為縮短我國(guó)紡織企業(yè)裝備水平與國(guó)外的差距，部分紡織廠家在一些關(guān)鍵工序引進(jìn)了國(guó)外設(shè)備，這些設(shè)備在生產(chǎn)效率、自動(dòng)化程度和生產(chǎn)質(zhì)量等方面要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)國(guó)產(chǎn)設(shè)備，但價(jià)格昂貴、維修不便等因素制約了其在國(guó)內(nèi)大部分中小企業(yè)的普及。隨著我國(guó)紡織機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)水平的不斷提高，越來(lái)越多的紡織企業(yè)趨向于選擇性價(jià)比更高的國(guó)產(chǎn)紡織機(jī)械產(chǎn)品，而大多數(shù)新開發(fā)的紡織機(jī)械產(chǎn)品中，幾乎無(wú)一例外地應(yīng)用了交流異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速裝置和PLC控制。

1 PLC的應(yīng)用

　　在以改變幾何形狀和機(jī)械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化、化學(xué)變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過(guò)程工業(yè)中，除了以連續(xù)量為主的反饋控制外，還存在大量以開關(guān)量為主的開環(huán)的順序控制，特別是在制造工業(yè)中另外還有與順序、時(shí)序無(wú)關(guān)的按照邏輯關(guān)系進(jìn)行連鎖保護(hù)動(dòng)作的控制;以及大量的開關(guān)量、脈沖量、計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、模擬量的越限報(bào)警等狀態(tài)量為主的一離散量的數(shù)據(jù)采集監(jiān)視。由于PLC的高性能和高可靠性，所以成為了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制的最佳替代品。

　　1.1 PLC在妨織設(shè)備卜的普及應(yīng)用

　　在紡織生產(chǎn)中的清花、梳棉、并條、精梳、粗紗、絡(luò)筒、并紗、捻線、整經(jīng)、漿紗、織布等幾乎所有工序都已采用了PLC。紡織設(shè)備上用的PLC，其I/O點(diǎn)數(shù)范圍一般在8-1024點(diǎn)，約85%以上為8-112點(diǎn)。紡織設(shè)備上PLC的年需用量也在逐年大幅度遞增，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2002年約24 000臺(tái)，比2000年增長(zhǎng)33%。

　　1.2 PLC的硬件

　　PLC控制器的硬件采用積木式結(jié)構(gòu)，各廠家的產(chǎn)品大同小異。以日本歐姆龍C200HE為例，為總線模板框式結(jié)構(gòu)，基本框架(CPU母板)上裝有CPU模板，其他槽位裝有I/O模板;如果I/O模板多時(shí)，可由CPU母板經(jīng)I/O擴(kuò)展電纜連接I/O擴(kuò)展母板，其上裝I/O模板;另一種方法是配備遠(yuǎn)程I/O從站。

　　1.3 PLC的軟件

　　為了完成控制策略，替代繼電器，使用戶等完成類似繼電器線路的控制系統(tǒng)梯形圖，而編制了一套控制算法功能塊(或子程序)，稱為指令系統(tǒng)，固化在存貯器ROM中，用戶在編制應(yīng)用程序時(shí)可以調(diào)用。

2 變頻調(diào)速

　　2.1 交流變頻調(diào)速的特點(diǎn)

　　變頻器控制的紡織機(jī)械的交流電機(jī)主要有兩類:一類是常用的Y系列的交流異步電機(jī)，這種電機(jī)主要應(yīng)用于調(diào)速精度要求不高、調(diào)速范圍不大的紡機(jī)上;而另一類為交流變頻調(diào)速專用異步電機(jī)。主要用于調(diào)速精度要求高、調(diào)速范圍大的機(jī)器上。下面介紹一下不同形式的變頻器。

　　2.1.1 用變頻器開環(huán)控制異步電機(jī)調(diào)速稱為V/F形式。這種方式電路簡(jiǎn)單、可靠。但調(diào)速范圍在10:1以內(nèi)，調(diào)速精度較低，為2%~5%，并且低速性能不理想。因此多用于針織機(jī)或要求不高的紡織機(jī)械上。

　　2.1.2 采用無(wú)速度傳感器矢量控制變頻器。VVVF變頻器的控制相對(duì)簡(jiǎn)單，機(jī)械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動(dòng)的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時(shí)，由于輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比較顯著，故將會(huì)導(dǎo)致輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機(jī)械特性終究沒(méi)有直流電動(dòng)機(jī)硬，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩能力和靜態(tài)調(diào)速性能都還不盡如人意，因此人們又研究出矢量控制變頻調(diào)速。

　　矢量控制變頻調(diào)速的做法是:將異步電動(dòng)機(jī)在三相坐標(biāo)系下的定子交流電流Ia;Ib,Ic,通過(guò)三相一二相變換，等效成兩相靜止坐標(biāo)系下的交流電流Ia1, Ib1，再通過(guò)按轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的直流電流Im1,It1(Im1相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流;It1相當(dāng)于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動(dòng)機(jī)的控制方法，求得直流電動(dòng)機(jī)的控制量，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的坐標(biāo)反變換，實(shí)現(xiàn)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的控制。

　　矢量控制由于其有優(yōu)良的低速特性，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，同時(shí)還具有較好的加減特性、轉(zhuǎn)矩特性以及電流限制特性等，調(diào)速精度可達(dá)0.5%-1.0%。調(diào)速范圍在20:1范圍以內(nèi)。故較適合印染機(jī)械的調(diào)速等。

　　2.1.3采用帶速度反饋的矢量變頻控制異步電機(jī)，閉環(huán)變頻調(diào)速，又稱交流伺服電機(jī)。調(diào)速范圍可達(dá)100:1。為了提高變頻器開關(guān)頻率，應(yīng)用功率絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)取代一般的大功率管(GTR)?？蓪?shí)現(xiàn)高頻響應(yīng)、高精度、智能化。適用于調(diào)速要求較高且恒張力、恒線速的分條整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī)、熱定型機(jī)以及化纖長(zhǎng)絲紡紗設(shè)備等。

　　2.2 交流變頻技術(shù)的應(yīng)用

　　2.2.1 減少功耗降低成本

　　紡織廠離不開空調(diào)設(shè)備?？照{(diào)器使用變頻后，擴(kuò)大了壓縮機(jī)的工作范圍，不需要壓縮機(jī)在留瀕狀態(tài)下運(yùn)行就可實(shí)現(xiàn)冷、暖控制，達(dá)到降低電力消耗，消除由于溫度變動(dòng)而引起的不適感。近年來(lái)，新式的空調(diào)器已采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，其節(jié)能效果較交流異步電動(dòng)機(jī)變頻又提高10%-15%。為了進(jìn)一步提高裝置的效能，近年來(lái)，日本的空調(diào)器又逐步從單純的PWM控制改為PWM十PAM混合控制方式。即較低速時(shí)采用PWM控制，保持U/f為一定;當(dāng)轉(zhuǎn)速大于一定值時(shí)，將調(diào)制度固定在最大值附近，通過(guò)改變直流斬波器的導(dǎo)通占空比，提高逆變器輸人直流電壓值，從而保持變頻器輸出電壓和轉(zhuǎn)速成比例，這一區(qū)域稱為PAM區(qū)。采用混合控制方式后.變頻器的輸人功率因數(shù)、電機(jī)效率、裝置綜合效率都比單獨(dú)PWA 4控制時(shí)有較大幅度的提高。

　　當(dāng)空調(diào)電機(jī)使用變頻調(diào)速器控制后，降低了功耗，大大節(jié)省了用電支出。據(jù)某公司提供的數(shù)據(jù)，其使用變頻空調(diào)后用電單耗平均下降了60%-7%。

　　2.2.2 簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)，提高了性能

　　2.2.2.1粗紗機(jī)采用交流變頻調(diào)速后，去掉了錐輪變速機(jī)構(gòu)，克服了因錐輪變速皮帶打滑而導(dǎo)致的變速不準(zhǔn)的問(wèn)題，從而拓展了粗紗機(jī)在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用途徑。

　　(1)生產(chǎn)大肚紗。目前國(guó)外在發(fā)展短而粗的大肚紗，這種大肚紗一般毛型長(zhǎng)纖維做不到這樣短，而棉紡設(shè)備就有這種條件，現(xiàn)在有些棉紡廠為了生產(chǎn)這種大肚紗只能在細(xì)紗機(jī)上紡成等距離的大肚紗，然后把兩根大肚紗合并使大肚紗重合來(lái)增加大肚紗的粗度，如在粗紗機(jī)上生產(chǎn)大肚紗，就可一次紡成。毛紡行業(yè)已經(jīng)在B465粗紗機(jī)上紡制大肚紗。

　　(2)生產(chǎn)粗支紗。隨著家居裝飾的發(fā)展，家用紡織品的需求量增加很快，這類織物要求粗獷厚實(shí)，所以緯紗用得較粗，一般在1000-500tex，這樣粗的紗普通細(xì)紗機(jī)或氣流紡均無(wú)法紡制，所以目前浙江臨平、許村裝飾布市場(chǎng)均用花式捻線機(jī)紡制，產(chǎn)量低，工藝繁復(fù)，質(zhì)量上不去。如果對(duì)粗紗機(jī)適當(dāng)加以改造，增加捻度或增加一根包線，不但產(chǎn)量高，卷裝大，而且質(zhì)量穩(wěn)定。

　　(3)改造成合股機(jī)。目前針織行業(yè)的產(chǎn)品中很多使用多股紗低捻度合并，它的優(yōu)點(diǎn)是可以多種原料或多種不同結(jié)構(gòu)的紗線組合，生產(chǎn)出特種紗線。章種紗線目前大都在帶環(huán)錠的花式捻線機(jī)上生產(chǎn)，如果把粗紗機(jī)適當(dāng)改造就能生產(chǎn)這種紗線。

　　2.2.2.2 細(xì)紗機(jī)的改造

　　對(duì)細(xì)紗機(jī)適當(dāng)加以改造就是環(huán)錠花式捻線機(jī)，上世紀(jì)80年代安徽廣德紡機(jī)廠把H1293細(xì)紗機(jī)改造成為WGH-II型花式捻線機(jī)，目前國(guó)內(nèi)還有數(shù)百臺(tái)在生產(chǎn)，就目前細(xì)紗機(jī)的改造我們認(rèn)為有以下用途:

　　(1)生產(chǎn)竹節(jié)紗。目前各廠在改造設(shè)備方面已經(jīng)有了成熟經(jīng)驗(yàn)，有用前羅拉變速或中后羅拉超喂;傳動(dòng)有伺服電動(dòng)機(jī)，有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，也有用離合器。這里就不再作介紹了。

　　(2)生產(chǎn)包芯紗。滌綸或錦綸包芯紗。用1根滌綸長(zhǎng)絲在前羅拉后面喂入，外包棉纖維，用這種紗作經(jīng)緯紗織成布之后用做爛花織物是當(dāng)前時(shí)裝的上等面料。也可用1根高強(qiáng)滌綸線或錦綸絲外包那才筍紛筍甲%的棉纖維，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理，用做高速縫線。因?yàn)闇炀]或錦綸長(zhǎng)絲做縫線在高速通過(guò)縫針眼時(shí)易發(fā)熱軟化造成斷線，包棉纖維后就可以解決這一問(wèn)題。另外，也可用這種紗織成高強(qiáng)帆布，利用棉與橡膠有很好的枯著力，上橡膠后做成高強(qiáng)運(yùn)輸帶，這些均是國(guó)外的成熟經(jīng)驗(yàn)。

　　(3)生產(chǎn)紗線型花式線。在普通細(xì)紗機(jī)上只要利用1根前羅拉和1根后羅拉就能生產(chǎn)紗線型花式線，如波形線、毛巾線、結(jié)子線、毛蟲線等傳統(tǒng)花式線。近年來(lái)花式線在機(jī)織物中的應(yīng)用逐步推廣，對(duì)細(xì)支花式線需求量不斷增加，而目前空芯錠花式捻線機(jī)由于錠距大(150mm)，每臺(tái)機(jī)錠數(shù)少(一般每臺(tái)100錠左右)，只適用于紡中粗支花式線1-15Nm(1000-69tex)，利用細(xì)紗機(jī)改造正好滿足生產(chǎn)細(xì)支花式線的要求，例如今年利用細(xì)紗機(jī)改造生產(chǎn)的結(jié)子線就供不應(yīng)求，上世紀(jì)%年代在湖南長(zhǎng)沙竺麻研究所改造3臺(tái)A513細(xì)紗機(jī)，收到了很好效果。

　　(4)細(xì)紗機(jī)加裝芯線羅拉生產(chǎn)纖維型花式線。把送氨綸絲的二根羅拉適當(dāng)靠攏，上面加一個(gè)壓輥，就可作為芯線羅拉，仍用前羅拉傳動(dòng)，但速比必須改小，前羅拉與芯線羅拉喂送比:生產(chǎn)波形線時(shí)可在1.05:1-v1.2;1這間，生產(chǎn)波形線時(shí)速比大約1.1:1-2:1之間選擇，生產(chǎn)毛巾線或圈圈線時(shí)速比可1.6:1-2:1之間選擇。

　　(5)改成雙根粗紗喂人的細(xì)紗機(jī)。能生產(chǎn)雙色(或雙組分)竹節(jié)紗，也能生產(chǎn)斷彩紗(即在一根紗上有一段段的間隔送人另一種有色纖維，這種機(jī)構(gòu)較繁瑣但產(chǎn)品變化多，市場(chǎng)前景好)。

　　就目前細(xì)紗機(jī)的改造而言，我們認(rèn)為有以下用途:由于利用變頻調(diào)速器去掉了成形機(jī)構(gòu)中的成形凸輪，進(jìn)而克服了由于成形凸輪所造成的桃底有停頓、桃頂有沖擊的現(xiàn)象，使細(xì)紗卷形狀良好，為下道工序的高速退繞創(chuàng)造了條件。同時(shí)利用變頻調(diào)速器控制電機(jī)的變速來(lái)控制錠子的轉(zhuǎn)數(shù)，使得細(xì)紗在大中小紗時(shí)轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，可以減少紗的斷頭率。

3 結(jié)語(yǔ)

　　通用自動(dòng)化裝置，特別是PLC在國(guó)產(chǎn)紡機(jī)上的廣泛應(yīng)用，提高了國(guó)產(chǎn)紡機(jī)的機(jī)電一體化水平，縮小了與國(guó)外設(shè)備的差距，但還遠(yuǎn)沒(méi)有形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。在中國(guó)加人WTO之后，多數(shù)企業(yè)面臨一個(gè)重新認(rèn)識(shí)環(huán)境和自我重新定位的過(guò)程。大家應(yīng)充分利用國(guó)際國(guó)內(nèi)個(gè)別企業(yè)的成果，根據(jù)自身的優(yōu)勢(shì)，與應(yīng)用行業(yè)相結(jié)合，走專業(yè)化服務(wù)的發(fā)展道路。一些致力于發(fā)展自主品牌產(chǎn)品或系統(tǒng)的企業(yè)，要在質(zhì)量、成本和市場(chǎng)上下大功夫，迅速擴(kuò)大規(guī)模，力爭(zhēng)早日達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。