jī)、疊絲機(jī)和卷曲機(jī)共7臺(tái)單機(jī)，分別為單獨(dú)變頻電機(jī)傳動(dòng)，應(yīng)用直流共用電源多單元變頻調(diào)速技術(shù)成功地解決了二道牽伸機(jī)等可能出現(xiàn)的“倒拖”運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題。
全機(jī)各單元速度由分站控制器(plc)控制，既保證了頭道、二道、三道牽伸機(jī)和恒定形機(jī)啟動(dòng)、升速、降速和停止過(guò)程以及不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度下均能保持恒定的、可調(diào)的牽伸比(速度比)，還可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的在線(xiàn)監(jiān)控和生產(chǎn)管理，可通過(guò)參數(shù)設(shè)定的修改來(lái)調(diào)整生產(chǎn)工藝和改變加工產(chǎn)品品種。全機(jī)各變頻器和溫度、蒸汽壓力等參數(shù)控制器、屏幕顯示等通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)profibus-dp協(xié)議與分站(s7-200plc)和主控制器(工業(yè)計(jì)算機(jī))連成一體構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，這有利于變換產(chǎn)品品種、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本、提高整機(jī)技術(shù)水平。
(7) 大型裝卷軋染機(jī)
主要技術(shù)參數(shù):最大卷布直徑φ1400mm;
最高車(chē)速為160m/min;
張力范圍為50~500n。
該機(jī)適用于棉、麻、粘膠、化纖及混紡織物的卷染、軋染、卷/軋染、冷軋堆、退漿、煮練、漂白、水洗和減堿量等多種加工。
全機(jī)由4臺(tái)變頻電機(jī)直接傳動(dòng)卷布輥a和b、軋輥和出布輥。每臺(tái)變頻電機(jī)由單獨(dú)的矢量變頻器供電，用光電編碼器作為速度反饋，構(gòu)成帶速度反饋的矢量變頻異步機(jī)閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)。為保證整個(gè)卷染加工過(guò)程織物張力恒定，機(jī)內(nèi)協(xié)調(diào)2根張力輥并裝有張力傳感器，在線(xiàn)測(cè)量織物張力變化，張力信號(hào)作為張力反饋信號(hào)送至plc，經(jīng)信號(hào)變換和數(shù)值運(yùn)算后調(diào)節(jié)從動(dòng)輥運(yùn)轉(zhuǎn)速度以保持張力恒定，由此構(gòu)成張力閉環(huán)控制，故該機(jī)控制系統(tǒng)為恒張力恒布速卷繞的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用ipc和plc，通過(guò)數(shù)字通信方式直接控制卷布輥a、卷布輥b、軋輥和出布輥?zhàn)冾l電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度，同時(shí)，還控制該機(jī)的卷繞自動(dòng)調(diào)頭、自動(dòng)加液、加水和整個(gè)染色加工程序。工控機(jī)屏幕可直接顯示當(dāng)前和歷史工藝參數(shù)以及參數(shù)的設(shè)定和修改等。
參考文獻(xiàn)
[1] 變頻器使用說(shuō)明書(shū).
[2] plc使用說(shuō)明書(shū).
作者簡(jiǎn)介
高孝綱(1938-) 男 教授級(jí)高工 長(zhǎng)期從事紡機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的開(kāi)發(fā)研究和管理工作。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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