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紡織機(jī)械的機(jī)電一體化現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

http://m.007sbw.cn 2005-06-02 14:32 《中華工控網(wǎng)》原創(chuàng)

  國(guó)際紡織技術(shù)以電子信息技術(shù)為主導(dǎo),以新材料和高精度自動(dòng)化機(jī)械加工技術(shù)為基礎(chǔ),運(yùn)用光、機(jī)、電、氣動(dòng)、液壓等傳感技術(shù)和變頻調(diào)速等傳動(dòng)技術(shù)開發(fā)研制了一代又一代現(xiàn)代化新設(shè)備,實(shí)現(xiàn)了紡織生產(chǎn)過程中各種工藝參數(shù)的在線檢測(cè)、顯示、自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)了設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、顯示、超限報(bào)警、自停、甚至故障自動(dòng)排除、高度自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備能嚴(yán)格按照設(shè)定的工藝要求,以定性、定量、規(guī)范化的機(jī)械動(dòng)作實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)紡織生產(chǎn)中依靠操作人員技術(shù)熟練程度完成的各種簡(jiǎn)單重復(fù)的手工操作,保證和提高了產(chǎn)品質(zhì)量,提高了生產(chǎn)效率,降低了產(chǎn)品成本,增強(qiáng)了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力.
  近十多年來(lái)我國(guó)紡織機(jī)械行業(yè)的自動(dòng)化水平有了明顯的提高,在新型紡織機(jī)械上普遍采用了自動(dòng)化技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的內(nèi)容包含了先進(jìn)的信息處理和控制技術(shù),即以計(jì)算機(jī)為核心,有PLC、工控機(jī)、單片機(jī)、人機(jī)界面、現(xiàn)場(chǎng)總線等組成的控制系統(tǒng)。先進(jìn)的驅(qū)動(dòng)技術(shù),有變頻調(diào)速,交流伺服,步進(jìn)電機(jī)等;檢測(cè)傳感技術(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等.

  自動(dòng)化設(shè)備

  在紡織機(jī)械上的應(yīng)用

  人機(jī)界面的應(yīng)用

  近年來(lái)在紡織設(shè)備上人機(jī)界面技術(shù)應(yīng)用發(fā)展很快,需用量逐年增加。單機(jī)自動(dòng)化程度較高的設(shè)備,設(shè)計(jì)時(shí)選用了觸摸屏人機(jī)界面,例如高產(chǎn)梳棉機(jī)、精梳機(jī)、新型粗紗機(jī)、數(shù)控細(xì)紗機(jī)、高檔的分條整經(jīng)機(jī)和漿紗機(jī)等采用觸摸屏人機(jī)界面。人機(jī)界面年需用量2002年約為20000臺(tái),目前多數(shù)為文本顯示方式。主要選用西門子公司、三菱公司、光洋公司、Digital公司的人機(jī)界面產(chǎn)品,其次有松下、日立、Omron、貝加萊、臺(tái)達(dá)等公司的產(chǎn)品.

  PLC的應(yīng)用

  清花、梳棉、并條、精梳、粗紗、絡(luò)筒、并紗、捻線、整經(jīng)、漿紗、無(wú)梭織機(jī)等均已采用,可見,PLC在紡織設(shè)備上應(yīng)用已普及,紡織設(shè)備上用的PLC,其I/O點(diǎn)數(shù)范圍:8~512點(diǎn),約85%以上為8~112點(diǎn)。PLC的年需用量,2002約24000臺(tái),比2000年增長(zhǎng)33%。主要選用了西門子公司、光洋公司、三菱公司的PLC產(chǎn)品,其次有松下、Omron、富士、LG等公司的產(chǎn)品。噴氣織機(jī)的控制系統(tǒng),甚至選用了貝加萊公司的PCC(可編程計(jì)算機(jī)控制器),其性能優(yōu)于一般PLC.

  變頻器的應(yīng)用

  在紡織機(jī)械上變頻器的應(yīng)用,基本上與PLC相同,從清花設(shè)備到無(wú)梭織機(jī)都已采用。在紡織設(shè)備上應(yīng)用的變頻器容量范圍0.37kw~500kw,90%以上為0.37kw~37kw。大容量的變頻器只有化纖設(shè)備上應(yīng)用,需要量少。變頻器的年需要量,2002年約為16000臺(tái),比2000年增長(zhǎng)15%。主要選用倫茨公司、明電舍公司、富士公司、LG公司變頻器產(chǎn)品,其次有ABB、施耐德、西門子、三菱、安川、臺(tái)達(dá)等公司的產(chǎn)品.

  交流伺服系統(tǒng)的應(yīng)用

  紡織設(shè)備上應(yīng)用交流伺服技術(shù)是為了提高設(shè)備的性能,滿足高精度控制的要求,目前已有高檔梳棉機(jī)、帶自動(dòng)調(diào)勻整的并條機(jī)、新型粗紗機(jī)、數(shù)控細(xì)紗機(jī)、分條整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī)、園網(wǎng)印花機(jī)等設(shè)備應(yīng)用了交流伺服。國(guó)內(nèi)無(wú)梭織機(jī)制造廠已開發(fā)出交流伺服的電子送經(jīng)和電子卷取,今后交流伺服的需用量將非??捎^。交流伺服的年需用量,2002年約2500臺(tái)。主要選用了倫茨、西門子、三洋、安川、日立等公司的產(chǎn)品.

  步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用

  步進(jìn)電機(jī)由于具有轉(zhuǎn)子慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn),成了計(jì)算機(jī)應(yīng)用項(xiàng)目中的主要執(zhí)行元件之一,尤其是在精確定位場(chǎng)合中得到了廣泛的應(yīng)用。用微型計(jì)算機(jī)產(chǎn)生各種步進(jìn)脈沖驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)去達(dá)到各種控制、測(cè)試目的,在紡織設(shè)備上己屢見不鮮了。采用微機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)的變頻特性運(yùn)用在織機(jī)的送經(jīng)裝置中很好地解決了經(jīng)線內(nèi)部張力不均勻的問題,使產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍.

  另外,光電檢測(cè)(單向輻射),微機(jī)控制、步進(jìn)電機(jī)-鐵炮變速的自調(diào)勻整裝置測(cè)控準(zhǔn)確、靈敏度高、適應(yīng)性好、抗干擾能力強(qiáng)、調(diào)節(jié)方便,可取代傳統(tǒng)的自調(diào)勻整器.

  工控機(jī)的應(yīng)用

  因多數(shù)紡織設(shè)備可以用PLC來(lái)滿足生產(chǎn)工藝的控制要求,只有少數(shù)設(shè)備為了達(dá)到較復(fù)雜的控制要求,采用工控機(jī)加PLC構(gòu)成控制系統(tǒng),例如漿紗機(jī)、新型粗紗機(jī)、部分化纖設(shè)備。目前在紡織行業(yè)中工控機(jī)的用量較少.

  現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用

  紡織設(shè)備上應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)剛開始起步,僅少數(shù)設(shè)備應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù),如數(shù)控細(xì)紗機(jī),漿紗機(jī),分條整經(jīng)機(jī)、雙層起毛機(jī)、直捻機(jī),錦、滌綸紡絲后加工設(shè)備應(yīng)用了Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線,新型粗紗機(jī)和圓網(wǎng)印花機(jī)應(yīng)用了CANbus現(xiàn)場(chǎng)總線.

  紡織機(jī)械專用自動(dòng)化裝置的開發(fā)與應(yīng)用

  梳棉機(jī)自調(diào)勻整裝置

  國(guó)產(chǎn)清梳聯(lián)設(shè)備配用的高產(chǎn)梳棉機(jī)均帶有自動(dòng)調(diào)勻裝置,大多數(shù)屬于混合環(huán)控制,以檢測(cè)喂入棉層的厚度,控制短片段不勻,采用喇叭口壓力檢測(cè)或采用凹凸羅拉、階梯羅拉檢測(cè)輸出棉條的粗細(xì),控制長(zhǎng)片段不勻。兩處檢測(cè)到的信號(hào),送入控制器經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算,控制給棉羅拉的速度,達(dá)到自調(diào)勻整的目的。國(guó)內(nèi)給棉羅拉調(diào)速多數(shù)采用變頻控制,若要求提高控制精度可以采用交流伺服控制。國(guó)產(chǎn)梳棉機(jī)自調(diào)勻整裝置經(jīng)過多年的生產(chǎn)使用,已趨成熟,裝置的年生產(chǎn)量已達(dá)到1200套~1500套,供主機(jī)配套使用.

  并條機(jī)自調(diào)勻整裝置

  國(guó)內(nèi)并條機(jī)主要生產(chǎn)廠沈陽(yáng)、天門、寶成廠均生產(chǎn)帶有自調(diào)勻整的并條機(jī),自調(diào)勻整裝置由專業(yè)廠開發(fā)生產(chǎn),也有主機(jī)廠自主開發(fā)的,目前成熟配套的裝置主要為三種型號(hào),由洛陽(yáng)613研究所開發(fā)的BYD型,烏斯特公司的USC型和USG型??刂品绞讲捎冒纪沽_拉檢測(cè)喂入棉條粗細(xì),經(jīng)過計(jì)算機(jī)運(yùn)算,控制交流伺服驅(qū)動(dòng)器和電機(jī),改變主牽伸的牽伸倍數(shù),達(dá)到勻整的目的。613研究所開發(fā)的BYD型自調(diào)勻整裝置已為國(guó)產(chǎn)FA326、FA332、FA319型并條機(jī)配套,可適應(yīng)并條機(jī)的最高速度800m/min,勻整最短片段為15mm,與不加勻整相比,條干CV值下降0.2~0.5個(gè)百分點(diǎn),5米重不勻在0.4%~0.5%以下,已生產(chǎn)100多套供用戶使用.

  粗紗機(jī)的CCD張力檢測(cè)、微調(diào)裝置

  在2004年中國(guó)國(guó)際紡織機(jī)械展覽上,F(xiàn)B411懸錠毛紡粗紗機(jī),取消了傳統(tǒng)的曲線錐輪傳動(dòng)系統(tǒng)、成形機(jī)構(gòu)及張力微調(diào)裝置,用兩個(gè)電機(jī)在先進(jìn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)和變頻器的控制下,完成粗紗的卷繞成形以及牽伸、加捻的同步運(yùn)轉(zhuǎn),錠翼的機(jī)械轉(zhuǎn)速提高到1400轉(zhuǎn)/分。先進(jìn)的高精度的CCD傳感器,可以隨機(jī)檢測(cè)粗紗張力,再由工業(yè)計(jì)算機(jī)控制其粗紗張力始終處于最佳狀態(tài).

  細(xì)紗機(jī)的電子凸輪

  新型數(shù)控細(xì)紗機(jī)除了錠子傳動(dòng)用變頻調(diào)速,羅拉傳動(dòng)、集體落紗用交流伺服外,還采用了電子凸輪替代原機(jī)械凸輪。其原理為計(jì)算機(jī)控制交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼令板升降運(yùn)動(dòng)。采用了電子凸輪技術(shù)后,改變了傳統(tǒng)的紡紗成形工藝,可根據(jù)用戶紡紗品種的要求,通過參數(shù)設(shè)置,任意改變紡紗成形,以滿足新產(chǎn)品發(fā)展的需要.

  異纖維自動(dòng)檢測(cè)和織物自動(dòng)檢測(cè)

  紡織廠采用人工方法挑揀棉花中的異纖維和織物的疵點(diǎn),這種傳統(tǒng)方法用工多,為了降低成本,開發(fā)自動(dòng)化裝置十分必要。在2002年國(guó)際紡機(jī)展上,展出了國(guó)產(chǎn)的異纖維檢測(cè)裝置(大連貴友科技有限公司)和織物自動(dòng)檢驗(yàn)裝置(中國(guó)紡機(jī)集團(tuán)宏大研究院)。這兩項(xiàng)裝置均采用攝像技術(shù),影響信息經(jīng)過計(jì)算機(jī)圖像處理,能精確分辨出異纖大小和位置,這項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,當(dāng)然這兩項(xiàng)裝置上有一個(gè)完整過程,才能批量生產(chǎn)推向市場(chǎng).

  并條機(jī)和無(wú)梭織機(jī)的

  機(jī)電一體化

  新型并條機(jī)

  FA327型并條機(jī)是經(jīng)緯紡織機(jī)械股份有限公司綜合了國(guó)內(nèi)外名機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)開發(fā)的新型并條機(jī)。適紡22-76mm棉及棉型化纖的純紡及混紡。主要特點(diǎn):

 ?。?)主電機(jī)變頻調(diào)速,啟動(dòng)平穩(wěn),升速時(shí)間可以調(diào)整,這樣可以達(dá)到最佳啟動(dòng)狀態(tài)。

 ?。?)主機(jī)采用可編程序控制器(PLC)控制,實(shí)現(xiàn)整機(jī)運(yùn)行自動(dòng)化。

  (3)廣泛采用皮帶傳動(dòng),傳動(dòng)平穩(wěn),噪音低。

 ?。?)導(dǎo)條架采用鋁型材,減輕重量,使整個(gè)機(jī)器外觀整齊美觀。

  (5)采用氣動(dòng)剝棉裝置,定時(shí)剝棉,充分保證吸風(fēng)效果,配有貯棉倉(cāng),減輕操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

 ?。?)增加積極斷條裝置,確保滿筒后斷條可靠。

  無(wú)梭織機(jī)的自動(dòng)化技術(shù)現(xiàn)狀

  國(guó)產(chǎn)無(wú)梭織機(jī)的電控系統(tǒng),除了一部分機(jī)器采用PLC和PCC組成的控制系統(tǒng)外,目前約有三分之二的主機(jī)采用以單片機(jī)為主組成的專用控制系統(tǒng)。自制的專用控制裝置,成本低,但在可靠性方面因與元器件的質(zhì)量、篩選老化、加工工藝等多種因素有關(guān),要做到高可靠很不容易。

  電子儲(chǔ)緯器:國(guó)內(nèi)有10多個(gè)廠家開發(fā)生產(chǎn)儲(chǔ)緯器,每年產(chǎn)量達(dá)數(shù)萬(wàn)頭供主機(jī)配套,國(guó)產(chǎn)儲(chǔ)緯器價(jià)格比較低,其性能基本上能滿足國(guó)產(chǎn)無(wú)梭織機(jī)的需要。產(chǎn)品水平屬國(guó)際上九十年代初水平,有待開發(fā)新一代的產(chǎn)品.

  電子選緯器:我國(guó)已大量生產(chǎn)電磁式結(jié)構(gòu)的電子選緯器,滿足國(guó)內(nèi)劍桿織機(jī)的配套需要,隨著國(guó)產(chǎn)劍桿織機(jī)水平的提高,新一代的電子選緯器必然要替代電磁式選緯器,中國(guó)紡科院開發(fā)的步進(jìn)電機(jī)控制的選緯器取得成功,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。電子送經(jīng)和電子卷取替代機(jī)械送經(jīng)器和機(jī)械卷曲既能提高產(chǎn)品質(zhì)量,解決織疵問題,又可任意調(diào)節(jié)緯密??焖僮兓贩N,是發(fā)展方向。國(guó)內(nèi)各無(wú)梭織機(jī)制造廠積極開發(fā)交流伺服電機(jī)控制的電子送經(jīng)和電子卷取,技術(shù)已經(jīng)過關(guān)。但是目前配套生產(chǎn)量不多,主要原因是交流伺服的價(jià)格偏高,一定程度影響了推廣應(yīng)用。隨著交流伺服的發(fā)展,成本降低,電子送經(jīng)和電子卷取將會(huì)廣泛應(yīng)用.

  電子多臂和電子提花裝置:這兩種裝置是高度機(jī)電一體化產(chǎn)品,因具有適應(yīng)小批量多品種、快捷翻改品種的優(yōu)點(diǎn),是很有前景的產(chǎn)品。由于產(chǎn)品技術(shù)難度大,要解決電磁機(jī)構(gòu)的快速響應(yīng)問題和精密機(jī)械加工技術(shù),雖有不少單位想介入開發(fā),但發(fā)展并不快,目前國(guó)產(chǎn)的電子多臂和電子提花已有常熟紡機(jī)廠小批量生產(chǎn)供應(yīng)市場(chǎng).

  無(wú)梭織機(jī)的主傳動(dòng)技術(shù):采用開關(guān)磁阻電機(jī)作為無(wú)梭織機(jī)的主傳動(dòng)帶來(lái)許多好處,減少傳動(dòng)齒輪、不用皮帶和皮帶盤,不用電磁離合器和剎車盤,不用尋緯電機(jī),節(jié)能10%等優(yōu)點(diǎn),國(guó)內(nèi)開關(guān)磁阻電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品(北京中紡機(jī)電研究所),目前還在與無(wú)梭織機(jī)主機(jī)廠合作,共同開發(fā)應(yīng)用技術(shù),如能取得成功,將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白.

  紡織機(jī)械機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

  基于網(wǎng)絡(luò)連接的柔性化、數(shù)字化產(chǎn)品是今后紡織機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)。

  適應(yīng)紡織品向多品種小批量、短周期、時(shí)尚化的發(fā)展趨勢(shì),紡織機(jī)械必須實(shí)現(xiàn)柔性化。柔性化有兩層含義,首先是產(chǎn)品具有自適應(yīng)性,如紡紗設(shè)備能方便的適應(yīng)不同種類的纖維,織機(jī)能滿足多種織物對(duì)織造工藝的要求,在變換品種時(shí)能做到方便快捷;其次,紡織機(jī)械設(shè)備制造商具備根據(jù)用戶的要求而為用戶度身定制的能力,如果不能對(duì)用戶的需求作出迅捷的有效的反應(yīng),那么就有可能失去用戶,從而在競(jìng)爭(zhēng)中處于不利地位。實(shí)現(xiàn)柔性化的必要條件是我們的產(chǎn)品設(shè)計(jì)必須貫徹模塊化的設(shè)計(jì)理念.

  在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,由于廣泛采用基于PLC、PCC、(ProgrammableComputerController—可編程計(jì)算機(jī)控制器)、PCS(ProcessControlSystem—過程控制系統(tǒng))、FCS(FieldbusControlSystem—現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng))的解決方案,變頻調(diào)速、交流伺服調(diào)速的普及化,不僅使設(shè)備的自動(dòng)化水平大大提高,而且使機(jī)械結(jié)構(gòu),特別是機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。
如畢加樂的Gamma劍桿織機(jī)和OMNI噴氣織機(jī)采用SUMO超級(jí)主馬達(dá),由主馬達(dá)直接傳動(dòng)織機(jī),不再需要傳動(dòng)皮帶以及離合器和剎車盤;在新型的FA486型粗紗機(jī)中就取消了復(fù)雜的鐵炮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)電一體化水平的提高,使紡織機(jī)械的分部傳動(dòng)得以實(shí)現(xiàn),這也使模塊化設(shè)計(jì)成為可能。不僅機(jī)械部分,就是電氣控制部分也采用模塊化的設(shè)計(jì)思想,各功能單元都采用插槽式的結(jié)構(gòu),不同功能模塊的組合,就能滿足千變?nèi)f化的用戶需求。模塊化的產(chǎn)品設(shè)計(jì),是今后技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),對(duì)此我們必須有充分的認(rèn)識(shí).

  大規(guī)模定制生產(chǎn)技術(shù)實(shí)際上也是基于模塊化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上的。數(shù)字化不僅使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制成為可能,而且是企業(yè)實(shí)施MRP、MRPⅡ及ERP的基礎(chǔ)。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的形成,以面向企業(yè)內(nèi)部信息集成為主的MRP、MRPⅡ系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足企業(yè)多元化(多行業(yè))、跨地區(qū)、多供應(yīng)和銷售渠道、全球化經(jīng)營(yíng)管理模式的要求.
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