紡織機械自動化應用及發展方向

林 苑，程帥鵬，徐長斌，周祥明

（江西師范高等?？茖W校 航空工程學院，江西 鷹潭 335000）

經過長時間的迅猛發展，目前，我國紡織機械制造已經處于相對穩定的發展態勢，新型紡織機械的使用范圍得到了顯著拓展。我國的紡織品出口數量不斷增加，但在紡織業轉型升級的過程中，仍然存在許多問題。結合當前我國的紡織市場發展情況來看，我國的紡織工業缺乏先進性，自動化智能領域的科技創新有待實現。隨著紡織機械的技術升級，人們逐漸認識到自動化技術的重要作用。

1 紡織機械行業的自動化需求

1.1 紡織機械并條機的研發需求

在紡織機械設計過程中，自動化功能的實現十分復雜，為了保證自動化生產滿足自調勻整的紡織需求，需要保征棉條條干均勻以及紗的粗細相對統一，避免在織布過程中因粗細不同出現斷頭的情況，影響整體觀感。為了保證最終的機械紡織效率，當條干處于過粗或過細的狀態時，需要利用設備完成自動化檢測，調整執行機構的工作狀態。紡織工作要符合基本加工指標，在進行加工流程自動化調節的過程中，需要先通過系統檢測，將檢測數據輸入計算機預算系統中，通過交流伺服完成執行程序。從終端傳感器獲取檢測內容，在執行伺服電機命令的過程中，需要通過自動化機制來實現。其中，自動化體系的建立存在較大難度，國產紡織品設計水平較低，而我國通常采用國外進口的紡織機械并條機，從裝置價格來看，需要耗費較高的成本。機組自動化調整所需要耗費的成本較低，要想達到節約成本、提高生產效率的目的，就需要國內自主研發自動化調節設備，充分滿足紡織品的設計需求，避免因從國外進口而造成資金大量消耗的問題[1]。

1.2 管控一體化及在線檢測需求

在進行化纖產品設計的過程中，加工制造的主要流程工藝源于化工，相關設備的研發較晚，在生產初期就融入了新型技術內容。經過長期的發展與完善，生產自動化水平較高，支持可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）自動控制、人機界面交互、變頻器設備的安裝與調試，正逐漸向管控一體化發展靠攏，不僅能滿足自動化生產要求，還能加強生產流程的綜合管理，并利用控制系統完成數據調節。在生產過程中想要獲得一些實時信息（如溫度、流量等數據內容），可以通過雙向通信的方式，將數據結果整理到計算機系統中，由系統進行統一數據管理。一些大規模的紡織生產行業已經初步實現了管控一體化，但水平的高低存在較大差距。為了全面提高管控一體化的應用成果，可以利用小型MES系統，為了保證最終設計的整體質量，需要在紡織機械自動化發展的過程中實現自動化檢測功能。在研發紡織機械產品的過程中，國內自動化檢測設備與國外先進產品之間存在較大差距。其中，細紗機作為紡紗加工的關鍵性設備，在線檢測結果的精準性會直接影響成品紗的設計質量。針對該產品的自動化檢測，國外采用了細紗專家系統，能夠詳細檢測紗的捻度和斷頭，但我國仍然處于同類系統產品的摸索階段。

2 紡織機械中的自動化技術應用

2.1 梳棉機的自動化技術

梳棉機在生產過程中所吸收的風量和風壓，對最終的生產質量會造成較大影響。梳棉機在工作過程中會產生大量的塵屑，影響生產質量，同時引發嚴重的環境污染問題。隨著紡織產量的不斷提升，梳棉機的負壓吸點已經逐漸擴散到道夫三角區、前后固定蓋板等區域，如果不加以控制，將逐漸蔓延到整臺機器，導致梳棉機停止工作。高產梳棉機不僅能提供較高的工藝產量，還能保證最終成品的生產質量，具有較高的耐磨性和精度。自動化技術的應用能夠加快梳棉機的梳理速度，運用高水平的制造工藝充分發揮傳感技術、計算機技術的應用優勢。在清梳聯系統中運用先進的變頻技術，全面開展原料開松、除雜等工作，順利完成梳理任務，生產出雜結少、條干均勻的生條，為后續紡織品加工提供優質原料。國外采用的自調勻整裝置類型主要有開環、閉環、混合環3種。近年來，我國紡織機械設計產業主要采用微機對自調勻整裝置的工作流程進行控制，全面加快設備的加工速度，有效解決除塵滯后問題。

2.2 梳棉機的自動化檢測

梳棉機設計通常釆用混合環式自調勻整裝置，利用階梯羅拉完成實際參數的檢測工作。通過自動化調控分析羅拉的工作速度，保證長片段加工的勻整性，運用關聯控制技術擾動可變補償，保證短片段加工的勻整性。在設備的出口區域測量棉網的實際質量，當超過規定標準后，需要采用控制干預程序立即調整。紡紗自動化生產線需要定期完成清鋼工作，可以將Aero-feed散棉投入裝置，根據加工需求選擇處理機型號（ABC-Control型），保證清鋼流程的連續化，實現自動化生產調節的工作目標。管理人員運用彩色圖表管理機臺替換傳統的開棉、清棉、梳棉等人工工序中心控制平臺。在保留控制功能的基礎上，實現對整個加工流程的監督管理，同時具備自動報警和系統記錄等功能，能夠促進梳棉機梳理技術的持續穩定發展。將梳棉機自動控制作為今后技術創新的主要方向，在研發設備的同時建立在線監測系統、自動調節系統，構成封閉式專家系統，借鑒國外優秀的發展工藝，自動化完成在線檢測數據的收集與整理，采用電子計算的方式進行數據加工，向執行機構發送運行指令，立即完成自動調節工作。

2.3 細紗機的自動化技術

在傳統的細紗機落紗處理過程中，需要人工換管和人工連接斷頭，經過細紗機的設計創新，細紗機的錠數得到了顯著增長，整體結構變得十分復雜。如果延續人工換管、斷頭銜接的形式，不僅會降低生產效率，還會增加工作人員的勞動壓力，與當前的新技術發展需求相違背。形成斷頭的主要原因是紗管的形狀發生改變以及紡紗張力與標準不符等，要想避免斷頭問題的發生，需要做好調速工作。傳統的雙速電機無法滿足調速需求，而變頻器的替換使用搭配PLC控制系統，能夠形成最佳的運行狀態，有效降低斷頭現象的發生率。

3 紡織機械自動化技術的發展方向

3.1 現場總線、以太網技術的應用

現場總線屬于交流數據總線，通過中央控制室的自動化操作，完成現場設備的調節工作，利用數字化通信，借助生產區域現場儀表進行數據顯示，需要建立交流信息系統，強化對機械設備的運行保護。以太網屬于計算機自動化服務的重點設備，相關產品的研發需要投入較高的資金作為支撐。目前，我國的通信技術已經趨于成熟，被廣泛應用到紡織工業領域，采用通信技術，實現自動化系統的有效運行，提高對各類資源的綜合控制程度，在生產現場進行有效應用，全面提升紡織生產設備的智能化水平[2]。當前，現場設備與以太網之間無法實現有效聯通，隨著自動化水平的不斷提高，以太網與紡織機械之間的有效連接終將成為事實，能夠實現多臺設備之間的自動化信息交流，有效避免工業設備在應用過程中出現各類風險問題。

3.2 伺服系統的應用

紡織機械的自動化發展，需要做好變頻調速工作，采用高性能的伺服系統，實現紡織機械的自主化發展，運用現代化信息科技，能夠滿足紡織機械設計對伺服系統驅動的根本需求。在紡織機械的研發過程中，將變頻調速裝置與高性能的伺服系統進行有效結合，實現對組合狀態的靈活調整，保證位置掌控的精準性，隨時隨地根據生產需求進行速度調節。該技術的應用，能夠在建立高總線接口的同時完成多軸操作，并完成上級下達的工作任務，實現對現場總線的全面掌控[3]。采用直流母線共用技術，在逆變器中安裝大功率整流器，全面提高在發電運轉過程中驅動軸的能量反饋頻率，將I/O技術與PLC控制系統安裝到驅動器中，在運行過程中自動完成邏輯計算，轉化驅動器的功能作用，將其作為底層控制的主要驅動單元，實現對加工現場的分散性管理。

4 結語

紡織機械工業結構調整相關指導意見中明確指出，當前紡織機械工藝的融合水平較低，無法滿足機械設計的集成化、自動化應用需求。要想全面提高產品加工的水平，需要結合紡織機械的主要類型，設計出符合紡織行業工藝流程的現代化設備，全面提高紡織機械自動化水平。