起毛机控制技术及数字化分析

唐考成，张 昊

（连云港如年实业有限公司，江苏 连云港 222000）

纺织产业既是我国国民经济与社会发展的支柱产业，也是解决民生问题与美化生活的基础产业，更是国际合作和融合发展的优势产业。面对新工业革命和发达国家先进制造技术、再工业化的发展浪潮，我国纺织产业面临制造业发展新模式和先进制造技术新环境下可持续发展和高端发展的新挑战和新机遇。

近年来，随着互联网、大数据、云计算、人工智能、工业物联网、工业机器人等技术加速创新与融入，我国纺织产业制造开始从自动化、数字化朝着智能化方向发展，并且在共性技术、智能制造车间、数字化智能化纺织装备和工艺、纺织服务制造及网络协同制造、智能纺织材料等领域取得了一定的成绩。

目前，我国企业总体还处于工业2.0和3.0之间，向工业4.0阶段发展，与发达国家相比，智能制造水平差距仍然比较大，存在传统工业思维有待突破、人才队伍和科技资源薄弱、研发投入不足和硬件基础能力弱等问题，制约了我国纺织产业的快速发展。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》（简称“十四五”规划）指出，要进一步推进新一代信息技术与纺织工业的深度融合，加快纺织行业数字化转型，促使我国纺织设备高质量发展。随着市场需求的变化，传统绒类产品不能满足市场的需求，高品质、多样化和个性化绒类产品将不断推向市场。为了满足市场需求，将先进且成熟的触摸屏、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和变频器等高性能的硬件与通信技术融合到起毛机上，实现起毛机自动化、智能化发展，有效解决毛绒织物生产周期长、劳动力成本高、生产成本高等问题，便于织物起绒过程中多种复杂工艺的实施及生产。

1 起毛机概况

1.1 起毛机的主要组成部分

起毛机主要由锡林、顺针辊、逆针辊、前牵引辊、后牵引辊等部分组成，如图1所示[1]。

图1 起毛机结构

1.2 起毛机工作原理

（1）锡林、针辊和织物的运动关系及运转方向。在织物起毛过程中，首先，锡林通过自转带动针辊公转，针辊公转方向和锡林自转方向相反；其次，针辊通过自转实现针辊加速对织物起绒，针辊自转方向和锡林自转方向相反，织物的运行方向和锡林自转方向相同。

（2）起毛零点。起毛零点转速是调整针布起毛力大小的基准及依据，指导织物的起毛工艺。

（3）起毛零点计算。起毛零点是起毛过程中针尖和织物不发生相对作用时的针辊转速，与锡林转速、锡林和针辊直径及布速等参数有关。

根据起毛运动原理得出结论：锡林自转产生的线速度－锡林带动针辊公转的线速度－针辊自转的线速度＝织物的运行速度。针辊自转的线速度即零点线速度[2]。

1.3 起毛机主控制系统

起毛机主控制系统由触摸屏、PLC、变频器和其他辅助器件组成，通过以太网和RS485串行协议与PLC进行通信，实现各单元电机的运转，如图2所示。

图2 起毛机主控制系统原理

1.4 起毛机张力控制系统

起毛机张力调节系统由张力传感器、压力变送器、PLC模拟块组成，首先由张力传感器将承受的压力传递给压力变送器（4～20 mA输出），将电流输出信号直接接到PLC的模拟输入块，其次由PLC控制变频器实现驱动电机快慢，实现前后电机张力同步，如图3所示。

图3 起毛机张力控制原理

2 触摸屏、PLC和变频器等硬件在起毛机上的应用

2.1 触摸屏在起毛机上的应用

首先，触摸屏在起毛机上的应用取代了传统的按钮和开关，减少了布线和开孔；其次，触摸屏具有方便直观、图像清晰、坚固耐用和节省空间等优点，使用者只要用手轻轻触碰显示屏上的图片或文字就能实现对起毛机的操控和查询，使人机交互更为直接。

触摸屏的使用便于起毛工艺的编制、录入和储存，有利于起毛工艺的精准实施，保证起绒产品的稳定性和一致性。

2.2 PLC在起毛机上的应用

首先，PLC的应用替代了继电模块和继电器控制板，解决了继电器和接触器控制系统维修难、体积大、噪音大、维护不方便以及可靠性差的问题。其次，PLC具有逻辑控制功能、信号采集功能、输出控制功能、数据处理功能、计时计数功能、远程输入输出功能、人机界面功能、故障自诊断功能、通信联网功能以及实时通信和备份功能。

在起毛机运行过程中，变频器参数通过RS485方式传输到PLC，然后由以太网传输到触摸屏，最后触摸屏通过以太网对PLC进行参数设置，实现人机操控。

2.3 变频器在起毛机上的应用

变频器在起毛机上的应用可实现电机软启动，有效避免电机对电网造成严重的冲击，与电机硬启动相比，其节电率为20.00%～60.00%。

变频器内置32位或16位的微处理器，具有多种算术逻辑运算和智能控制功能，输出频率精度为0.10%～0.01%，且设置了完善的检测和保护功能，是可调速驱动系统的一种，也可以应用变频驱动技术改变异步电动机工作电压的频率和幅度，以此平滑控制异步电动机速度及转矩。通过PLC的控制，再经低压变频器可实现多电机的同步协调运转，实现起毛机各运转机构精准运行。

3 西门子编程软件的应用

3.1 TIA Portal V15.1编程软件

TIA Portal V15.1自动化编程软件用于西门子触目屏TP1200程序编写，该软件具有高组态效率、可跟踪性、验证便利性、创新的HMI和自动化概念以及基于Web的服务和诊断功能。

3.2 STEP 7-Micro/WIN SMSRT编程软件

STEP 7-Micro/WIN SMSRT编程软件用于西门子PLC SmartSR40程序编写，该软件具备硬件配置和参数设置、通讯组态、编程、测试、启动和维护、文件建档、运行和诊断等功能，对操作系统的兼容性很强。

4 数字化发展

4.1 纺织设备制造数字化

数字化作为纺织设备制造自动化技术应用的关键和核心，集制造技术、电子信息技术和管理于一身，能强化数字设计和制造技术等环节，尤其对于制造设备来说，想要控制参数数据，需要以数字信号形式表现出来。但对于制造企业来说，数据信息、图形数据以及文案图像等都是通过数字形式在企业内部高速传播，这样不仅能顺应市场发展的趋势，还能快速搜集行业信息，促进企业高速运行。

4.2 纺织设备数字化

印染企业信息化的关键在于纺织设备的数字化，以此实现纺织生产过程中的自动化和智能化，同时纺织设备的数字化还能有效解决印染企业信息数据采集和传输过程中的困难。

纺织设备数字化即将纺织设备和先进的控制技术相结合。传统的控制方式是模拟控制，而先进的控制技术能将模拟控制转化为数字化控制，有效提升纺织设备的抗干扰能力、现场化程度以及分布式性能，对于一些复杂的控制功能纺织设备数字化也能顺利完成，在纺织设备生产过程中，能实现数据的采集、传输和共享。

现代控制技术与纺织设备数字化拥有密不可分的关系，现代控制技术既是实现纺织设备数字化的基础，也是世界纺织设备发展的重要趋势。

5 结语

随着我国经济的快速发展及制造业的高质量发展，网络、通信和硬件等技术得到快速发展和广泛应用。通过触摸屏、PLC和变频器等硬件和软件在起毛机上的应用，并融合网络技术和机器人等，可以实现起毛机在织物生产过程中的自动化、智能化及数字化；可视化的参数设置有利于起毛工艺的精准实施，保证起毛风格及品质的一致性和稳定性。