為縮短我國紡織企業(yè)裝備水平與國外的差距，部分紡織廠家在一些關(guān)鍵工序引進了國外設(shè)備，這些設(shè)備在生產(chǎn)效率、自動化程度和生產(chǎn)質(zhì)量等方面要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)國產(chǎn)設(shè)備，但價格昂貴、維修不便等因素制約了其在國內(nèi)大部分中小企業(yè)的普及。隨著我國紡織機械機電一體化技術(shù)水平的不斷提高，越來越多的紡織企業(yè)趨向于選擇性價比更高的國產(chǎn)紡織機械產(chǎn)品，而大多數(shù)新開發(fā)的紡織機械產(chǎn)品中，幾乎無一例外地應(yīng)用了交流異步電動機變頻調(diào)速裝置和PLC控制。

1 PLC的應(yīng)用

　　在以改變幾何形狀和機械性能為特征的制造工業(yè)和以物理變化、化學變化將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品為特征的過程工業(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、時序無關(guān)的按照邏輯關(guān)系進行連鎖保護動作的控制;以及大量的開關(guān)量、脈沖量、計時、計數(shù)器、模擬量的越限報警等狀態(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點數(shù)范圍一般在8-1024點，約85%以上為8-112點。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，2002年約24 000臺，比2000年增長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，可由CPU母板經(jīng)I/O擴展電纜連接I/O擴展母板，其上裝I/O模板;另一種方法是配備遠程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)用程序時可以調(diào)用。

2 變頻調(diào)速

　　2.1 交流變頻調(diào)速的特點

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

　　2.1.1 用變頻器開環(huán)控制異步電機調(diào)速稱為V/F形式。這種方式電路簡單、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。因此多用于針織機或要求不高的紡織機械上。

　　2.1.2 采用無速度傳感器矢量控制變頻器。VVVF變頻器的控制相對簡單，機械特性硬度也較好，能夠滿足一般傳動的平滑調(diào)速要求，已在產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，這種控制方式在低頻時，由于輸出電壓較小，受定子電阻壓降的影響比較顯著，故將會導(dǎo)致輸出最大轉(zhuǎn)矩減小。另外，其機械特性終究沒有直流電動機硬，動態(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:將異步電動機在三相坐標系下的定子交流電流Ia;Ib,Ic,通過三相一二相變換，等效成兩相靜止坐標系下的交流電流Ia1, Ib1，再通過按轉(zhuǎn)子磁場定向旋轉(zhuǎn)變換，等效成同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的直流電流Im1,It1(Im1相當于直流電動機的勵磁電流;It1相當于與轉(zhuǎn)矩成正比的電樞電流)，然后模仿直流電動機的控制方法，求得直流電動機的控制量，經(jīng)過相應(yīng)的坐標反變換，實現(xiàn)對異步電動機的控制。

　　矢量控制由于其有優(yōu)良的低速特性，電路結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，同時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0.5%-1.0%。調(diào)速范圍在20:1范圍以內(nèi)。故較適合印染機械的調(diào)速等。

　　2.1.3采用帶速度反饋的矢量變頻控制異步電機，閉環(huán)變頻調(diào)速，又稱交流伺服電機。調(diào)速范圍可達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)。可實現(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、漿紗機、熱定型機以及化纖長絲紡紗設(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，擴大了壓縮機的工作范圍，不需要壓縮機在留瀕狀態(tài)下運行就可實現(xiàn)冷、暖控制，達到降低電力消耗，消除由于溫度變動而引起的不適感。近年來，新式的空調(diào)器已采用無刷直流電動機實現(xiàn)變頻調(diào)速，其節(jié)能效果較交流異步電動機變頻又提高10%-15%。為了進一步提高裝置的效能，近年來，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。即較低速時采用PWM控制，保持U/f為一定;當轉(zhuǎn)速大于一定值時，將調(diào)制度固定在最大值附近，通過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)、電機效率、裝置綜合效率都比單獨PWA 4控制時有較大幅度的提高。

　　當空調(diào)電機使用變頻調(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 簡化了機構(gòu)，提高了性能

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

　　(1)生產(chǎn)大肚紗。目前國外在發(fā)展短而粗的大肚紗，這種大肚紗一般毛型長纖維做不到這樣短，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紗機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增加大肚紗的粗度，如在粗紗機上生產(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，所以緯紗用得較粗，一般在1000-500tex，這樣粗的紗普通細紗機或氣流紡均無法紡制，所以目前浙江臨平、許村裝飾布市場均用花式捻線機紡制，產(chǎn)量低，工藝繁復(fù)，質(zhì)量上不去。如果對粗紗機適當加以改造，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。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)錠的花式捻線機上生產(chǎn)，如果把粗紗機適當改造就能生產(chǎn)這種紗線。

　　2.2.2.2 細紗機的改造

　　對細紗機適當加以改造就是環(huán)錠花式捻線機，上世紀80年代安徽廣德紡機廠把H1293細紗機改造成為WGH-II型花式捻線機，目前國內(nèi)還有數(shù)百臺在生產(chǎn)，就目前細紗機的改造我們認為有以下用途:

　　(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，有用前羅拉變速或中后羅拉超喂;傳動有伺服電動機，有步進電動機，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前時裝的上等面料。也可用1根高強滌綸線或錦綸絲外包那才筍紛筍甲%的棉纖維，經(jīng)過適當處理，用做高速縫線。因為滌綸或錦綸長絲做縫線在高速通過縫針眼時易發(fā)熱軟化造成斷線，包棉纖維后就可以解決這一問題。另外，也可用這種紗織成高強帆布，利用棉與橡膠有很好的枯著力，上橡膠后做成高強運輸帶，這些均是國外的成熟經(jīng)驗。

　　(3)生產(chǎn)紗線型花式線。在普通細紗機上只要利用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。近年來花式線在機織物中的應(yīng)用逐步推廣，對細支花式線需求量不斷增加，而目前空芯錠花式捻線機由于錠距大(150mm)，每臺機錠數(shù)少(一般每臺100錠左右)，只適用于紡中粗支花式線1-15Nm(1000-69tex)，利用細紗機改造正好滿足生產(chǎn)細支花式線的要求，例如今年利用細紗機改造生產(chǎn)的結(jié)子線就供不應(yīng)求，上世紀%年代在湖南長沙竺麻研究所改造3臺A513細紗機，收到了很好效果。

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

　　(5)改成雙根粗紗喂人的細紗機。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，這種機構(gòu)較繁瑣但產(chǎn)品變化多，市場前景好)。

　　就目前細紗機的改造而言，我們認為有以下用途:由于利用變頻調(diào)速器去掉了成形機構(gòu)中的成形凸輪，進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，使細紗卷形狀良好，為下道工序的高速退繞創(chuàng)造了條件。同時利用變頻調(diào)速器控制電機的變速來控制錠子的轉(zhuǎn)數(shù)，使得細紗在大中小紗時轉(zhuǎn)速相應(yīng)變化，可以減少紗的斷頭率。

3 結(jié)語

　　通用自動化裝置，特別是PLC在國產(chǎn)紡機上的廣泛應(yīng)用，提高了國產(chǎn)紡機的機電一體化水平，縮小了與國外設(shè)備的差距，但還遠沒有形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模。在中國加人WTO之后，多數(shù)企業(yè)面臨一個重新認識環(huán)境和自我重新定位的過程。大家應(yīng)充分利用國際國內(nèi)個別企業(yè)的成果，根據(jù)自身的優(yōu)勢，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、成本和市場上下大功夫，迅速擴大規(guī)模，力爭早日達到國際先進水平。