机电一体化在纺织设备中的运用
摘要
介绍了机电一体化技术在纺织设备中的特点、应用和发展趋势。总评认为，我国纺织业发展的国际化进程正日趋迅速，我国纺织设备机电一体化的技术水平有了极大提高。
关键词 机电一体化 纺织设备 自动化
一、机电一体化是现代纺织设备的发展趋势
从历届国际纺织机械展览会来看，世界纺织科技和设备发展的总趋势是机电一体化、高科技化和多功能化。
当前现代纺织技术与机电一体化技术的有机结合及应用促成了纺织行业多种先进技术的发展，如喷气织造技术、喷气纺纱技术、梳棉机用管道喂给系统、粗细络联合系统、Barco织造监控系统、HVI纤维测试系统、自动络筒技术、自动整纬技术、计算机化的颜料化学品配方系统、梳棉机短片段自调匀整技术等。这些技术不仅反映了纺织技术与机电一体化技术结合应用后的跨多学科的特点，也体现了纺织技术和纺织设备在过去的几十年的结合应用中有了突破性发展。
纺织设备的研制开发，正朝着高速化、自动化、连续化短程化、智能化的方向发展。微电子技术和机械动作的有机结合，使纺织设备重点向三高(高质、高速、高效)发展。机电一体化的实现，使纺织设备的自动化程度和连续化程度明显提高。在机械产品设计中，由于广泛采用PLC、PCC、PCS、FCS、工控机、单片机的解决方案，变频调速、交流伺服凋速的普及化，不仅使纺织设备的自动化水平大大提高，而且使机械传动结构大大简化。如必加乐的Gamma剑杆织机和OMNI喷气织机采用SUMO超级主电动机，由主电动机直接传动织机，不再需要传动皮带以及离合器和刹车盘；在新型电脑粗纱机中利用计算机控制下的多电动机分部传动就取消了复杂的铁炮变速、摆动成形等传动结构。
二、机电一体化技术在纺织设备中的应用
1.在粗纱机的应用新型粗纱机采用机电一体化技术，使复杂的机械传动系统大大简化，多电动机分部传动使防细节功能更可靠，控制器和执行期的功能更加先进，控制精度更高。采用触摸屏人机界面使系统控制更易于实时修改和设定。
如国产的FA491型粗纱机由工控机控制四台电机，分别传动粗纱机的四个执行部件，即罗拉、锭翼、筒管和龙筋来代替。根据粗纱工艺的要求，建立了四电机速度输出；纺纱张力，纺纱成型等多个数学模型，实现了四电机同步控制、粗纱机恒张力纺纱。它采用液晶显示屏和触摸式操作键盘进行人机对话，具有贮存成熟工艺功能，使得工艺调整和更换品种方便、快捷。工艺锭速可达1500 rpm，机械转速可达1800rpm，率先实现了高速高产，具有大小纱变速功能。
2.在细纱机的应用细络联中的细纱机采用电脑控制分部传动，即锭子采用变频电机传动，前、中、后罗拉分别采用一台伺服电机驱动，控制各电机间的速比，即可控制前中后罗拉之间以及与锭子间的牵伸比的恒定，实现了大小纱变速以及全机升降控制。提高了细纱机的技术水平。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，使计算机控制交流伺服电机驱动钢领板升降运动。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。
3.在整经上的应用目前整经技术发展迅速，集机、电、液、气及计算机技术于一体，充分体现设备的高速化、整经质量的高质化、控制技术的自动化和生产品种的高适应化。
如国产的ASGA221型高速整经机适用于直接(分批)整经工艺，15kW 三相交流电机经变频器变频调速，确保线速度恒定。实行机电一体化，逻辑动作由PLC控制，并设有联锁保护装置。经轴直接计长，通过旋转编码器由PLC控制，经轴计长误差小于0.05。气液转换装置驱动钳式制动器，制动灵敏可靠。经轴、加压辊、测长辊均由电气保证其同步制动。筒子架前反弹式红外线自停装置，动作灵敏，并由指示灯显示断头位置。整机性能得到大大提高，实现等距离卷绕、自动条对准，精度高。触摸显示屏可全方位故障诊断显示。操作站内容丰富，操作简单，提高了设备使用效率。
4.在清梳联的应用清梳联单机和全流程采用的光电检测、压力传感、位移传感、信号转换、伺服系统控制、计算机处理、变频调速、自调匀整、计算机综合监控等技术提高了全流程运行的稳定性、可靠性，保证了全流程连续、同步、平稳运行，使输出棉条长片段、超长片段，甚至短片段的均匀度都能稳定在一定范围内，从而保证了成纱质量和稳定性。近年发展起来的异性纤维在线自动检测清除装置，采用彩色数码摄像技术，通过面扫描，修正照度差异，光谱分析能精确判定异纤大小及位置，并由高速气流将异性纤维排出。
5.在无梭织机上的应用随着喷气引纬系统电子化和计算机控制技术的不断提高，喷气织机已经可以用计算机自动设定、自我诊断、自我修正、监控引纬过程。因纬纱特性引起纬纱飞越梭口时间发生变化时，能自动调节空气喷射时间，校正纬纱飞越梭口的时间，并能自动调节喷嘴的喷射压力、校正纬纱飞行速度，还能优化喷气时间和压力，减少动力消耗。织机引纬失误时，纬纱自动处理机构能自动清除废纱并重新开车。织机停机后重新开车时，能根据停机时间和上机张力使后梁后退或织轴倒转，保证织口位置不变，并自动调节送经量，防止开车横档。工艺参数自动设定系统只要输入织物组织和织机速度，便能自动完成复杂的引纬工艺参数条件和经纱张力设定。
6.筒管纱卷绕机机电一体化系统总体设计
筒管纱卷绕机的机电一体化总体设计是卷绕机设计中必要的步骤。总体设计的优劣直接关系到机器的性能。卷绕机按照其功能，类型很多，分别适用于不同的纺纱生产工艺要求。总体设计就是根据机器的用途和性能要求，分析对比同类型机器的优缺点，充分掌握各方面资料，计算和选择必要的技术参数，初步拟定各主要部分及其结构和主要几何尺寸，初步选定配套的机电部件的规格型号等等，然后确定整机的总体布局。这样的总体设计方案，仍需要在随后的各个设计环节中不断充实和修正。
7.小样细纱机的特点
(1) 一机双面可纺不同类型的纱线。本技术实现的小型数字化纺纱试验机是双面车，一面安装棉纺牵伸装置，另一面安装毛纺牵伸装置，采用一套电子牵伸装置实现对双面车的传动。
(2) 全数字控制的细纱试验机。本项目采用三套交流伺服系统(包括交流伺服驱动控制器和交流伺服电机)独立传动前、中、后三罗拉，锭子采用变频调速，完成管纱的加捻卷绕，通过可编程控制器控制交流伺服电机实现管纱的电子成形，主控制器采用可编程控制器，采用RS485总线与上位机通讯，实现在线监控，具有典型的数字化特征。
(3) 计算机辅助纱线(含竹节纱)的设计与纺纱过程自动控制与在线监控，降低了加工成本。
8.全自动横机集成了计算机数字控制、电子驱动、机械设计、电机驱动、针织工艺等技术为一体的技术含量较高的针织设备，花型准备系统是全自动横机必不可少的重要组成部分。
9.基于起毛剪毛机控制系统方案的改造研究。在整个过程中主要做了以下工作:
（1）针对现有起毛剪毛机存在的控制上和操作上的缺陷，提出采用 PLC 和触摸屏控制方案，代替了以前的陈旧单片机控制系统和英文控制界面，使操作界面更加人性化，便于操作，提高工作者的工作效率。
（2）完成了整个起毛剪毛机控制系统的软硬件设计，包括电气改造线路图、PLC程序开发与触摸屏的软件人机界面的开发、通讯程序设计，并基于串行通讯协议完成整个控制系统的设计搭建。
通过试验对产品的实际加工证明，装备了新的控制系统的起毛剪毛机完全符合设计要求，比改造前人工手工操作的直观性有了很大的改善，界面的中文化使得操作人员便于操作，提高了生产效率同时使工程技术人员快速的查找到设备运转过程中出现的问题，便于维护维修和生产调试。改造后的起毛剪毛机装备了自动控制系统，通过对于不同产品在加工工艺参数的设定实现人性化管理，联机运转可以让设备融入到生产流水线中，完全自动化加工，省时省力，提高加工精度，从而提高产品合格率和生产效率同时也为单位节省大量资金。改造前工人需要始终在工作界面旁边进行操作，改造后不需要操作人员始终不离周围，而是可以在加工的同时进行检测等工作，达到省时、省力等效果。
把先进的电气控制技术，与国产传统机床实际情况相结合，通过改进机床的控制系统，实现自动化加工，提高机床的加工精度、加工效率，从而提高工厂的生产效率。操作者通过显示器界面，实现了人机对话，随时了解加工进程，机床运转状态。采用PLC 技术实现主轴调速的自动控制，使系统能最终能达到节省人力、物力的投入，提高加工精度和生产效率这一目标。
