近來年，我國各主要紡機生產(chǎn)企業(yè)堅持以市場為導向、以效益為中心，堅持技術創(chuàng)新，努力提高紡機機電一體化水平，提高整體水平，為適應小批量、多品種、快響應的市場需求及增強產(chǎn)品的市場競爭力，先后推出一批適應市場需求的高水平的紡機新產(chǎn)品，它代表了我國紡機的整體水平，同時也反映了我國紡機機電一體化技術的新發(fā)展。

1 我國紡機機電一體化技術發(fā)展的特點

(1) 普及了交流變頻調(diào)速技術
近年來各企業(yè)推出的紡機新產(chǎn)品幾乎毫無例外地推廣應用交流異步電機變頻調(diào)速技術，某些特殊要求的還應用了交流伺服電機控制技術。用于紡織機械設備的變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的調(diào)速方案主要有3種:
a) 通用變頻器開環(huán)控制異步電機變頻調(diào)速。此方案電路結(jié)構簡單，工作可靠性好，適用于對調(diào)速精度要求不是很高(2%~5%)、調(diào)速范圍不大(10:1以內(nèi))的各種紡機設備，如針織機械和部分染整機械等。
b) 無速度傳感器的矢量變頻器控制異步電機變頻調(diào)速。此方案電路結(jié)構也較簡單，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以內(nèi)的大部分紡機設備。
c) 帶速度反饋的矢量變頻控制異步電機閉環(huán)變頻調(diào)速。此方案電路結(jié)構較復雜、造價較高，但調(diào)速性能好，可從零轉(zhuǎn)速起進行恒轉(zhuǎn)矩速度控制，調(diào)速范圍可達100:1以上，同時，具有良好的動特性(響應速度快、精度高)，適用于對調(diào)速性能要求高的紡機設備。如整經(jīng)、漿紗、熱定形和化纖機械等。
傳動電機一般有兩種:一是普通y系列交流異步電機，適用于第1種調(diào)速方案配套;另一種是交流變頻專用異步電機，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控制器90%以上為日本或德國等歐洲產(chǎn)品。應該看到近幾年國內(nèi)開發(fā)、生產(chǎn)的變頻器已陸續(xù)推向市場。國產(chǎn)變頻器價格低、性能較好，只要在工作穩(wěn)定性和可靠性方面把好關，其發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮摹?BR>(2) 推廣了智能化控制技術
各種紡織機械設備普遍采用了plc或ipc等具有智能控制功能的控制器，這樣可方便地實現(xiàn):
a) 各電機速度的準確控制、同步協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)或位置的準確跟蹤，如漿紗機、分條整經(jīng)機、滌綸后處理機等;
b) 按設定或生產(chǎn)要求的工藝曲線控制各機件的運動，如細紗機、粗紗機等;
c) 按設定或生產(chǎn)要求的操作程序完成加工全過程的控制，如清梳聯(lián)合機、卷軋染機等。
d) 網(wǎng)絡通訊。當今的plc不僅能實現(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)絡通信等功能。使其通過網(wǎng)絡構成分布式系統(tǒng)，完成各種復雜的控制要求，例如plc通過標準的rs485串行通訊網(wǎng)絡和自定義或自主選擇的通信協(xié)議構成plc和工控機的分布式網(wǎng)絡，它具有較好的靈活性和性能價格比，因而得到廣泛應用。
(3) 現(xiàn)場總線(field bus)技術開始用于紡機自動化
現(xiàn)場總線技術已成為世界自動化技術的熱點，近年來在我國紡機自動化中已受到關注并開始推廣應用?，F(xiàn)場總線是主要用于連接現(xiàn)場儀表和自動化控制系統(tǒng)之間的一種開放式、全數(shù)字化、雙向、多站的通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線在應用層所使用的協(xié)議有多種多樣，但目前已趨于統(tǒng)一。profibus-dp是現(xiàn)場總線中廣泛應用的一種協(xié)議，主要用于現(xiàn)場級的主從通信，實現(xiàn)現(xiàn)場級控制系統(tǒng)與分布式i/o及其他現(xiàn)場級設備之間的通信(它有極好的抗電磁干擾功能)，例如，plc或ipc和遠程i/o、傳動裝置、人機界面等之間的通信，profibus應用廣泛。另外，device net(設備網(wǎng))是一種低價位的總線。它可連接自動化生產(chǎn)系統(tǒng)中廣泛的工業(yè)設備，也是一種開放式的現(xiàn)場總線的協(xié)議。近年來我國紡機自動化中也逐步應用了profibus等現(xiàn)場總線，相信不久可望在紡機設備上推廣應用這種先進的現(xiàn)場工業(yè)控制技術。
(4) 數(shù)顯應用普遍
各種紡機設備普遍應用了數(shù)顯，如各種數(shù)顯儀表、人機界面和觸摸屏等。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，實現(xiàn)人機對話，可以曲線或圖表形式顯示工藝參數(shù)的歷史值和當今值或狀態(tài)顯示。人機界面可設文本操作面板、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)場總線協(xié)議。

2 我國機電一體化的典型紡織產(chǎn)品

(1) 清梳聯(lián)合機
鄭州紡織廠的清梳聯(lián)合機適用于加工純棉和化學纖維如圖1所示。隨其流程的不同，聯(lián)合機的組成也有差異，但一般都包括往復式抓棉機、氣纖分離器、開清棉機、六倉混棉機、清棉機和多臺高產(chǎn)梳棉機等。
輕梳聯(lián)合機采用工控機和plc對全機進行監(jiān)控，通過rs485串行通訊網(wǎng)絡實現(xiàn)他們相互間數(shù)據(jù)通訊并與各單元機連接，對有關單元的工藝參數(shù)和運轉(zhuǎn)狀態(tài)實行監(jiān)控。聯(lián)合機中主要單元機如抓棉機、開清棉機和梳棉機等其主要傳動均為交流變頻調(diào)速，并采用plc控制、觸摸屏顯示、應用數(shù)字通訊和數(shù)字同步技術。其中fa225高產(chǎn)梳棉機還配有長短片段自調(diào)勻整裝置和自動換筒裝置，該機開關量約50個，模擬量4個，設有單獨的plc控制。

圖1 鄭紡機的靖梳聯(lián)合機

(2) 懸錠粗紗機
適用于普梳和精梳棉型纖維化學纖維及其混紡纖維，將并條后的熟條加工成不同支數(shù)和捻度的粗紗，供細紗機紡制細紗。
高速懸錠粗紗機取消了傳統(tǒng)粗紗機中的差動機構、擺動機構、換向機構和錐輪(鐵炮)變速等機構，還取消了捻度、升降、卷繞、張力、成形角度等變換齒輪，而采用多電機傳動，簡化了機械，降低了噪聲，可實現(xiàn)恒張力紡紗工藝，提了紡紗質(zhì)量和產(chǎn)量。
傳動電機:錠子(使粗紗卷繞到粗紗管上)電機—交流變頻電機
牽伸羅拉(產(chǎn)生牽伸倍數(shù))電機—交流變頻電機
龍筋升降(完成卷繞形狀)電機—交流變頻電機
筒管卷繞(錠翼)(使粗紗產(chǎn)生捻度)電機—交流變頻電機
全機采用plc控制、觸摸屏顯示、變頻調(diào)速等新技術，plc、變頻器和觸摸屏均通過rs-485進行串行通訊，系統(tǒng)方框圖如圖2所示。

圖2 精紗機控制系統(tǒng)方框圖

彩色液晶圖像顯示觸摸屏操作實成工藝參數(shù)的設定、讀取。plc按一定的數(shù)學模型或粗紗張力控制各個電機速度，保證整個紡紗過程、粗紗張力恒定。
plc和觸摸屏可設定和顯示各傳動部分的轉(zhuǎn)速、速度比例關系，牽伸倍數(shù)、捻度、粗紗定量、單錠時產(chǎn)量、一落紗中紡紗累計長度，單班產(chǎn)量累計等各種工藝參數(shù)，并實時監(jiān)控全機的運行狀況。
(3)環(huán)錠細紗機
傳統(tǒng)細紗機為提高車速、降低紗線的斷頭率，采取兩級變速方案，即小紗段低速運行時間較長，中紗段速度升至最高速，而在大紗段，車速再降低。如圖3所示。由此可見，從低速向高速或從高速到低速運行時，錠子速度有一突變，紗線張力也產(chǎn)生一突變。由此導致紗線斷頭，同時，低速運行時間長，降低了紗線的生產(chǎn)量。為此，將小紗、中紗和大紗按紗線長度或時間的百分比分成九~十一段，如圖4所示。

圖4 細紗機十段調(diào)速紡紗曲線圖

這樣，一落紗整個紡紗過程中紗線張力平滑變化，紗線斷頭率大大減少，生產(chǎn)效率得到提高，紗線質(zhì)量得到提高，工人勞動強度有所減輕。
(4) 漿紗機
適用于9.7~97tex的棉、滌棉混紡、麻等短纖維的織物上漿，運轉(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。
全機為交流分部傳動，其中織軸卷繞和拖引輥為單獨交流伺服變頻電機傳動。烘筒、上漿槽和下漿槽均為交流變頻電機傳動。應用現(xiàn)場總線profibus-dp協(xié)議將本機主控制器和分站控制器(plc組成)以及5臺變頻器、2臺伺服控制器和溫度、壓力、回潮率等參數(shù)控制器連成一體，構成漿紗機分布式控制系統(tǒng)。plc控制整機動作程序和回潮率、漿槽和烘房溫度、壓漿輥壓力(該壓力隨車速線性變化)。主控制器(中央控制器)可設定、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。
全機性能穩(wěn)定，控制精度高，故障率低，機電一體化水平高，外形圖如圖5所示。

圖5 漿紗機外形圖

(5) 分條整經(jīng)機
該機滾筒主傳動為交流變頻電機傳動，織軸、整經(jīng)臺的橫移和整機臺的前后移動分別由單獨的交流伺服電機驅(qū)動。整經(jīng)臺的橫移是跟隨滾筒旋轉(zhuǎn)的角度信號運轉(zhuǎn)的。由伺服電機驅(qū)動整經(jīng)臺前后移動實現(xiàn)了等距離卷繞，提高了對絞精度。織軸的轉(zhuǎn)動需保證張力控制精度，即經(jīng)紗張力由張力傳感器檢測，通過計算機與設定的織軸內(nèi)圈張力和外圈張力進行比較，差值信號經(jīng)運算處理及控制織軸伺服電機運轉(zhuǎn)從而保持張力控制精度。該機設自觸摸屏操作站，包括整經(jīng)操作站和倒軸操作站。
全機由計算機控制，通過現(xiàn)場總線profibus-dp協(xié)議將主控制器(s7-300型plc)和分站控制器(2臺s7-200型plc)以及1臺變頻器、3臺伺服器和觸摸屏工作站連成一體，組成分條整經(jīng)機分布式控制系統(tǒng)。
(6) 滌綸短纖維后處理聯(lián)合機
該聯(lián)合機為年產(chǎn)7500t滌綸短纖維的后處理設備，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。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)合機牽伸卷曲段已采用多單元變頻同步傳動取代原來的長邊軸集體傳動。該段包括導絲機、頭道、二道和三道牽伸機、熱定形機、疊絲機和卷曲機共7臺單機，分別為單獨變頻電機傳動，應用直流共用電源多單元變頻調(diào)速技術成功地解決了二道牽伸機等可能出現(xiàn)的“倒拖”運轉(zhuǎn)問題。
全機各單元速度由分站控制器(plc)控制，既保證了頭道、二道、三道牽伸機和恒定形機啟動、升速、降速和停止過程以及不同運轉(zhuǎn)速度下均能保持恒定的、可調(diào)的牽伸比(速度比)，還可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的在線監(jiān)控和生產(chǎn)管理，可通過參數(shù)設定的修改來調(diào)整生產(chǎn)工藝和改變加工產(chǎn)品品種。全機各變頻器和溫度、蒸汽壓力等參數(shù)控制器、屏幕顯示等通過現(xiàn)場總線profibus-dp協(xié)議與分站(s7-200plc)和主控制器(工業(yè)計算機)連成一體構成分布式控制系統(tǒng)，這有利于變換產(chǎn)品品種、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本、提高整機技術水平。
(7) 大型裝卷軋染機
主要技術參數(shù):最大卷布直徑φ1400mm;
最高車速為160m/min;
張力范圍為50~500n。
該機適用于棉、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。
全機由4臺變頻電機直接傳動卷布輥a和b、軋輥和出布輥。每臺變頻電機由單獨的矢量變頻器供電，用光電編碼器作為速度反饋，構成帶速度反饋的矢量變頻異步機閉環(huán)變頻調(diào)速系統(tǒng)。為保證整個卷染加工過程織物張力恒定，機內(nèi)協(xié)調(diào)2根張力輥并裝有張力傳感器，在線測量織物張力變化，張力信號作為張力反饋信號送至plc，經(jīng)信號變換和數(shù)值運算后調(diào)節(jié)從動輥運轉(zhuǎn)速度以保持張力恒定，由此構成張力閉環(huán)控制，故該機控制系統(tǒng)為恒張力恒布速卷繞的計算機控制系統(tǒng)。系統(tǒng)采用ipc和plc，通過數(shù)字通信方式直接控制卷布輥a、卷布輥b、軋輥和出布輥變頻電機的運轉(zhuǎn)速度，同時，還控制該機的卷繞自動調(diào)頭、自動加液、加水和整個染色加工程序。工控機屏幕可直接顯示當前和歷史工藝參數(shù)以及參數(shù)的設定和修改等。

參考文獻
[1] 變頻器使用說明書.
[2] plc使用說明書.

作者簡介
高孝綱(1938-) 男 教授級高工 長期從事紡機自動化技術的開發(fā)研究和管理工作。