纺纱机械的机电一体化技术

1纺纱机械的机电一体化技术*本届纺机展所展出的国内外清、梳、并、粗、细设备甚多，不少是样机，是列届纺机展前所未有的。各机对PLC、工控机、变频器、触摸显示屏等应用，已趋十分普遍与成熟，不再详述，而工艺参数的在线检测如梳棉机、并条机的自调匀整装置；清梳联网络系统；异性纤维检测，粗纱机、细纱机的分部传动，即变频与伺服控制等的应用，更具广泛性和其卓越的进步，有的机型又有新的突破，故就本届展出与介绍的纺纱机械的电控系统中的上述重点内容，分别叙述之。一．清梳联1．梳棉机自调匀整装置方案比较（表1）梳棉机制造厂商型号产量(设计值)自匀整方案自匀整检测装置自匀整控制对象整机与自匀整是一体化设计德国特吕茨勒公司TRUTZSCHLERDK903140kg/h长短混合环控制短片段；有10个检测点长片段；用喇叭口检测控制给棉罗拉转速一体化设计有CE认证标志瑞士立达公司RIETERC51120kg/h长短混合环控制短片短：测棉层厚度长片段；用凹凸罗拉检测控制给棉罗拉转速一体化设计意大利马佐里（东台）纺机有限公司MARZOLIC501100kg/h以上中片段或短片段控制中片段-测棉层厚度短片段—用喇叭口即压力传感器检测中片段：控制给棉罗拉转速短片段；控制输出二对压辊的牵伸倍数一体化设计有CE认证标志短片段；采用特2上海太平洋克罗斯罗尔机械有限公司CrosrolMK5D棉卷喂入式40—80kg/h中长片段控制(以长片段为主)殊刺辊力矩控制器检测喂入量的变化长片段：用凹凸罗拉检测控制给棉罗拉转速一体化设计台湾明正机械工业有限公司MC40078kg/h中片段控制检测棉层厚度控制给棉罗拉转速一体化设计经纬纺机—郑州宏大新型纺机有限责任公司FA225BFA221D100kg/h长短混合环控制（以长片段为主）短片短：测棉层厚度长片段；用喇叭口检测控制给棉罗拉转速主机与匀整控制分开设计经纬纺机—青岛宏大纺织机械有限责任公司FA231A70kg/h长短混合环控制（以短片段为主）短片短：测棉层厚度长片段；用阶梯罗拉检测控制给棉罗拉转速主机与匀整控制分开设计江苏省金坛市纺织机械总厂JFA22685kg/h长短混合环控制（以长片段为主）短片短：测棉层厚度长片段；用凹凸罗拉检测控制给棉罗拉转速主机与匀整控制分开设计**表1说明：*从表中可见，凡高产梳棉机均配装有自调匀整装置，大都属混合环控制，但其长、短片段控制的比例并非相同，如郑州宏大、上海可罗斯罗尔，是以长片段为主。而青岛宏大以短片段为主。*长片段检测，有采用喇叭口（压力或位移传感器），也有采用凹凸罗拉或阶梯罗拉检测的方法。*短片段（有的称中片段）检测，大部分在棉卷喂入处，用2个检测点来检测棉层厚度，如FA221D、FA225B等配用的FT025自匀整装置。*FT025自匀整简介：检测由两部分组成，A与B两处：A处是棉层喂入部分，当棉层通过给棉板和给棉辊之间时，由于棉层3厚度的变化，引起位移传感器产生位移，给棉板有两块，所以棉层处有2个检测点。B处是棉条监测部分，棉条位移传感器位于大压辊喇叭口处，喇叭口内装有连接位移传感器的测量杆，当有棉条输出时，测量杆由于经过该点棉条粗细不同而上下移动，经杠杆作用于位移传感器上，（该传感器取代了阶梯罗拉检测机构）。由A、B两处检测到的位移信号，转换为电信号，送入到控制器内，经运算，将计算结果输出到给棉变频电机，控制给棉电机的速度，实现均匀喂棉，以达到自调匀整的目的。由A处传感器与控制器、执行机构组成的为开环控制回路，为短片段控制，可降低短片段的不匀率。由B处传感器、执行机构组成的为闭环控制回路，由于梳棉机从棉层喂入到棉条输出有比较长时间的滞后，故需要延长采样时间，经过PID运算，与开环部分的调节值综合调整给棉量，可降低长片段的不匀率，故称该系统为混合环控制系统。其开、闭环控制的比例是以闭环为主。4图1FT025型自匀整装置检测示意图*DK903梳棉机的短片段检测：为10个检测点，棉层经过组合式感应喂棉装置，到达给棉罗拉与第一刺辊之间的转移点，喂棉板上有10个检测点，板上10个弹簧元件根据喂入棉层之不同厚度而产生波动，经位移传感器检测，再将位移信号，转化为电信号，输入梳棉机电脑控制器，控制给棉罗拉转速的变量，再与长片段自匀整信号迭加后输出，控制给棉罗拉的转速，将均匀的棉层喂入刺辊系统，达到改进短片段条子均匀度的目的，对长度在1米以内的条子有匀整作用。图2DK903型梳棉机长、短片段自匀整装置*MK5D短片段检测方式与众不同，是通过刺辊力矩控制器，来检测出5喂入刺辊棉量的变化信号（刺辊的速度由变频器控制）。*C501可安装中片段自匀整（有的称短片段），也可安装短片段自匀整。中片段检测棉层的厚度（重量）匀整的棉条长度在1米以内。图3C501型梳棉机中片段自匀整装置1.给棉罗拉2.棉层3.给棉板4.杠杆5.位移传感器6.控制器7.给棉罗拉传动（无刷电机）*C501短片段自匀整：采用压力传感器检测棉网的厚度（重量），出条处，加装二对压辊，通过改变压辊的牵伸倍数（1.0—1.5范围内）的方法，（牵伸的基本值，可通过微机设定，如果棉网重量，超过基本值的+/--10%时，基本值可修正）达到匀整目的，即棉网厚度的变化，6确定了棉条牵伸的连续变化，该装置匀整的棉条长度在4厘米之内，可见该机短片段匀整的片段更短。图4C501型梳棉机短片段自匀整装置1.给棉罗拉2.给棉罗拉传动3.控制器4.压力传感器5.牵伸部件传动6.牵伸部件*给棉罗拉传动，可采用变频调速，也可采用伺服控制，提高控制精度。*梳棉机自匀整装置，各公司都为自主或合作开发产品，虽方案有相似之处，但软、硬件等方面有很大不同。*关于梳棉机整机控制与自匀整装置一体化设计的问题，国内产品尚欠缺。2．郑州宏大新型纺机有限责任公司，清梳联合机电控主要特点介绍如下：1）清梳联网络监控系统的应用及主要特点*清梳联网络监控系统，是用一台计算机作为监控主机，通过R232-485转换器，将计算机的通讯接口与清梳联各机的PLC（可编程控制器）、变频器、自调匀整装置、调节器等设备的通讯端口连接起来，实现彼此之间的命令传送和数据交换，并可通过电话线或互联网和另一台计算机进行远程连接，实现异地远程诊断功能。7*通过监控计算机，可监控清梳联各机的使用状况，系统的性能及各种工艺参数等等。*对梳棉机而言，监控内容如下：梳棉机运行台数、各台产量、每班产量及总产量；棉条重量；棉条不匀率；出条速度；牵伸比；棉箱压力；棉箱的给棉量；棉网厚度；自调匀整装置的工作情况；内部运算数据（供远程诊断使用）；对梳棉机的部分操作及设定等（根据用户要求与建议）。*清花机，监控内容如下；抓棉机行走速度、工作方式、抓棉量；多仓混棉机棉仓压力、打手转速、给棉量；清棉机打手转速、给棉量；输棉管道压力、风速；滤尘管道压力；各机运行状况；主要设备PLC内部运算数据（供远程诊断使用）；对各机的操作及设定等（根据用户要求与建议）。2）FA112四刺辊清棉机的电控特点电控系统采用PLC逻辑控制，变频调速，并备有故障报警与显示等功能。主要特点如下：*人机界面上设置了试车操作屏，可在无联锁的情况下单独启动打手和给棉，安装与调试更为方便。*四个打手速度均采用变频控制，用模拟量模块控制打手的转速，可在8操作显示屏上分别设置四个打手的转速，以更好满足不同工艺流程的需要。*给棉采用变频调速控制，可根据输棉管道中的压力变化情况，通过调节器进行无级调速。*具有多重保护功能。当打手速度超过设定值时，和当输棉和滤尘压力过低时，都将自动保护停车，并显示报警信息。3）FA225、FA221D高产梳棉机的电控特点电控系统采用PLC逻辑控制，并应用了计算机网络技术、变频技术、伺服控制技术、主要特点如下：*控制系统单独设置联锁和单动两种状态。通过显示装置，可对整机进行实时监控。*PLC与变频器及自匀整装置间，通过Rs-485通信连接，可随时对机器状态进行自动调节，使其运行在最佳工作状态。*给棉电机采用变频（或伺服）控制，电机启动、调速平稳。*采用多重保护装置，如防轧保护、使用压力传感器对机台压力及滤尘压力进行监测、调整及保护。*采用混合环控制的自调匀整装置，监控棉条状态，使生条外不匀达到1.5以下。9*采用金属检测装置，以防金属棉进入锡林，及时停车并发出报警信号。*FA225型高产梳棉机的给棉和棉箱喂棉电机，采用伺服控制。FA221D型高产梳棉机，用变频控制。3．异性纤维检测1)概述*排除异纤是纺纱厂提高产品质量的一个重要指标，事实上大部分的异纤是在纺纱过程中被分解成大量分散的细纤维，最后织成布面后才被发现，因此要有效排除异纤，必须在异纤未被撕碎成小碎片或细纤维之前就排除，否则一块异物有可能影响到一整批纱的质量。所以异纤检测位置，一般是在清花流程的末道，在梳棉工序之前，即安装在强力细开纤除杂过程之前，而棉花已经过适度开松成适当大小，能确保异纤不会被棉团遮盖而又能被有效准确的检测出来的位置最为合适。*本届展出异纤检测装置的公司主要有：台湾明正机械工业有限公司DG-GUARD异纤检测装置（资料）；德国特吕茨勒公司的SCFO异纤检测和分离装置（模型）。2)DG-GUARD异纤检测装置简介：*工作原理：该装置安装在清花流程中，经前段设备适度开松的棉花，由后段的集棉机或风机提供吸力，而均匀散布在1米宽的风道中，再10通过由透明玻璃所构成之检测风管，由检测风管两侧的彩色数码摄相机同时进行检测，两侧加有8支高亮度灯管构成全面性照明，影像信息先经过面扫描，补偿运算修正照度的差异，再将全彩影像进行完整的光谱分析，精确的判定异纤的大小及位置，再由20个独立运行的特殊风力高速喷嘴，根据异纤大小及所在位置触发一个或多个高速喷嘴，将异纤准确排出至异纤收集箱中（收集箱为明正专利设计产品）。*采用面扫描系统经过面扫描补偿运算可达到与线扫描相同的精确度，但比线扫描系统多更多扫描到异纤的机会，而线扫描只有一次机会。*全彩的影像光谱分析提供完整精确度达24bit,比黑白影像系统极限12bit高了数千倍。*喷嘴数量多，并不代表每次有效排出量就较少，因与风管中气流、棉花行进方向及速度有关，所以即要有效准确地排除异纤，又要使被排出的正常棉花量为最低，所以要有足够的排除宽度，才能在有效排除和最少排出量之间找到最佳平衡点。(4.8公分为最小排除宽度)。*触摸屏可操作和显示机器运作状态，还可颉取含纤之画面，可储存适合不同棉种设定的参数，事件记录及排出次数统计图表等，使操作管理更为方便。*工作宽度1000mm产量1100kg/Hr压缩空气6kg/cm311工作温度4---40℃电力消耗约1kw/1Φ220VAC*目前已售于，韩国、泰国、香港等地，国内售于山东华润纺织公司，一条清梳联生产线，配有异纤检测装置。3）SCFO异纤检测及分离装置简介：图5SCFO异纤检测及分离装置1.原料分离器MAS2.网孔板3.摆动活门4.废气5.光电装置6.喂入罗拉7.开松辊8.灯9.摄影机10.喷嘴11.废棉吸落装置12.风机*SCFO安装于开清棉生产线最后一道罗拉开棉机之后，梳棉工序之前，在流动的棉簇中，为使异纤和杂质便于检测出来，应用了布满细小针齿的开松辊，形成棉网，由能感应颜色的摄影机，对棉网进行扫描，当探测到异性纤维或杂质时，喷嘴会将其吹入废棉收集装置。探测点到分离点的距离非常短，以确保异纤和杂质分离的可靠性。12*因摄影是在开松辊的表面探测棉网内的异纤和微小杂质，而不是直接在管道当中或棉簇落下当中探测，这样大大增加了探测的机会，以保证后道的成纱质量。*在机器1.6米宽度范围内，均匀分布了32个喷嘴（图7），当发现异纤和微小杂质时，只启动1—2个喷嘴，因此每次清除动作损失的纤维很少（仅1—2克）,这种有选择性的清除，及通过调节检测的敏感度，可使棉纤的损失降至最低。图6装有32个喷嘴的选择性清除异纤和微小杂质系统1.异性纤维或微小杂质被探测2.只有2个喷嘴被启动*该装置还具有除尘功能，可替代DUSTEXDX强力除尘机。不仅分离了异纤，而且清除了微小尘埃。因高效除尘总是在棉花高度开松下来实现的，所以S