纺织机械自动化应用及发展方向

2021-12-05程帅鹏徐长斌周祥明

纺织报告 2021年11期

林苑，程帅鹏，徐长斌，周祥明

（江西师范高等专科学校航空工程学院，江西鹰潭 335000）

经过长时间的迅猛发展，目前，我国纺织机械制造已经处于相对稳定的发展态势，新型纺织机械的使用范围得到了显著拓展。我国的纺织品出口数量不断增加，但在纺织业转型升级的过程中，仍然存在许多问题。结合当前我国的纺织市场发展情况来看，我国的纺织工业缺乏先进性，自动化智能领域的科技创新有待实现。随着纺织机械的技术升级，人们逐渐认识到自动化技术的重要作用。

1 纺织机械行业的自动化需求

1.1 纺织机械并条机的研发需求

在纺织机械设计过程中，自动化功能的实现十分复杂，为了保证自动化生产满足自调匀整的纺织需求，需要保征棉条条干均匀以及纱的粗细相对统一，避免在织布过程中因粗细不同出现断头的情况，影响整体观感。为了保证最终的机械纺织效率，当条干处于过粗或过细的状态时，需要利用设备完成自动化检测，调整执行机构的工作状态。纺织工作要符合基本加工指标，在进行加工流程自动化调节的过程中，需要先通过系统检测，将检测数据输入计算机预算系统中，通过交流伺服完成执行程序。从终端传感器获取检测内容，在执行伺服电机命令的过程中，需要通过自动化机制来实现。其中，自动化体系的建立存在较大难度，国产纺织品设计水平较低，而我国通常采用国外进口的纺织机械并条机，从装置价格来看，需要耗费较高的成本。机组自动化调整所需要耗费的成本较低，要想达到节约成本、提高生产效率的目的，就需要国内自主研发自动化调节设备，充分满足纺织品的设计需求，避免因从国外进口而造成资金大量消耗的问题[1]。

1.2 管控一体化及在线检测需求

在进行化纤产品设计的过程中，加工制造的主要流程工艺源于化工，相关设备的研发较晚，在生产初期就融入了新型技术内容。经过长期的发展与完善，生产自动化水平较高，支持可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）自动控制、人机界面交互、变频器设备的安装与调试，正逐渐向管控一体化发展靠拢，不仅能满足自动化生产要求，还能加强生产流程的综合管理，并利用控制系统完成数据调节。在生产过程中想要获得一些实时信息（如温度、流量等数据内容），可以通过双向通信的方式，将数据结果整理到计算机系统中，由系统进行统一数据管理。一些大规模的纺织生产行业已经初步实现了管控一体化，但水平的高低存在较大差距。为了全面提高管控一体化的应用成果，可以利用小型MES系统，为了保证最终设计的整体质量，需要在纺织机械自动化发展的过程中实现自动化检测功能。在研发纺织机械产品的过程中，国内自动化检测设备与国外先进产品之间存在较大差距。其中，细纱机作为纺纱加工的关键性设备，在线检测结果的精准性会直接影响成品纱的设计质量。针对该产品的自动化检测，国外采用了细纱专家系统，能够详细检测纱的捻度和断头，但我国仍然处于同类系统产品的摸索阶段。

2 纺织机械中的自动化技术应用

2.1 梳棉机的自动化技术

梳棉机在生产过程中所吸收的风量和风压，对最终的生产质量会造成较大影响。梳棉机在工作过程中会产生大量的尘屑，影响生产质量，同时引发严重的环境污染问题。随着纺织产量的不断提升，梳棉机的负压吸点已经逐渐扩散到道夫三角区、前后固定盖板等区域，如果不加以控制，将逐渐蔓延到整台机器，导致梳棉机停止工作。高产梳棉机不仅能提供较高的工艺产量，还能保证最终成品的生产质量，具有较高的耐磨性和精度。自动化技术的应用能够加快梳棉机的梳理速度，运用高水平的制造工艺充分发挥传感技术、计算机技术的应用优势。在清梳联系统中运用先进的变频技术，全面开展原料开松、除杂等工作，顺利完成梳理任务，生产出杂结少、条干均匀的生条，为后续纺织品加工提供优质原料。国外采用的自调匀整装置类型主要有开环、闭环、混合环3种。近年来，我国纺织机械设计产业主要采用微机对自调匀整装置的工作流程进行控制，全面加快设备的加工速度，有效解决除尘滞后问题。

2.2 梳棉机的自动化检测

梳棉机设计通常釆用混合环式自调匀整装置，利用阶梯罗拉完成实际参数的检测工作。通过自动化调控分析罗拉的工作速度，保证长片段加工的匀整性，运用关联控制技术扰动可变补偿，保证短片段加工的匀整性。在设备的出口区域测量棉网的实际质量，当超过规定标准后，需要采用控制干预程序立即调整。纺纱自动化生产线需要定期完成清钢工作，可以将Aero-feed散棉投入装置，根据加工需求选择处理机型号（ABC-Control型），保证清钢流程的连续化，实现自动化生产调节的工作目标。管理人员运用彩色图表管理机台替换传统的开棉、清棉、梳棉等人工工序中心控制平台。在保留控制功能的基础上，实现对整个加工流程的监督管理，同时具备自动报警和系统记录等功能，能够促进梳棉机梳理技术的持续稳定发展。将梳棉机自动控制作为今后技术创新的主要方向，在研发设备的同时建立在线监测系统、自动调节系统，构成封闭式专家系统，借鉴国外优秀的发展工艺，自动化完成在线检测数据的收集与整理，采用电子计算的方式进行数据加工，向执行机构发送运行指令，立即完成自动调节工作。

2.3 细纱机的自动化技术

在传统的细纱机落纱处理过程中，需要人工换管和人工连接断头，经过细纱机的设计创新，细纱机的锭数得到了显著增长，整体结构变得十分复杂。如果延续人工换管、断头衔接的形式，不仅会降低生产效率，还会增加工作人员的劳动压力，与当前的新技术发展需求相违背。形成断头的主要原因是纱管的形状发生改变以及纺纱张力与标准不符等，要想避免断头问题的发生，需要做好调速工作。传统的双速电机无法满足调速需求，而变频器的替换使用搭配PLC控制系统，能够形成最佳的运行状态，有效降低断头现象的发生率。

3 纺织机械自动化技术的发展方向

3.1 现场总线、以太网技术的应用

现场总线属于交流数据总线，通过中央控制室的自动化操作，完成现场设备的调节工作，利用数字化通信，借助生产区域现场仪表进行数据显示，需要建立交流信息系统，强化对机械设备的运行保护。以太网属于计算机自动化服务的重点设备，相关产品的研发需要投入较高的资金作为支撑。目前，我国的通信技术已经趋于成熟，被广泛应用到纺织工业领域，采用通信技术，实现自动化系统的有效运行，提高对各类资源的综合控制程度，在生产现场进行有效应用，全面提升纺织生产设备的智能化水平[2]。当前，现场设备与以太网之间无法实现有效联通，随着自动化水平的不断提高，以太网与纺织机械之间的有效连接终将成为事实，能够实现多台设备之间的自动化信息交流，有效避免工业设备在应用过程中出现各类风险问题。

3.2 伺服系统的应用

纺织机械的自动化发展，需要做好变频调速工作，采用高性能的伺服系统，实现纺织机械的自主化发展，运用现代化信息科技，能够满足纺织机械设计对伺服系统驱动的根本需求。在纺织机械的研发过程中，将变频调速装置与高性能的伺服系统进行有效结合，实现对组合状态的灵活调整，保证位置掌控的精准性，随时随地根据生产需求进行速度调节。该技术的应用，能够在建立高总线接口的同时完成多轴操作，并完成上级下达的工作任务，实现对现场总线的全面掌控[3]。采用直流母线共用技术，在逆变器中安装大功率整流器，全面提高在发电运转过程中驱动轴的能量反馈频率，将I/O技术与PLC控制系统安装到驱动器中，在运行过程中自动完成逻辑计算，转化驱动器的功能作用，将其作为底层控制的主要驱动单元，实现对加工现场的分散性管理。