纺织机械的机电一体化现状与发展趋势
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发表时间：2020-01-07
国际纺织技术以电子信息技术为主导，以新材料和高精度自动化机械加工技术为基础，运用光、机、电、气动、液压等传感技术和变频调速等传动技术开发研制了一代又一代现代化新设备，实现了纺织生产过程中各种工艺参数的在线检测、显示、自动控制和自动调节，实现了设备运行的自动监测、显示、超限报警、自停、甚至故障自动排除、高度自动化的生产设备能严格按照设定的工艺要求，以定性、定量、规范化的机械动作实现传统纺织生产中依靠操作人员技术熟练程度完成的各种简单重复的手工操作，保证和提高了产品质量，提高了生产效率，降低了产品成本，增强了产品的竞争力．
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．乐利网 www.6li.com
自动化设备
在纺织机械上的应用
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．
PLC的应用
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，可见，PLC在纺织设备上应用已普及，纺织设备上用的PLC，其I/O点数范围：8～512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%。主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，甚至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．
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，从清花设备到无梭织机都已采用。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．
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、带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．
步进电机系统的应用
步进电机由于具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，成了计算机应用项目中的主要执行元件之一，尤其是在精确定位场合中得到了广泛的应用。用微型计算机产生各种步进脉冲驱动步进电机去达到各种控制、测试目的，在纺织设备上己屡见不鲜了。采用微机控制的步进电机的变频特性运用在织机的送经装置中很好地解决了经线内部张力不均匀的问题，使产品的质量产生了质的飞跃．
另外，光电检测(单向辐射)，微机控制、步进电机－铁炮变速的自调匀整装置测控准确、灵敏度高、适应性好、抗干扰能力强、调节方便，可取代传统的自调匀整器．
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．
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．
纺织机械专用自动化装置的开发与应用
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．
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。控制方式采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．
粗纱机的CCD张力检测、微调装置
在2004年中国国际纺织机械展览上，FB411悬锭毛纺粗纱机，取消了传统的曲线锥轮传动系统、成形机构及张力微调装置，用两个电机在先进的工业计算机和变频器的控制下，完成粗纱的卷绕成形以及牵伸、加捻的同步运转，锭翼的机械转速提高到1400转/分。先进的高精度的CCD传感器，可以随机检测粗纱张力，再由工业计算机控制其粗纱张力始终处于最佳状态．
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．
异纤维自动检测和织物自动检测
纺织厂采用人工方法挑拣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．乐利网 www.6li.com
并条机和无梭织机的
机电一体化
新型并条机
FA327型并条机是经纬纺织机械股份有限公司综合了国内外名机型的优点而设计开发的新型并条机。适纺22-76mm棉及棉型化纤的纯纺及混纺。主要特点：
（1）主电机变频调速，启动平稳，升速时间可以调整，这样可以达到最佳启动状态。
（2）主机采用可编程序控制器（PLC）控制，实现整机运行自动化。
（3）广泛采用皮带传动，传动平稳，噪音低。
（4）导条架采用铝型材，减轻重量，使整个机器外观整齐美观。
（5）采用气动剥棉装置，定时剥棉，充分保证吸风效果，配有贮棉仓，减轻操作工人劳动强度。
（6）增加积极断条装置，确保满筒后断条可靠。
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，如能取得成功，将填补国内空白．
纺织机械机电一体化的发展趋势
基于网络连接的柔性化、数字化产品是今后纺织机械的发展趋势。
适应纺织品向多品种小批量、短周期、时尚化的发展趋势，纺织机械必须实现柔性化。柔性化有两层含义，首先是产品具有自适应性，如纺纱设备能方便的适应不同种类的纤维，织机能满足多种织物对织造工艺的要求，在变换品种时能做到方便快捷；其次，纺织机械设备制造商具备根据用户的要求而为用户度身定制的能力，如果不能对用户的需求作出迅捷的有效的反应，那么就有可能失去用户，从而在竞争中处于不利地位。实现柔性化的必要条件是我们的产品设计必须贯彻模块化的设计理念．
在机械产品设计中，由于广泛采用基于PLC、PCC、(ProgrammableComputerController—可编程计算机控制器)、PCS(ProcessControlSystem—过程控制系统)、FCS(FieldbusControlSystem—现场总线控制系统)的解决方案，变频调速、交流伺服调速的普及化，不仅使设备的自动化水平大大提高，而且使机械结构，特别是机械传动机构大大简化。
如毕加乐的Gamma剑杆织机和OMNI喷气织机采用SUMO超级主马达，由主马达直接传动织机，不再需要传动皮带以及离合器和刹车盘；在新型的FA486型粗纱机中就取消了复杂的铁炮传动机构。机电一体化水平的提高，使纺织机械的分部传动得以实现，这也使模块化设计成为可能。不仅机械部分，就是电气控制部分也采用模块化的设计思想，各功能单元都采用插槽式的结构，不同功能模块的组合，就能满足千变万化的用户需求。模块化的产品设计，是今后技术的发展趋势，对此我们必须有充分的认识．
大规模定制生产技术实际上也是基于模块化设计的基础之上的。数字化不仅使生产过程实现数字控制成为可能，而且是企业实施MRP、MRPⅡ及ERP的基础。随着全球经济一体化的形成，以面向企业内部信息集成为主的MRP、MRPⅡ系统已经不能满足企业多元化(多行业)、跨地区、多供应和销售渠道、全球化经营管理模式的要求．乐利网 www.6li.com
自动化设备
在纺织机械上的应用
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．
PLC的应用
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，可见，PLC在纺织设备上应用已普及，纺织设备上用的PLC，其I/O点数范围：8～512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%。主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，甚至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．
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，从清花设备到无梭织机都已采用。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．
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、带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．
步进电机系统的应用
步进电机由于具有转子惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点，成了计算机应用项目中的主要执行元件之一，尤其是在精确定位场合中得到了广泛的应用。用微型计算机产生各种步进脉冲驱动步进电机去达到各种控制、测试目的，在纺织设备上己屡见不鲜了。采用微机控制的步进电机的变频特性运用在织机的送经装置中很好地解决了经线内部张力不均匀的问题，使产品的质量产生了质的飞跃．
另外，光电检测(单向辐射)，微机控制、步进电机－铁炮变速的自调匀整装置测控准确、灵敏度高、适应性好、抗干扰能力强、调节方便，可取代传统的自调匀整器．
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．
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．
纺织机械专用自动化装置的开发与应用
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．
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。控制方式采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．
粗纱机的CCD张力检测、微调装置
在2004年中国国际纺织机械展览上，FB411悬锭毛纺粗纱机，取消了传统的曲线锥轮传动系统、成形机构及张力微调装置，用两个电机在先进的工业计算机和变频器的控制下，完成粗纱的卷绕成形以及牵伸、加捻的同步运转，锭翼的机械转速提高到1400转/分。先进的高精度的CCD传感器，可以随机检测粗纱张力，再由工业计算机控制其粗纱张力始终处于最佳状态．
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．
异纤维自动检测和织物自动检测
纺织厂采用人工方法挑拣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．乐利网 www.6li.com
并条机和无梭织机的
机电一体化
新型并条机
FA327型并条机是经纬纺织机械股份有限公司综合了国内外名机型的优点而设计开发的新型并条机。适纺22-76mm棉及棉型化纤的纯纺及混纺。主要特点：
（1）主电机变频调速，启动平稳，升速时间可以调整，这样可以达到最佳启动状态。
（2）主机采用可编程序控制器（PLC）控制，实现整机运行自动化。
（3）广泛采用皮带传动，传动平稳，噪音低。
（4）导条架采用铝型材，减轻重量，使整个机器外观整齐美观。
（5）采用气动剥棉装置，定时剥棉，充分保证吸风效果，配有贮棉仓，减轻操作工人劳动强度。
（6）增加积极断条装置，确保满筒后断条可靠。
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，如能取得成功，将填补国内空白．
纺织机械机电一体化的发展趋势
基于网络连接的柔性化、数字化产品是今后纺织机械的发展趋势。
适应纺织品向多品种小批量、短周期、时尚化的发展趋势，纺织机械必须实现柔性化。柔性化有两层含义，首先是产品具有自适应性，如纺纱设备能方便的适应不同种类的纤维，织机能满足多种织物对织造工艺的要求，在变换品种时能做到方便快捷；其次，纺织机械设备制造商具备根据用户的要求而为用户度身定制的能力，如果不能对用户的需求作出迅捷的有效的反应，那么就有可能失去用户，从而在竞争中处于不利地位。实现柔性化的必要条件是我们的产品设计必须贯彻模块化的设计理念．
在机械产品设计中，由于广泛采用基于PLC、PCC、(ProgrammableComputerController—可编程计算机控制器)、PCS(ProcessControlSystem—过程控制系统)、FCS(FieldbusControlSystem—现场总线控制系统)的解决方案，变频调速、交流伺服调速的普及化，不仅使设备的自动化水平大大提高，而且使机械结构，特别是机械传动机构大大简化。
如毕加乐的Gamma剑杆织机和OMNI喷气织机采用SUMO超级主马达，由主马达直接传动织机，不再需要传动皮带以及离合器和刹车盘；在新型的FA486型粗纱机中就取消了复杂的铁炮传动机构。机电一体化水平的提高，使纺织机械的分部传动得以实现，这也使模块化设计成为可能。不仅机械部分，就是电气控制部分也采用模块化的设计思想，各功能单元都采用插槽式的结构，不同功能模块的组合，就能满足千变万化的用户需求。模块化的产品设计，是今后技术的发展趋势，对此我们必须有充分的认识．
大规模定制生产技术实际上也是基于模块化设计的基础之上的。数字化不仅使生产过程实现数字控制成为可能，而且是企业实施MRP、MRPⅡ及ERP的基础。随着全球经济一体化的形成，以面向企业内部信息集成为主的MRP、MRPⅡ系统已经不能满足企业多元化(多行业)、跨地区、多供应和销售渠道、全球化经营管理模式的要求．乐利网 www.6li.com
