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新聞詳情

紡織機械的機電一體化現狀與發展趨勢

http://www.gjzbw99.com 2005-06-02 14:32 《中華工控網》原創

  國際紡織技術以電子信息技術為主導,以新材料和高精度自動化機械加工技術為基礎,運用光、機、電、氣動、液壓等傳感技術和變頻調速等傳動技術開發研制了一代又一代現代化新設備,實現了紡織生產過程中各種工藝參數的在線檢測、顯示、自動控制和自動調節,實現了設備運行的自動監測、顯示、超限報警、自停、甚至故障自動排除、高度自動化的生產設備能嚴格按照設定的工藝要求,以定性、定量、規范化的機械動作實現傳統紡織生產中依靠操作人員技術熟練程度完成的各種簡單重復的手工操作,保證和提高了產品質量,提高了生產效率,降低了產品成本,增強了產品的競爭力.
  近十多年來我國紡織機械行業的自動化水平有了明顯的提高,在新型紡織機械上普遍采用了自動化技術。這項技術的內容包含了先進的信息處理和控制技術,即以計算機為核心,有PLC、工控機、單片機、人機界面、現場總線等組成的控制系統。先進的驅動技術,有變頻調速,交流伺服,步進電機等;檢測傳感技術和執行機構等.

  自動化設備

  在紡織機械上的應用

  人機界面的應用

  近年來在紡織設備上人機界面技術應用發展很快,需用量逐年增加。單機自動化程度較高的設備,設計時選用了觸摸屏人機界面,例如高產梳棉機、精梳機、新型粗紗機、數控細紗機、高檔的分條整經機和漿紗機等采用觸摸屏人機界面。人機界面年需用量2002年約為20000臺,目前多數為文本顯示方式。主要選用西門子公司、三菱公司、光洋公司、Digital公司的人機界面產品,其次有松下、日立、Omron、貝加萊、臺達等公司的產品.

  PLC的應用

  清花、梳棉、并條、精梳、粗紗、絡筒、并紗、捻線、整經、漿紗、無梭織機等均已采用,可見,PLC在紡織設備上應用已普及,紡織設備上用的PLC,其I/O點數范圍:8~512點,約85%以上為8~112點。PLC的年需用量,2002約24000臺,比2000年增長33%。主要選用了西門子公司、光洋公司、三菱公司的PLC產品,其次有松下、Omron、富士、LG等公司的產品。噴氣織機的控制系統,甚至選用了貝加萊公司的PCC(可編程計算機控制器),其性能優于一般PLC.

  變頻器的應用

  在紡織機械上變頻器的應用,基本上與PLC相同,從清花設備到無梭織機都已采用。在紡織設備上應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備上應用,需要量少。變頻器的年需要量,2002年約為16000臺,比2000年增長15%。主要選用倫茨公司、明電舍公司、富士公司、LG公司變頻器產品,其次有ABB、施耐德、西門子、三菱、安川、臺達等公司的產品.

  交流伺服系統的應用

  紡織設備上應用交流伺服技術是為了提高設備的性能,滿足高精度控制的要求,目前已有高檔梳棉機、帶自動調勻整的并條機、新型粗紗機、數控細紗機、分條整經機、漿紗機、園網印花機等設備應用了交流伺服。國內無梭織機制造廠已開發出交流伺服的電子送經和電子卷取,今后交流伺服的需用量將非常可觀。交流伺服的年需用量,2002年約2500臺。主要選用了倫茨、西門子、三洋、安川、日立等公司的產品.

  步進電機系統的應用

  步進電機由于具有轉子慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點,成了計算機應用項目中的主要執行元件之一,尤其是在精確定位場合中得到了廣泛的應用。用微型計算機產生各種步進脈沖驅動步進電機去達到各種控制、測試目的,在紡織設備上己屢見不鮮了。采用微機控制的步進電機的變頻特性運用在織機的送經裝置中很好地解決了經線內部張力不均勻的問題,使產品的質量產生了質的飛躍.

  另外,光電檢測(單向輻射),微機控制、步進電機-鐵炮變速的自調勻整裝置測控準確、靈敏度高、適應性好、抗干擾能力強、調節方便,可取代傳統的自調勻整器.

  工控機的應用

  因多數紡織設備可以用PLC來滿足生產工藝的控制要求,只有少數設備為了達到較復雜的控制要求,采用工控機加PLC構成控制系統,例如漿紗機、新型粗紗機、部分化纖設備。目前在紡織行業中工控機的用量較少.

  現場總線技術的應用

  紡織設備上應用現場總線技術剛開始起步,僅少數設備應用這項技術,如數控細紗機,漿紗機,分條整經機、雙層起毛機、直捻機,錦、滌綸紡絲后加工設備應用了Profibus現場總線,新型粗紗機和圓網印花機應用了CANbus現場總線.

  紡織機械專用自動化裝置的開發與應用

  梳棉機自調勻整裝置

  國產清梳聯設備配用的高產梳棉機均帶有自動調勻裝置,大多數屬于混合環控制,以檢測喂入棉層的厚度,控制短片段不勻,采用喇叭口壓力檢測或采用凹凸羅拉、階梯羅拉檢測輸出棉條的粗細,控制長片段不勻。兩處檢測到的信號,送入控制器經計算機運算,控制給棉羅拉的速度,達到自調勻整的目的。國內給棉羅拉調速多數采用變頻控制,若要求提高控制精度可以采用交流伺服控制。國產梳棉機自調勻整裝置經過多年的生產使用,已趨成熟,裝置的年生產量已達到1200套~1500套,供主機配套使用.

  并條機自調勻整裝置

  國內并條機主要生產廠沈陽、天門、寶成廠均生產帶有自調勻整的并條機,自調勻整裝置由專業廠開發生產,也有主機廠自主開發的,目前成熟配套的裝置主要為三種型號,由洛陽613研究所開發的BYD型,烏斯特公司的USC型和USG型。控制方式采用凹凸羅拉檢測喂入棉條粗細,經過計算機運算,控制交流伺服驅動器和電機,改變主牽伸的牽伸倍數,達到勻整的目的。613研究所開發的BYD型自調勻整裝置已為國產FA326、FA332、FA319型并條機配套,可適應并條機的最高速度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個百分點,5米重不勻在0.4%~0.5%以下,已生產100多套供用戶使用.

  粗紗機的CCD張力檢測、微調裝置

  在2004年中國國際紡織機械展覽上,FB411懸錠毛紡粗紗機,取消了傳統的曲線錐輪傳動系統、成形機構及張力微調裝置,用兩個電機在先進的工業計算機和變頻器的控制下,完成粗紗的卷繞成形以及牽伸、加捻的同步運轉,錠翼的機械轉速提高到1400轉/分。先進的高精度的CCD傳感器,可以隨機檢測粗紗張力,再由工業計算機控制其粗紗張力始終處于最佳狀態.

  細紗機的電子凸輪

  新型數控細紗機除了錠子傳動用變頻調速,羅拉傳動、集體落紗用交流伺服外,還采用了電子凸輪替代原機械凸輪。其原理為計算機控制交流伺服電機驅動鋼令板升降運動。采用了電子凸輪技術后,改變了傳統的紡紗成形工藝,可根據用戶紡紗品種的要求,通過參數設置,任意改變紡紗成形,以滿足新產品發展的需要.

  異纖維自動檢測和織物自動檢測

  紡織廠采用人工方法挑揀棉花中的異纖維和織物的疵點,這種傳統方法用工多,為了降低成本,開發自動化裝置十分必要。在2002年國際紡機展上,展出了國產的異纖維檢測裝置(大連貴友科技有限公司)和織物自動檢驗裝置(中國紡機集團宏大研究院)。這兩項裝置均采用攝像技術,影響信息經過計算機圖像處理,能精確分辨出異纖大小和位置,這項新技術的應用,填補了國內空白,當然這兩項裝置上有一個完整過程,才能批量生產推向市場.

  并條機和無梭織機的

  機電一體化

  新型并條機

  FA327型并條機是經緯紡織機械股份有限公司綜合了國內外名機型的優點而設計開發的新型并條機。適紡22-76mm棉及棉型化纖的純紡及混紡。主要特點:

  (1)主電機變頻調速,啟動平穩,升速時間可以調整,這樣可以達到最佳啟動狀態。

  (2)主機采用可編程序控制器(PLC)控制,實現整機運行自動化。

  (3)廣泛采用皮帶傳動,傳動平穩,噪音低。

  (4)導條架采用鋁型材,減輕重量,使整個機器外觀整齊美觀。

  (5)采用氣動剝棉裝置,定時剝棉,充分保證吸風效果,配有貯棉倉,減輕操作工人勞動強度。

  (6)增加積極斷條裝置,確保滿筒后斷條可靠。

  無梭織機的自動化技術現狀

  國產無梭織機的電控系統,除了一部分機器采用PLC和PCC組成的控制系統外,目前約有三分之二的主機采用以單片機為主組成的專用控制系統。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量、篩選老化、加工工藝等多種因素有關,要做到高可靠很不容易。

  電子儲緯器:國內有10多個廠家開發生產儲緯器,每年產量達數萬頭供主機配套,國產儲緯器價格比較低,其性能基本上能滿足國產無梭織機的需要。產品水平屬國際上九十年代初水平,有待開發新一代的產品.

  電子選緯器:我國已大量生產電磁式結構的電子選緯器,滿足國內劍桿織機的配套需要,隨著國產劍桿織機水平的提高,新一代的電子選緯器必然要替代電磁式選緯器,中國紡科院開發的步進電機控制的選緯器取得成功,填補了國內空白。電子送經和電子卷取替代機械送經器和機械卷曲既能提高產品質量,解決織疵問題,又可任意調節緯密。快速變化品種,是發展方向。國內各無梭織機制造廠積極開發交流伺服電機控制的電子送經和電子卷取,技術已經過關。但是目前配套生產量不多,主要原因是交流伺服的價格偏高,一定程度影響了推廣應用。隨著交流伺服的發展,成本降低,電子送經和電子卷取將會廣泛應用.

  電子多臂和電子提花裝置:這兩種裝置是高度機電一體化產品,因具有適應小批量多品種、快捷翻改品種的優點,是很有前景的產品。由于產品技術難度大,要解決電磁機構的快速響應問題和精密機械加工技術,雖有不少單位想介入開發,但發展并不快,目前國產的電子多臂和電子提花已有常熟紡機廠小批量生產供應市場.

  無梭織機的主傳動技術:采用開關磁阻電機作為無梭織機的主傳動帶來許多好處,減少傳動齒輪、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,節能10%等優點,國內開關磁阻電機和驅動器產品(北京中紡機電研究所),目前還在與無梭織機主機廠合作,共同開發應用技術,如能取得成功,將填補國內空白.

  紡織機械機電一體化的發展趨勢

  基于網絡連接的柔性化、數字化產品是今后紡織機械的發展趨勢。

  適應紡織品向多品種小批量、短周期、時尚化的發展趨勢,紡織機械必須實現柔性化。柔性化有兩層含義,首先是產品具有自適應性,如紡紗設備能方便的適應不同種類的纖維,織機能滿足多種織物對織造工藝的要求,在變換品種時能做到方便快捷;其次,紡織機械設備制造商具備根據用戶的要求而為用戶度身定制的能力,如果不能對用戶的需求作出迅捷的有效的反應,那么就有可能失去用戶,從而在競爭中處于不利地位。實現柔性化的必要條件是我們的產品設計必須貫徹模塊化的設計理念.

  在機械產品設計中,由于廣泛采用基于PLC、PCC、(ProgrammableComputerController—可編程計算機控制器)、PCS(ProcessControlSystem—過程控制系統)、FCS(FieldbusControlSystem—現場總線控制系統)的解決方案,變頻調速、交流伺服調速的普及化,不僅使設備的自動化水平大大提高,而且使機械結構,特別是機械傳動機構大大簡化。
如畢加樂的Gamma劍桿織機和OMNI噴氣織機采用SUMO超級主馬達,由主馬達直接傳動織機,不再需要傳動皮帶以及離合器和剎車盤;在新型的FA486型粗紗機中就取消了復雜的鐵炮傳動機構。機電一體化水平的提高,使紡織機械的分部傳動得以實現,這也使模塊化設計成為可能。不僅機械部分,就是電氣控制部分也采用模塊化的設計思想,各功能單元都采用插槽式的結構,不同功能模塊的組合,就能滿足千變萬化的用戶需求。模塊化的產品設計,是今后技術的發展趨勢,對此我們必須有充分的認識.

  大規模定制生產技術實際上也是基于模塊化設計的基礎之上的。數字化不僅使生產過程實現數字控制成為可能,而且是企業實施MRP、MRPⅡ及ERP的基礎。隨著全球經濟一體化的形成,以面向企業內部信息集成為主的MRP、MRPⅡ系統已經不能滿足企業多元化(多行業)、跨地區、多供應和銷售渠道、全球化經營管理模式的要求.
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