近十多年來我國紡織機(jī)械行業(yè)的機(jī)電一體化水平有了較明顯的提高，在新型紡織機(jī)械上普遍采用了機(jī)電一體化技術(shù)。這項技術(shù)的內(nèi)容包含了先進(jìn)的信息處理和控制技術(shù)，即以計算機(jī)為核心，有PLC、工控機(jī)、單片機(jī)、人機(jī)界面、現(xiàn)場總線等組成的控制系統(tǒng)；先進(jìn)的驅(qū)動技術(shù)，有變頻調(diào)速，交流伺服，步進(jìn)電機(jī)等；檢測傳感技術(shù)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)；精密機(jī)械技術(shù)等。棉紡織設(shè)備較有代表性的機(jī)電一體化產(chǎn)品，例如新型的粗紗機(jī)、分條整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī)，這類機(jī)器均采用了機(jī)電一體化技術(shù)，其特點(diǎn)是： （1）由計算機(jī)控制多臺變頻器，交流伺服驅(qū)動器，再分別控制多臺電動機(jī)的同步傳動系統(tǒng)。（粗紗機(jī)為二、三或四臺電機(jī)的三種方案，分條整經(jīng)機(jī)為五臺電機(jī)，漿紗機(jī)為七臺電機(jī)） （2）均采用傳感技術(shù)，檢測紗線張力，通過計算機(jī)實(shí)現(xiàn)張力控制。 （3）采用計算機(jī)軟件來完成粗紗的卷繞成形功能和實(shí)現(xiàn)經(jīng)軸、織軸的理想卷繞。 紡織機(jī)械應(yīng)用了機(jī)電一體化技術(shù)后機(jī)構(gòu)簡化，性能改善，質(zhì)量提高，操作方便，提升了設(shè)備的檔次和水平。 （1）粗紗機(jī)采用計算機(jī)控制多電機(jī)分部傳動后的效果： ①簡化了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，取消了錐輪變速裝置、三自動成形機(jī)構(gòu)、計長裝置等。 ②應(yīng)用觸摸屏人機(jī)界面，操作十分方便。 ③計算機(jī)儲存多品種的最佳工藝，更換品種十分方便。 ④產(chǎn)品質(zhì)量好，粗紗條干水平達(dá)到烏斯特公報5%的水平。 ⑤主機(jī)速度和生產(chǎn)效率提高，斷頭減少。 (2)分條整經(jīng)機(jī)采用計算機(jī)、變頻器、交流伺服組成的控制系統(tǒng)后的效果： ①經(jīng)軸卷繞張力從定性控制發(fā)展到定量控制，自動控制內(nèi)外圈張力，實(shí)現(xiàn)理想的內(nèi)緊外松，產(chǎn)品質(zhì)量好。 ②對絞精度有明顯的提高。 ③采用觸摸屏人機(jī)界面，操作簡單方便。 ④主機(jī)價格是進(jìn)口價格的三分之一，降低了紡織廠的投資。 (3)漿紗機(jī)采用計算機(jī)控制多電機(jī)分部傳動后的效果： ①簡化了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，取消了長邊軸傳動和PIV機(jī)械無級變速器。 ②伸長率和織軸卷繞張力得到了有效控制，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 ③回潮率檢測后，通過計算機(jī)與全機(jī)速度調(diào)節(jié)相連，保證回潮率的良好控制，有利于后道工序的穩(wěn)定生產(chǎn)。 ④采用觸摸屏人機(jī)界面，操作簡單方便。 ⑤機(jī)器生產(chǎn)效率有較明顯的提高。 自動絡(luò)筒機(jī)和無梭織機(jī)也是紡織行業(yè)中機(jī)電一體化水平高的產(chǎn)品，其特點(diǎn)將在后面進(jìn)行專題介紹。 1 先進(jìn)的通用自動化裝置在紡織機(jī)械上應(yīng)用的狀況 上面舉例的三種設(shè)備，主要是采用了先進(jìn)的通用自動化裝置應(yīng)用于紡織機(jī)械上來提高機(jī)電一體化水平，產(chǎn)生了好的效果。因此先進(jìn)的通用自動化裝置應(yīng)用狀況，也可從一方面反映出紡織設(shè)備的機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀。 1.1 PLC的應(yīng)用 PLC在紡織設(shè)備上應(yīng)用已普及，清花、梳棉、并條、精梳、粗紗、絡(luò)筒、并紗、捻線、整經(jīng)、漿紗、無梭織機(jī)等均已采用。 紡織設(shè)備上用的PLC，其1/0點(diǎn)數(shù)范圍：8～1024點(diǎn)，約85%以上為8～112點(diǎn)。 PLC的年需用量，2002年約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(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)，選用了貝加萊公司的PCC（可編程計算機(jī)控制器），其性能優(yōu)于一般PLC。 1.2 人機(jī)界面的應(yīng)用 近年來在紡織設(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)自動化程度較高的設(shè)備，設(shè)計時選用了觸摸屏人機(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，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、臺達(dá)等公司的產(chǎn)品。 1.3 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)備到無梭織機(jī)都已采用。 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。 變頻器年需用量，2002年約為16000臺，比2000年增長15%。 主要選用了綸茨公司、明電舍公司、富士公司、LG公司的變頻器產(chǎn)品，其次有ABB、施耐德、西門子、三菱、安川、臺達(dá)等公司的產(chǎn)品。 1.4 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。國內(nèi)無梭織機(jī)制造廠已開發(fā)出用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常可觀。 交流伺服的年需用量，2002年約2500臺。 主要選用了綸茨、西門子、三洋、安川、日立等公司的產(chǎn)品。 1.5 現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用 紡織設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)剛開始起步，僅少數(shù)設(shè)備應(yīng)用這項技術(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)場總線，新型粗紗機(jī)和圓網(wǎng)印花機(jī)應(yīng)用了CANbus現(xiàn)場總線。 1.6 工控機(jī)的應(yīng)用 因多數(shù)紡織設(shè)備可以用PLC來滿足生產(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。 2 開發(fā)和生產(chǎn)紡織專用自動化裝置的狀況 2.1 梳棉機(jī)自調(diào)勻整裝置 國產(chǎn)清梳聯(lián)設(shè)備配用的高產(chǎn)梳棉機(jī)均帶有自調(diào)勻整裝置，大多數(shù)屬于混合環(huán)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(xì)，控制長片段不勻。兩處檢測到的信號，送入控制器經(jīng)計算機(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用交流伺服控制。 國產(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)1200套—1500套，供主機(jī)配套使用。 2.2 并條機(jī)自調(diào)勻整裝置 國內(nèi)并條機(jī)主要生產(chǎn)廠沈陽、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產(chǎn)品，由洛陽613研究所開發(fā)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的粗細(xì)，經(jīng)過計算機(jī)運(yùn)算，控制交流伺服驅(qū)動器和電機(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)勻整裝置已為國產(chǎn)FA326、FA322、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。 2.3 粗紗機(jī)的CCD張力檢測、微調(diào)裝置 在2002年國際紡機(jī)展上，國內(nèi)天津紡機(jī)、無錫宏源、河北太行機(jī)械廠等六家廠商展出的粗紗機(jī)均配有CCD張力檢測和微調(diào)裝置，采用檢測3個錠子的粗紗張力變化，輸入計算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，控制卷繞電機(jī)速度微調(diào)，達(dá)到控制張力的目的。 國產(chǎn)CCD裝置的生產(chǎn)由專業(yè)傳感器廠生產(chǎn)或主機(jī)廠自制開發(fā)生產(chǎn)兩種方式，目前多數(shù)生產(chǎn)廠是作為用戶選用件。 2.4 細(xì)紗機(jī)的電子凸輪 新型數(shù)控細(xì)紗機(jī)除了錠子傳動用變頻調(diào)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(jī)械凸輪。其原理為計算機(jī)控制交流伺服電機(jī)驅(qū)動鋼令板升降運(yùn)動。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。 2.5 異纖維自動檢測裝置和織物自動檢驗裝置 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)的方法用工多，為了降低成本，開發(fā)自動化裝置十分必要。在2002年國際紡機(jī)展上，展出了國產(chǎn)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(jī)集團(tuán)宏大研究院)。這兩項裝置均采用攝像技術(shù)，影像信息經(jīng)過計算機(jī)圖像處理，能精確分辨出異纖大小和位置，或織物疵點(diǎn)的大小和位置，這項新技術(shù)的應(yīng)用，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，當(dāng)然這兩項裝置尚有一個完善過程，才能批量生產(chǎn)推向市場。 3 自動絡(luò)筒機(jī)和無梭織機(jī)的機(jī)電一體化 3.1 自動絡(luò)筒機(jī)的機(jī)電一體化 國產(chǎn)新一代的自動絡(luò)筒機(jī)在2002年國際紡機(jī)展上展出，其特點(diǎn)是機(jī)電一體化水平有了進(jìn)一步的提高，換管、大小吸嘴、自動捻接等各項動作均由單獨(dú)電機(jī)傳動，由電腦控制各種動作既方便又快捷，取消了齒輪、凸輪、連桿等機(jī)械傳動，簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，提高了機(jī)器的生產(chǎn)效率，降低了消耗。 槽筒傳動采用無刷直流電機(jī)直接驅(qū)動，電機(jī)能耗降低30%，做到了電機(jī)溫升低體積小。新一代機(jī)器的成本比老一代機(jī)器相對降低。希望新一代機(jī)器能盡早成熟，替代進(jìn)口。 3.2 無梭織機(jī)的機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀 國產(chǎn)無梭織機(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。 電子儲緯器：國內(nèi)有10多個廠家開發(fā)生產(chǎn)儲緯器，每年產(chǎn)量達(dá)數(shù)萬頭供主機(jī)配套，國產(chǎn)儲緯器價格較低，其性能基本上能滿足國產(chǎn)無梭織機(jī)的需要。產(chǎn)品水平屬國際上九十年代初的水平，有待開發(fā)新一代的產(chǎn)品。 電子選緯器：我國已大量生產(chǎn)電磁式結(jié)構(gòu)的電子選緯器，滿足國內(nèi)劍桿織機(jī)的配套需要，隨著國產(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)了國內(nèi)空白。 電子送經(jīng)和電子卷取替代機(jī)械送經(jīng)和機(jī)械卷取既能提高產(chǎn)品質(zhì)量，解決織疵問題，又可任意調(diào)節(jié)緯密，快速變換品種，是發(fā)展方向。國內(nèi)各無梭織機(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)。但目前配套生產(chǎn)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(yīng)用。隨著交流伺服的發(fā)展，成本降低，電子送經(jīng)和電子卷取將會廣泛采用。 電子多臂和電子提花裝置：這兩種裝置是高度機(jī)電一體化的產(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。 無梭織機(jī)的主傳動技術(shù)：采用開關(guān)磁阻電機(jī)作為無梭織機(jī)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(jī)，節(jié)能10%等優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)已有開關(guān)磁阻電機(jī)和驅(qū)動器的產(chǎn)品(北京中紡機(jī)電研究所)，目前還在與無梭織機(jī)主機(jī)廠合作，共同開發(fā)應(yīng)用技術(shù)，希望能盡快取得成功，填補(bǔ)國內(nèi)空白。 4 對機(jī)電一體化發(fā)展前景的幾點(diǎn)看法 4.1 提高紡織產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，需繼續(xù)提高國產(chǎn)紡機(jī)的機(jī)電一體化水平，也為實(shí)現(xiàn)紡紗生產(chǎn)過程的自動化做準(zhǔn)備。 4.2 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)已受到各主機(jī)廠的重視，各廠在開發(fā)新產(chǎn)品時，已考慮到設(shè)備與計算機(jī)管理系統(tǒng)的通訊接口，便于生產(chǎn)信息的傳遞，實(shí)現(xiàn)計算機(jī)監(jiān)控。例如鄭州紡機(jī)廠的清梳聯(lián)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。也有少數(shù)企業(yè)在設(shè)計新機(jī)時考慮可以通過電話線或互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程連接，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程診斷功能。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將是發(fā)展方向。 4.3 通用自動化裝置在國產(chǎn)紡機(jī)上的廣泛應(yīng)用，推動了國產(chǎn)機(jī)器的機(jī)電一體化發(fā)展，縮小了與國外的差距。但紡織專用自動化裝置國內(nèi)發(fā)展較慢，尤其是在紡織專用的傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)方面需加快開發(fā)，希望各大專院校、科研單位和軍工企業(yè)積極與各主機(jī)廠結(jié)合，大力開發(fā)紡織專用自動化產(chǎn)品。 4.4 機(jī)電必須同步發(fā)展，國產(chǎn)紡機(jī)已大量應(yīng)用了計算機(jī)技術(shù)，但必須有精密的機(jī)械相結(jié)合，才能發(fā)揮更大的效果，否則將影響機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。例如針織機(jī)械，國外大量生產(chǎn)電腦控制的主機(jī)產(chǎn)品，而國產(chǎn)電腦園機(jī)、電腦橫機(jī)等水平上不去，其主要原因是精密機(jī)械加工技術(shù)跟不上，限制了技術(shù)的發(fā)展。（中國紡織工程學(xué)會紡機(jī)器材專業(yè)委員會 呂渭賢）