噴氣織機(jī)控制技術(shù)發(fā)展的幾點思考
發(fā)布時間: 2015-03-13 來源:長嶺紡電織機(jī)項目部 作者:
一、國產(chǎn)噴氣織機(jī)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀
國內(nèi)現(xiàn)代意義噴氣織機(jī)的技術(shù)引進(jìn)、開發(fā)及規(guī)模生產(chǎn)開始于90年代初,1992年4月22日,國務(wù)院經(jīng)貿(mào)辦149號文正式批準(zhǔn)“自動絡(luò)筒機(jī)和無梭織機(jī)引進(jìn)技術(shù)與國產(chǎn)化”專項,也就是我們所說的“兩機(jī)”專項。
實際上,“兩機(jī)”專項是一個龐大的國家系統(tǒng)工程。專項中包括了紡織工藝中主要工序使用的自動絡(luò)筒機(jī)、噴氣織機(jī)、片梭織機(jī)、清梳聯(lián)、整經(jīng)機(jī)、漿紗機(jī)、精梳機(jī)組等7種關(guān)鍵主機(jī)以及為這些主機(jī)配套的無油空壓機(jī)、電控系統(tǒng)、專用配件等共21個子項。合作廠家遍布大江南北。項目中的第二大項,就是引進(jìn)當(dāng)時國際先進(jìn)的日本津田駒公司的ZA205i/ZA209i型噴氣織機(jī)整套生產(chǎn)技術(shù)。
上世紀(jì)90年代及本世紀(jì)初的近二十年間,是國內(nèi)紡機(jī)業(yè)大發(fā)展的二十年。國產(chǎn)噴氣織機(jī)生產(chǎn)廠家及配件廠家如雨后春筍般涌出。國產(chǎn)噴氣織機(jī)在國內(nèi)的市場份額也從小到忽略不計增長到占據(jù)半壁江山的局面,取得了長足的進(jìn)步。這是幾代紡織人為追求強(qiáng)國夢想艱苦奮斗、自強(qiáng)不息的結(jié)果。
在看到進(jìn)步的同時,我們更應(yīng)該清楚地意識到不足:雖然局部會有些創(chuàng)新,但國產(chǎn)織機(jī)的基本結(jié)構(gòu)基本還處在仿制日系產(chǎn)品階段,自主創(chuàng)新能力較差,缺乏核心技術(shù)。同質(zhì)化、低水平競爭嚴(yán)重,企業(yè)盈利能力差,研發(fā)投入不足。電控水平不高。各專件的配套廠家整體質(zhì)量控制意識不強(qiáng), 距離做精做細(xì)的要求還有很長路要走。
二、國外先進(jìn)織機(jī)的發(fā)展水平
目前,國際先進(jìn)的噴氣織機(jī)在整體技術(shù)水平上,有如下特點:關(guān)鍵的主控制系統(tǒng)普遍采用高性能單片機(jī)及CAN總線控制,對主噴、輔噴、牽伸噴嘴和電磁閥等形成的織機(jī)氣流控制系統(tǒng)、電子送經(jīng)系統(tǒng)、電子卷取系統(tǒng)、開口系統(tǒng)、電子絞邊、電子剪刀等能進(jìn)行有效控制,能夠采集、監(jiān)測、設(shè)定、調(diào)整各種工藝參數(shù),具有故障診斷功能,可以通過英特網(wǎng)、現(xiàn)場總線,實現(xiàn)織機(jī)聯(lián)網(wǎng)控制、診斷和管理。普遍采用不同形式的電機(jī)直接傳動織機(jī)的主軸技術(shù);開口系統(tǒng)采用優(yōu)質(zhì)的積極式凸輪、電子多臂和電子提花裝置;電子送經(jīng)機(jī)構(gòu)、電子卷取機(jī)構(gòu)、自動尋緯機(jī)構(gòu)已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)配置;采用電子絞邊裝置、電子剪刀裝置等;不斷優(yōu)化設(shè)計氣流通道各部件的結(jié)構(gòu),配用高性能的配套件等,達(dá)到實現(xiàn)噴氣織機(jī)高速、節(jié)能、智能化的目的。
有一些關(guān)鍵技術(shù)是需要我們認(rèn)真關(guān)注和重視,并努力轉(zhuǎn)化為我們的核心技術(shù):
1、高效、節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用是噴氣織機(jī)新的發(fā)展方向
噴氣織機(jī)與其他無梭織機(jī)最大區(qū)別是其采用氣流噴射引緯技術(shù),相對與劍桿與片梭,由于其采用非強(qiáng)制自由端引緯,比如噴氣飛機(jī)與高速火車及汽車的區(qū)別, 可以達(dá)到更高的速度。如果不考慮原料的適應(yīng)能力,在機(jī)械入緯率上有先天優(yōu)勢,這也是其與替代品競爭的最大法寶。而現(xiàn)代噴氣織機(jī)的設(shè)計就要在可能前提下把這個優(yōu)勢發(fā)揮到極至。但是高速在一定程度上意味著高耗能。能耗高是噴氣織機(jī)相比劍桿與片梭的一大弱勢。噴氣織機(jī)在織造過程中能耗主要集中在兩部分:供應(yīng)壓縮空氣的空壓機(jī)、驅(qū)動織機(jī)運(yùn)動的電機(jī)。其中60%至80%的電力都用在供應(yīng)壓縮空氣的空壓機(jī)上。因此,如何在提高車速的同時,節(jié)約引緯的耗氣量成為噴氣織機(jī)發(fā)展的新要求。在這方面,日本津田駒公司的ZAX-9100機(jī)型做出了一些自己的技術(shù)特點。歸結(jié)如下:
(1)副噴嘴控制的精細(xì)化
傳統(tǒng)的ZA209/ZAX 機(jī)型1個電磁閥控制4-5組副噴嘴,按照設(shè)定角度一起噴射壓縮空氣進(jìn)行接力引緯。在ZAX-9100機(jī)型上,日本津田駒公司開發(fā)了響應(yīng)頻率高、容積小的電磁閥并使它只控制2個副噴嘴,通過調(diào)節(jié)電磁閥噴射時間,這樣可以減少過多的噴射時間;
(2)噴嘴及鋼筘的改良
日本津田駒公司通過對噴嘴及鋼筘的改良,可提高30%的緯紗牽引力,并減少10%的主噴耗氣量。在這點上,歐洲織機(jī)公司的思路與日系是高度一致的。如必佳樂公司將輔助噴嘴由單孔發(fā)展為19孔設(shè)計,氣流集中度高,可采用低壓引緯,輔助噴嘴位置在改變品種時不需要調(diào)節(jié),對緯紗的作用力柔和,加速比低,對緯紗單強(qiáng)及強(qiáng)力不勻要求降低,對細(xì)號產(chǎn)品的適應(yīng)能力增強(qiáng)。輔助噴嘴供氣罐左右二節(jié)分離,通過CAN_BUS與DSP控制輔助噴嘴電磁閥的開啟時間,響應(yīng)時間及故障率大為降低。同時優(yōu)化輔助噴嘴電磁閥、管道等的幾何形狀及空間布置設(shè)計,使壓縮空氣消耗量占噴氣織機(jī)70%以上的輔助噴嘴耗氣量大為降低。達(dá)到高速、節(jié)能目的。
(3)引緯控制系統(tǒng)算法的改良
在日本津田駒公司ZAX-E之前的機(jī)型,引緯控制算法是基于PID算法分別對閥進(jìn)行自動調(diào)整。而津田駒公司新開發(fā)的控制系統(tǒng)“Weave Navigation”根據(jù)數(shù)據(jù)庫,選擇對應(yīng)織物種類的最佳算法,交叉控制、相互關(guān)連進(jìn)行控制。能同時掌握織造狀態(tài)的變化及各控制狀態(tài),因此可以適時重新進(jìn)行所必要的設(shè)定或者早期中止多余的織造。和原來的自動設(shè)定相比大幅度削減了空氣消耗量,并減少了換品種時要重新調(diào)整的工作量,達(dá)到節(jié)能目的。
2、織機(jī)的主傳動系統(tǒng)的變革
近年來在噴氣織機(jī)技術(shù)發(fā)展上最引人注目的是主傳動方式的進(jìn)步,從而帶來織機(jī)主傳動鏈的革命性變化。隨著數(shù)字信號處理技術(shù)(DSP)開始應(yīng)用于電機(jī)控制領(lǐng)域,其主要用來直接控制感應(yīng)電機(jī)的磁通量和轉(zhuǎn)矩,以達(dá)到對電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行快速、高性能的控制。這就為織機(jī)由交流異步電動機(jī)向交流同步電動機(jī)轉(zhuǎn)變提供了條件??棛C(jī)主電機(jī)也經(jīng)歷了普通超啟動三相異步電動機(jī)、三相異步電動機(jī)加變頻器、開關(guān)磁阻步進(jìn)電機(jī)、無刷永磁同步電機(jī)的變化。
歐洲的噴氣織機(jī)主電機(jī)普遍采用了交流同步電機(jī)(開關(guān)磁阻電機(jī)SUMO、無刷永磁電機(jī))+能調(diào)速系統(tǒng)計算機(jī)控制+模糊化控制技術(shù)、多參量非線性控制、變速控制、功率因數(shù)高,可達(dá)0.99,節(jié)約電能30%~80%; 自動化程度最好、調(diào)速范圍寬,調(diào)速比可達(dá)1∶20以上,在很寬的調(diào)速范圍內(nèi)效率都在90%左右;軟起動對設(shè)備無沖擊??刂齐娐凡淮嬖趽舸┒搪番F(xiàn)象,電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,運(yùn)行安全可靠:啟動電流小,啟動轉(zhuǎn)矩大,功率因數(shù)高,電動機(jī)壽命較長。
主驅(qū)動方式是通過驅(qū)動器和軟件控制無刷電機(jī)(磁阻電機(jī)),齒輪組直接驅(qū)動開口機(jī)構(gòu),而它與主軸之間由類似于以前慢速離合盤的一個雙齒連接器來完成可控制的驅(qū)動。當(dāng)織機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)或開慢車時雙齒連接器咬合,電機(jī)同時直接傳動主軸和開口機(jī)構(gòu);當(dāng)織機(jī)要尋緯時,雙齒連接器就脫開,電機(jī)只驅(qū)動開口機(jī)構(gòu)。這樣它也能夠達(dá)到防止停車檔的要求。它的主要部件就是驅(qū)動器、無刷電機(jī)、雙齒連接器和傳動齒輪組。無刷電機(jī)本身帶有定位裝置,并且可以通過編寫的軟件利用不同的電信號來控制其在任何時間或任何位置的運(yùn)動狀況,它可以在瞬間產(chǎn)生一個很大的扭矩使織機(jī)迅速的達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速,或是在一個很大的反扭矩的作用下迅速的停車。這樣可以使織機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)更簡單,性能更加的可靠,操作更加簡便。根據(jù)無刷電機(jī)的特性,能在瞬間產(chǎn)生很大的扭矩從而迅速的啟動,這樣的話就能夠在第一緯有足夠的打緯力,不至于產(chǎn)生在許多織機(jī)存在的有些品種第一緯打緯力不夠而造成開車稀檔的問題,同時布面質(zhì)量會明顯優(yōu)于三相異步電機(jī)系統(tǒng)。
3、CAN _BUS總線技術(shù)在控制系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用
無論日本流、歐洲流的電控系統(tǒng)中普遍采用了此技術(shù)。CAN(Controller Area Network)是一種由CAN控制器組成的高性能串行數(shù)據(jù)局域通信網(wǎng)絡(luò),是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN BUS系統(tǒng)在噴氣織機(jī)上應(yīng)用的主要優(yōu)點:
(1)摒棄了傳統(tǒng)電控系統(tǒng)通過電平與電壓控制的接觸點與線路老化、信號干擾等缺點,通過把織機(jī)各部位的電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榫幋a數(shù)字信號,不需要給出信號接收者的地址,信號發(fā)送者就可以將安全編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送給所有的接收者,以短幀多發(fā)的方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高實時性。采用CAN bus能大幅縮減電線的使用量,相對的也減少了許多線路上的接點,線路板個數(shù)減少,織機(jī)的電控柜體積大大減小,織機(jī)電氣發(fā)熱量減少,織機(jī)的電氣故障率降低,織機(jī)控制的精確度提高。
(2)CAN_BUS可以更簡單、迅速地實現(xiàn)在線編程、在線診斷,多個控制器共同作用等新功能,可以設(shè)立優(yōu)先級,最先保障對織機(jī)運(yùn)行最關(guān)鍵數(shù)據(jù)的處理;同時可對織機(jī)運(yùn)行的各部位實行在線監(jiān)控和自診斷功能,織機(jī)停臺時可立即給出故障原因,使得維修更加簡單方便。
(3)織機(jī)控制通過編碼后可以標(biāo)準(zhǔn)化管理,便于與外部各種接口通訊,同時預(yù)留足夠接口,內(nèi)部功能可以很方便的擴(kuò)展;如織機(jī)購置運(yùn)行以后一段時間根據(jù)市場需要:雙噴變?yōu)樗膰?另加布面在線監(jiān)測系統(tǒng),氣動折入邊等在電氣系統(tǒng)上都很容易實現(xiàn);而且機(jī)器的升級將主要發(fā)生在軟件的改革上,織機(jī)新的進(jìn)步可