摘要：近年我國(guó)紡織機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展很快,提高了紡織機(jī)械整體水平, 增強(qiáng)了在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力,紡織機(jī)械的產(chǎn)量和出口均以每年以上增長(zhǎng)。本文將從七個(gè)方面介紹了紡織機(jī)械電一體化的特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：傳動(dòng) 控制 變頻器 現(xiàn)場(chǎng)總線 PLC 紡織機(jī)械 引言 近幾年紡織機(jī)械的機(jī)電一體化水平迅速提高, 其結(jié)果是機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化, 性能明顯提高（生產(chǎn)速度提高噪聲降低,加工產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,勞動(dòng)條件改善等）。在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)增強(qiáng)，紡機(jī)的產(chǎn)量增加數(shù)倍，2007年紡織機(jī)械年銷(xiāo)售額超過(guò)500億元。出口快速增長(zhǎng),2001年出口約1億美元, 到2007年我國(guó)紡織機(jī)械出口到印度、巴基斯坦、孟加拉國(guó)、印尼、日本、德國(guó)等130多個(gè)國(guó)家，金額已超過(guò)10億美元。紡機(jī)機(jī)電一體化的主要特點(diǎn)：由單電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)改為多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng), 手動(dòng)操作變成自動(dòng)操作，模擬量控制發(fā)展為數(shù)字量控制，從電氣傳動(dòng)發(fā)展到運(yùn)動(dòng)軌跡控制，普及了戶和變頻器的應(yīng)用,推廣了現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)以及工藝參數(shù)的在線檢測(cè)等，可概括為以下七個(gè)方面。 1.從單電動(dòng)機(jī)到多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng) 由于紡織品的品種不斷增加,提高紡織產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益增長(zhǎng)，同時(shí)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的呼聲日漸增強(qiáng)，不少紡機(jī)由單電機(jī)傳動(dòng)改為多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，例如傳統(tǒng)梳棉機(jī)僅道夫是變速運(yùn)行，而新型梳棉機(jī)已改為5臺(tái)電動(dòng)機(jī)變速傳動(dòng)除道夫外錫林給棉羅拉、蓋板清潔輥,圈條器均改為單獨(dú)電動(dòng)機(jī)變速傳動(dòng)粗紗機(jī)也改為7臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別傳動(dòng)錠翼,牽引羅拉,筒管和龍筋升降。滌綸短纖維后加工聯(lián)合機(jī)從導(dǎo)絲機(jī)到四道牽伸機(jī)也由單電動(dòng)機(jī)加長(zhǎng)邊軸和齒輪變速箱傳動(dòng)改為臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別傳動(dòng)導(dǎo)絲1、2、3和4道牽伸機(jī)以及緊張熱定型機(jī)和疊絲機(jī), 圖1, 為長(zhǎng)邊軸傳動(dòng)示意圖，圖2為多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)方框圖。 [align=center] 圖1 長(zhǎng)邊軸傳動(dòng)滌綸短纖維后加工聯(lián)合機(jī)（牽伸段）[/align] [align=center] 圖2 多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)滌綸短纖維后加工聯(lián)合機(jī)[/align] 由此大大簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu),降低噪聲減少占地面積提高車(chē)速增加單機(jī)產(chǎn)量同時(shí)更改工藝方便加工產(chǎn)品質(zhì)量得到保證。采用多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)后對(duì)各臺(tái)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度的控制要求更高, 各電動(dòng)機(jī)均需要同步調(diào)速或比例同步調(diào)速、位置跟隨等通常采用PLC控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。 由上可看出紡織機(jī)械能從單機(jī)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)發(fā)展為多電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)首先是由于PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的成熟并在紡機(jī)上得到普及應(yīng)用, 工控機(jī)IPC或PLC控制的變頻調(diào)速為數(shù)字控制，加上數(shù)字通信可以很方便地精確控制各臺(tái)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行, 保證全機(jī)各電動(dòng)機(jī)根據(jù)不同的工藝要求按不同的規(guī)律運(yùn)行。 2 從手動(dòng)操作到自動(dòng)操作 絡(luò)紗機(jī)按操作形式分成普通絡(luò)筒機(jī)和自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)，兩者的根本區(qū)別是普通絡(luò)筒機(jī)每錠紗線接頭均由手工操作來(lái)完成, 而自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)每錠紗均自動(dòng)接頭,自動(dòng)接頭可以是一臺(tái)打結(jié)器對(duì)全機(jī)或一側(cè)的各錠進(jìn)行循環(huán)打結(jié)也可以是每錠均設(shè)有打結(jié)器,如錠數(shù)較多、速度較高,一般是每錠均設(shè)有打結(jié)器。 電子清紗器對(duì)紗線進(jìn)行全程監(jiān)視, 當(dāng)清紗器發(fā)出無(wú)紗信號(hào)后，筒子抬起并剎車(chē)——槽筒剎車(chē)——筒子落下——筒紗吸咀上行——槽筒倒轉(zhuǎn)——風(fēng)門(mén)打開(kāi)并吸紗——筒紗吸咀下行使筒紗進(jìn)入接頭裝置并短時(shí)等待——管紗下行、探測(cè)是否有管紗，若有管紗管紗，吸咀動(dòng)作（包括預(yù)清紗器和張力盤(pán)的開(kāi)、閉等）, 并把管紗送至接頭裝置；若管紗已用完則先換管紗, 然后管紗吸咀再動(dòng)作，待管紗和筒紗都進(jìn)入接頭裝置后——接頭裝置開(kāi)始接頭接頭完成后——槽筒重新起動(dòng)紗線進(jìn)入紗路, 開(kāi)始正常絡(luò)紗。 該絡(luò)筒機(jī)為單錠單電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。槽筒由無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)同軸傳動(dòng), 保證了槽筒在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下能迅速剎車(chē)。全機(jī)共60臺(tái)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，也有的絡(luò)筒機(jī)采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)或交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 每錠接頭部件由臺(tái)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)筒紗吸咀動(dòng)作，管紗吸咀動(dòng)作、換管動(dòng)作和接頭動(dòng)作,保證筒紗吸咀、管紗吸咀和換管的準(zhǔn)確定位。全機(jī)共240臺(tái)步進(jìn)電機(jī)。 吸風(fēng)系統(tǒng)吸風(fēng)電動(dòng)機(jī)由交流異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)變頻調(diào)速。 每錠設(shè)有單錠CPU控制器控制該錠接頭程序, 運(yùn)轉(zhuǎn)速度和紗線張力上位機(jī)，采用工業(yè)計(jì)算機(jī)IPC, 并配有17英寸觸摸屏監(jiān)控紗線質(zhì)量、筒子防疊、紗線張力、打結(jié)循環(huán)程序以及吸風(fēng)電動(dòng)機(jī)等工作狀況、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和工藝參數(shù)設(shè)定、顯示等全機(jī)采用CAN現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）如圖3所示。 [align=center] 圖3 自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖[/align] 圖3中步進(jìn)控制即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，無(wú)刷控制即無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制器，IPC為工業(yè)計(jì)算機(jī)，CPU為每錠設(shè)有CPU控制器1個(gè),控制該錠接頭程序、運(yùn)轉(zhuǎn)速度和紗線張力。 3 從模擬量控制到數(shù)字量控制 上世紀(jì)80年代前, 大部分控制系統(tǒng)均采用模擬量（0～10V，4～20mA）作為控制信號(hào)，早期的變頻器大多也采用模擬量（如0～5V等）控制。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,推動(dòng)了信息化時(shí)代的到來(lái)數(shù)字儀表、數(shù)字控制器紛紛推出，上世紀(jì)90年代數(shù)字量控制系統(tǒng)日益發(fā)展起來(lái)，尤其是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用、數(shù)字控制逐步普及,PLC控制的變頻調(diào)速已應(yīng)用到大部分紡織機(jī)械，每年用于紡織機(jī)械的PLC控制的變頻調(diào)速系統(tǒng)達(dá)5萬(wàn)套以上,其中大部分都有了數(shù)字控制技術(shù)，近年推出的新型紡機(jī)產(chǎn)品不僅采用數(shù)字控制, 還采用了多種總線實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳輸，采用觸摸屏或工作站實(shí)現(xiàn)數(shù)字顯示等。 “十一五”期間紡織機(jī)械將對(duì)10種新型成套紡機(jī)設(shè)備進(jìn)行攻關(guān)和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并提出實(shí)現(xiàn)單機(jī)（單臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）數(shù)字化、車(chē)間（含多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備）自動(dòng)化、企業(yè)（含控制和管理）信息化的戰(zhàn)略目標(biāo)。 4 從有觸點(diǎn)的邏輯控制到無(wú)觸點(diǎn)邏輯控制 上世紀(jì)90年代以前，各種紡織機(jī)械的控制使用大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器。例如棉紡清鋼聯(lián)合機(jī)，化纖打包機(jī)等，單臺(tái)機(jī)需要數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)繼電器。由于PLC可編程控制器的發(fā)展和價(jià)格的降低，PLC在紡織機(jī)械上應(yīng)用得到普及，逐步取代了傳統(tǒng)的繼電器邏輯控制系統(tǒng), 從而提高了控制系統(tǒng)性能、運(yùn)行的可靠性,縮小了控制裝置體積、降低了故障率減少了維護(hù)維修工作量減少了電能的消耗。 5 從電氣傳動(dòng)發(fā)展到運(yùn)動(dòng)軌跡控制 傳統(tǒng)的紡織機(jī)械電氣傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)基本上是三大類(lèi)：一是直流電動(dòng)機(jī)（含并激他激和串激直流電動(dòng)機(jī)）；二是交流異步電動(dòng)機(jī)（含籠式和繞線式異步電動(dòng)機(jī)以及電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)）；三是同步電動(dòng)機(jī)（含永磁和激磁式同步電動(dòng)機(jī)）。采用各種控制方案對(duì)電動(dòng)機(jī)速度進(jìn)行不同的控制以滿足各種紡織機(jī)械對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的不同要求。隨著紡織機(jī)械的發(fā)展和生產(chǎn)工藝對(duì)紡機(jī)的要求不斷提高,對(duì)紡機(jī)運(yùn)行速度的控制要求起來(lái)越高,越來(lái)越多樣化,傳統(tǒng)的電氣傳動(dòng)已不能滿足當(dāng)今紡織機(jī)械的需要。 （1）伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用：自動(dòng)筒絡(luò)機(jī)打結(jié)循環(huán)要求準(zhǔn)確定位。精密絡(luò)筒機(jī)導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)要求快速往復(fù)運(yùn)動(dòng)；噴氣和劍桿等無(wú)梭織機(jī)的電子送經(jīng),電子卷取等需準(zhǔn)確控制經(jīng)紗的送出量、卷取量；平網(wǎng)印花機(jī)導(dǎo)帶前后傳動(dòng)輥要求保持嚴(yán)格同步運(yùn)轉(zhuǎn)；園網(wǎng)印花機(jī)的園網(wǎng)為保證園網(wǎng)與導(dǎo)帶及網(wǎng)與網(wǎng)之間嚴(yán)格同步運(yùn)轉(zhuǎn),近幾年來(lái)都采用了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),較好地解決了位置和速度的同步控制。 （2）步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用電腦刺繡機(jī)繡框X、Y方向的移動(dòng)是采用兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)以保證刺繡圖案的精細(xì)單軸流開(kāi)棉機(jī)塵棒采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng),有利于塵棒位置或塵格角度的調(diào)節(jié), 此外簾子線直捻機(jī)橫動(dòng)導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)分條整經(jīng)機(jī)織軸和整徑臺(tái)的橫移、前后移等均有采用了步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 （3）無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大, 在紡織械得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用，例如自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)一錠一臺(tái)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)槽筒，使槽筒在高速運(yùn)行下能迅速剎車(chē)，起動(dòng)也快，很好地滿足了絡(luò)筒工藝要求。 另外開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)在工業(yè)縫紉機(jī)上得到廣泛應(yīng)用等等由此看出上述各種電動(dòng)機(jī)用于紡織機(jī)械控制各旋轉(zhuǎn)軸的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、位置、力矩三個(gè)參數(shù)的聯(lián)動(dòng)控制將電網(wǎng)、電源變換、電動(dòng)機(jī)、生產(chǎn)機(jī)械和控制系統(tǒng)作為一個(gè)整體來(lái)考慮使控制更加優(yōu)化整機(jī)機(jī)電一體化水平得到明顯提高很好地滿足了紡織機(jī)械的精確的位置控制、速度控制和力矩控制。 6 可編程控制器PLC和變頻器的普及應(yīng)用 PLC和變頻器多功能化,已能滿足各種紡織機(jī)械的各種技術(shù)要求，目前80%以上的紡織機(jī)械均推廣應(yīng)用了PLC控制、變頻調(diào)速技術(shù)解決了紡織機(jī)械的同步或比例同步調(diào)速、程控調(diào)速、定位控制調(diào)速恒張力恒線速調(diào)速等。圖4為織軸恒張力恒線速卷繞控制系統(tǒng)原理框圖。 由圖4得 式中：△v ——張力調(diào)節(jié)輸出其值作為線速度的校正； ω[sub]1[/sub]——角速度的計(jì)算值； ω——電機(jī)實(shí)際輸出的角速度并反饋至卷經(jīng)計(jì)算器。 線速度U和角速度ω。在卷經(jīng)計(jì)算器中相除后再乘以系數(shù)1/πD，經(jīng)斜坡處理后輸出并與ν+△ν，相乘即得角速度的計(jì)算值ω[sub]1[/sub] , 經(jīng)電機(jī)和控制器后輸出實(shí)際角速度ω。 織軸卷繞控制主要是要求在恒張力下將紗片或織物卷繞到織軸上供織造用, 現(xiàn)在可利用變頻器內(nèi)部設(shè)置的卷經(jīng)控制功能如圖4所示.將織軸的線速度ν和設(shè)置在車(chē)頭的張力傳感器信號(hào)等送至卷經(jīng)控制器。計(jì)算出當(dāng)前的織軸卷繞直徑根據(jù)該直徑控制織軸卷繞變頻器輸出頻率, 調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使織軸卷繞速度恒定。而張力傳感器測(cè)出的張力信號(hào)反饋值與設(shè)定值比較經(jīng)張力調(diào)節(jié)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后輸出△ν加作為線速度微調(diào)信號(hào)，以保證卷繞張力的恒定。 [align=center] 圖4 卷繞控制原理框圖[/align] 7 現(xiàn)場(chǎng)總線的推廣應(yīng)用 現(xiàn)場(chǎng)總線是連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備并進(jìn)行相互通信, 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與上層（車(chē)間層）通信或者說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)總線是連接自動(dòng)控制系統(tǒng)最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器（變頻器,各種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器、控制器等）等智能設(shè)備?？偩€網(wǎng)上傳送的是各種檢測(cè)數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)等。傳送的數(shù)據(jù)量不是特別大，傳送的速率不是很高, 但實(shí)時(shí)性很高是一種實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)。 中國(guó)紡機(jī)（集團(tuán)）總公司鄭州紡機(jī)和上海太平洋集團(tuán)新四機(jī)生產(chǎn)的大型（年產(chǎn)3萬(wàn)噸～8萬(wàn)噸）滌綸短纖維生產(chǎn)線均采用Profibus-Dp現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)和工業(yè)以太網(wǎng), 如圖5所示。 [align=center] 圖5 滌綸短纖維生產(chǎn)設(shè)備控制系統(tǒng)方框圖[/align] 該聯(lián)合機(jī)包括分為4部分即紡絲、卷繞、絲捅往復(fù)和增壓泵分控制系統(tǒng)，該4套分系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)與操作員站和工程師站聯(lián)接。后加工聯(lián)合機(jī)分為2部分，牽伸卷曲和切斷分控制系統(tǒng)（打包機(jī)為另一系統(tǒng)），該2套分系統(tǒng)同樣可通過(guò)PROFIBUS-DP轉(zhuǎn)換卡接到工業(yè)以太網(wǎng)上。與網(wǎng)上操作員站和工程師站進(jìn)行通信，圖5中,1LPC～4PLC為紡絲聯(lián)合機(jī)的分控制系統(tǒng)，5PLC，6PLC為后加工聯(lián)合機(jī)的分控制系統(tǒng)分述如下： （1）紡絲分系統(tǒng)中的主站PLC（1PLC）對(duì)32臺(tái)紡絲泵,1臺(tái)上油泵的變頻調(diào)速和4臺(tái)紡絲箱體溫度、壓力進(jìn)行監(jiān)控。 （2）卷繞分系統(tǒng)中的主站PLC（2PLC）除控制1-6牽引輥、導(dǎo)絲輥、喂入輪、上油泵（輪）電機(jī)的調(diào)速外還控制紡絲吹風(fēng)裝置。 （3）絲捅往復(fù)分系統(tǒng)中的主站PLC（3PLC）主要是控制絲桶往復(fù)裝置的縱向、橫向運(yùn)動(dòng)小車(chē)伺服電機(jī)的精確定位，并通過(guò)觸摸屏實(shí)現(xiàn)有關(guān)參數(shù)的設(shè)定、修改和采集。 （4）引增壓泵分系統(tǒng)中的主站PLC（4PLC）主要是控制熔體配管的溫度和熔體壓力。 （5）牽伸卷曲分系統(tǒng)中的讓站PLC（5PLC）主要是控制導(dǎo)絲機(jī)，1道、2道、3道牽伸機(jī)緊張熱定型機(jī)、疊絲機(jī)、卷曲機(jī)和鋪絲機(jī)的比例同步運(yùn)行，特別是準(zhǔn)確控制1道—2道和3道—4道牽伸機(jī)間的牽伸比（速比）以及牽伸槽和卷曲的溫度等。 （6）切斷分系統(tǒng)中的主站PLC（6PLC）主要是控制曳引機(jī)和切斷機(jī)的同步調(diào)速。 采用Profibus-DP的還有滌綸長(zhǎng)絲紡絲聯(lián)合機(jī)、漿紗機(jī)等10余種紡機(jī)設(shè)備，該總線是紡機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種。此外還有梳棉機(jī)、粗紗機(jī)等采用CAN總線，紡粘法不造布生產(chǎn)線, 卷繞頭等采用Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線。大部分紡織機(jī)械采用了RS485總線，主要是因RS485通信方式價(jià)格低能滿足通信數(shù)據(jù)量不是很大的各種紡織機(jī)械的要求。 8 結(jié)束語(yǔ) 從上世紀(jì)90年代中后期開(kāi)始我國(guó)紡織機(jī)械為提高整機(jī)技術(shù)水平, 增強(qiáng)我國(guó)紡機(jī)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力而積極開(kāi)發(fā)新機(jī)型并應(yīng)用變頻器、PLC等新技術(shù)、新產(chǎn)品，解決紡織機(jī)械應(yīng)用中的技術(shù)難題, 如同步調(diào)速中速差的檢測(cè)和調(diào)整,應(yīng)用軟件等, 為紡織機(jī)械推廣應(yīng)用計(jì)算機(jī)、PLC控制變頻調(diào)速創(chuàng)造了條件，因而本世紀(jì)初我國(guó)紡織機(jī)械普通應(yīng)用控制變頻調(diào)速等新技術(shù)新產(chǎn)品, 因而使我國(guó)紡織機(jī)械機(jī)電一體化水平得到很大提高，紡織機(jī)械在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力明顯增強(qiáng)近幾年我國(guó)紡織機(jī)械出口每年遞增20%以上。 原文點(diǎn)擊下載： 紡織機(jī)械的機(jī)電一體化.pdf