一種精確落管的電子加捻智能網絡細紗機

杜宗宗

（經緯智能紡織機械有限公司，山西 晉中 030601）

精確性、穩(wěn)定性和智能網絡在細紗機領域受到越來越多的關注。精確性是指實際輸出結果的準確度，在細紗機領域是指現實測量的數值與人機界面中設定的真實值之間的差距，例如細紗機集體落紗中實際的落管數量和真正所需的有效落管數量的差距；細紗機實際測量的紡紗捻度和人機界面里設定的捻度理論真值之間的差距[1]。穩(wěn)定性是指機械設備在復雜運行環(huán)境狀態(tài)下仍能夠不出現異常、錯誤等問題，在細紗機領域是指機器在紡紗車間高溫、高濕、環(huán)境污染等狀況下仍能夠穩(wěn)定運行，例如細紗機的電子加捻系統在機械設備震動、飛花和油漬污染等狀況下，保證相關元器件不出現故障并且能夠紡出捻度穩(wěn)定的紗線。智能網絡是指通過技術手段，對各種不同的硬件設備進行連接，在細紗機領域是指通過計算機技術，使細紗機使用者能夠實時在線監(jiān)控每一臺、每一錠的紡紗運行狀態(tài)，例如細紗機的單錠檢測技術和聯網技術。

1 精確落管在細紗機中的設計應用

1.1 傳統儲管倉落管方式在細紗機中的應用

傳統儲管倉落管是在管倉的空倉和滿倉位置各裝有1 個反射光電開關，用于對儲管倉的物位進行監(jiān)控，隨著空管提升電機帶動提升帶旋轉，紗管依次掉落到儲管倉中，當空倉和滿倉兩個反射光電開關都被擋住時，空管提升電機暫時停止旋轉，紗管不再掉落，這時落管軌道下的左右兩個氣缸推動1 次凸盤，每個凸盤在經過儲管倉時自動帶走儲管倉最下端的紗管[2]。由于軌道下方的凸盤氣缸每次可以推動2 個甚至3 個凸盤，因此這種落管方式的落管速度相對較快，適合錠數較多的細紗機長車或超長車。但這種落管方式在細紗機車頭和車尾不需要擺放紗管的凸盤上也排列了好多紗管，這些沒用的紗管在一次集體落紗后會隨著其他滿紗經滿紗提升機構送入滿紗推車中，最終送往紡紗下一道工序絡筒機中。這些混在滿紗中的空紗管被送入絡筒機中空轉一圈，極大地降低了絡筒機的運行效率。

1.2 傳統單滴管落管方式在細紗機中的應用

傳統單滴管落管是在單個紗管下落處上下各安裝1 個反射光電開關，當下方的光電開關檢測到凸盤對正時，空管提升電機帶動提升帶旋轉；當上方的光電開關檢測到有紗管落下時，空管提升電機就停止旋轉，落管軌道下的左右兩個氣缸推動1 次凸盤，如此往復循環(huán)。這種落管方式采用PLC 自動檢測整個落紗過程，對需要有紗管的凸盤進行落管，對細紗機車頭和車尾位置的凸盤不落紗管。但這種單滴管的落管方式每次落管后凸盤氣缸只能推1 個凸盤，適用于細紗機錠數較少的短車，在錠數較多的長車或超長車上使用時，尤其是落紗用時較短的低支紗時，會導致細紗機主機停車等待落管完成的狀況發(fā)生。這種落管方式降低了細紗機的運行效率、浪費了紡紗時間。

1.3 新型精確落管方式在細紗機中的應用

新型精確落管既要考慮落管的速度，又要考慮落管的精確度。為此使用高低凸盤的方法，在需要落管的位置擺放高柱凸盤、在不需要落管的位置擺放低柱凸盤。利用傳統儲管倉落管方式，高凸盤經過儲管倉下端時帶走紗管，低凸盤經過儲管倉下端時不帶走紗管。為保證落管結束時高低凸盤擺放位置的準確，在儲管倉的出管處加裝了3 組對射光電開關，分別檢測低凸盤、高凸盤和紗管，當落管數大于細紗機錠數，并且光電開關檢測到只有低凸盤、沒有高凸盤和紗管時，PLC 開始計數；當累加的低凸盤計數等于檢測低凸盤的光電開關到第一個錠子之間的凸盤數時落管停止，這樣就完成了精確落管。這種精確落管方式落管速度快、在車頭車尾不需要落管的凸盤上不再排列紗管，提高了細紗機的運行效率，減少了不必要的勞動力消耗，實踐證明這是一種高效、穩(wěn)定、精準的落管方式。

2 電子加捻在細紗機中的設計應用

2.1 傳統機械加捻在細紗機中的應用

捻度是指紗線在單位長度內的捻回數，是紗線的重要技術指標，加捻可以使紗線具有一定的強力、彈性和光澤[3]。細紗機的加捻運動是指紗線從前羅拉送出，然后卷繞到紗管上的過程，紗線的捻度等于錠速除以前羅拉線速度。傳統的機械加捻采用齒輪傳動的方式，由細紗機的主軸帶動前羅拉旋轉。齒輪機構在運轉過程中，由于機器震動和飛花污染等原因，造成齒輪間隙增大、磨損嚴重，這些問題會嚴重影響紗線的品質，使紗線的捻度不穩(wěn)定、精確性降低。這種機械加捻的細紗機如果要更改所紡紗線的品種，需要人工更換捻度工藝齒輪，浪費大量的時間和人力并且需要計算很多的工藝參數，嚴重降低了細紗機的生產效率。

2.2 伺服控制系統電子加捻在細紗機中的應用

將伺服控制系統應用到細紗機的加捻運動中，在細紗機的主軸末端安裝一個高精度編碼器，編碼器的脈沖信號線接入前羅拉伺服驅動器脈沖信號輸入端，在人機界面設定紗線捻度，由PLC 計算出主軸到前羅拉的電子傳動比，通過MODBUS 通訊指令寫入前羅拉伺服驅動器中，在主軸旋轉時前羅拉會根據設定捻度進行旋轉。但這種電子加捻控制方式，對編碼器的安裝要求極為嚴格，安裝不當或震動都會損壞編碼器，而且編碼器長期暴露在車間外部環(huán)境里，污染物飛花極易纏繞到編碼器上造成編碼器測速不穩(wěn)，從而導致紗線的捻度不穩(wěn)定。

2.3 基于碼盤的新型變頻控制系統電子加捻在細紗機中的應用

鑒于上述兩種加捻方法的缺點，設計了一種基于碼盤的新型變頻控制系統電子加捻方法。在細紗機的主軸上安裝一個60 孔的碼盤，在碼盤側面安裝一個磁性測速傳感器，在主軸轉動時，每個碼盤上的開孔經過測速傳感器，就會輸出一個高電平信號，這樣細紗機主軸每轉動一圈，測速傳感器就會輸出60 個高電平信號。把測速傳感器的信號同時接到PLC 的輸入端和前羅拉變頻器的脈沖接收端，這樣碼盤測速傳感器就同時起到主軸測速和控制前羅拉變頻器的作用。在人機界面輸入設定的捻度，PLC 計算出電子傳動比，通過MODBUS 通信指令寫入前羅拉變頻器中，前羅拉變頻器驅動同步電機，進而帶動前羅拉旋轉，控制原理見圖1。

圖1 變頻控制系統電子加捻原理圖

這種使用碼盤測量主軸轉速，通過前羅拉變頻器驅動同步電機的電子加捻方法，相比使用伺服控制系統的電子加捻方法，在保持紡紗捻度精準、穩(wěn)定的基礎上節(jié)省了大量的設備成本。磁性測速傳感器與碼盤是一種無接觸測速，而且碼盤安裝在封閉環(huán)境里不易受到污染，相比使用編碼器更加經久耐用。該電子加捻控制方法操作便捷、紗線技術指標穩(wěn)定、設備故障率低，具有較高的使用價值。

3 智能網絡在細紗機中的設計應用

3.1 智能網絡技術應用于細紗機控制系統的必要性

智能網絡是指將不同的硬件設備進行連接，形成一種高效的計算機網絡系統。智能網絡已經被應用到工業(yè)控制的各個領域，細紗機作為紡紗的重要設備具有紗錠數量多、運行環(huán)境復雜、各項技術指標要求高等特點，如果細紗機車間某一臺、某一錠出現問題不及時發(fā)現處理，會造成大批次的紗線不符合標準，使紡織廠的經濟、信譽蒙受損失。針對這些潛在風險，將智能網絡引入細紗機設備，可以幫助車間管理者了解每臺機器、每個錠子的運轉狀態(tài)，當某臺、某錠運行出現問題時能夠及時在線發(fā)出報警信息，做到“早發(fā)現、早處理”。

3.2 單錠檢測技術在細紗機中的應用

細紗機的單錠檢測是指在細紗機的鋼領板上安裝傳感器，用于檢測錠子的運行情況。傳感器有光電式和電磁式兩種，其原理是檢測每一錠鋼領上鋼絲圈的運行情況，并將錠子紗線斷頭和弱捻等信息反饋給PLC[4]。安裝在鋼領板上的檢測條都配有撥碼開關，用于設定不同的二進制地址為每一錠進行編號定位，當某一錠紗線斷頭或者捻度異常時，單錠檢測系統會把錠號匯報給PLC，PLC 實時統計整臺車每一錠的運行狀態(tài)，將錠的斷頭、弱捻等信息顯示到人機界面。單錠檢測系統為擋車工提供快速指引，發(fā)現弱捻/斷頭/故障錠位，避免無效巡回，在一定程度上節(jié)約了勞動力，使每個擋車工可以兼顧更多的細紗機。單錠檢測系統還可以統計每臺車的開車留頭率和千錠斷頭率，這些數據都是表現細紗機運行狀態(tài)的重要信息。

3.3 消息隊列遙測傳輸（MQTT）通信協議在細紗機聯網中的應用

MQTT 通信協議是一個基于客戶端和服務器消息發(fā)布和訂閱的傳輸協議，MQTT 通信協議具有數據格式簡潔、可靠性強、簡單易用等優(yōu)點[5]。每臺細紗機通過在的人機界面上輸入不同的ID 信息加以區(qū)分，每臺細紗機的各種運行狀態(tài)數據、參數設定數據和單錠檢測數據通過MQTT 通信協議發(fā)送給服務器，管理人員坐在顯示器前就可以實時在線監(jiān)控每一臺細紗機、每一個錠子的紡紗運行狀態(tài)。系統還支持各種數據的比較與分析，數據統計結果為管理者制定工作計劃、考核勞動效率、查找問題原因提供了強大的技術支持。

4 結束語

控制精度高、操作便捷、故障率低和狀態(tài)實時監(jiān)控已經成為細紗機產品的發(fā)展趨勢，本文介紹了一種新型細紗機，它擁有快速精確落管系統、電子加捻控制系統和智能網絡系統。這些先進技術、先進設備的應用可以提高紡織企業(yè)的生產效率、降低運營成本。