技术交流

喷气织机控制技术发展的几点思考

发布时间: 2015-03-13 来源:长岭纺电织机项目部 作者:
一、国产喷气织机的发展历程及现状
    国内现代意义喷气织机的技术引进、开发及规模生产开始于90年代初,1992年4月22日,国务院经贸办149号文正式批准“自动络筒机和无梭织机引进技术与国产化”专项,也就是我们所说的“两机”专项。
    实际上,“两机”专项是一个庞大的国家系统工程。专项中包括了纺织工艺中主要工序使用的自动络筒机、喷气织机、片梭织机、清梳联、整经机、浆纱机、精梳机组等7种关键主机以及为这些主机配套的无油空压机、电控系统、专用配件等共21个子项。合作厂家遍布大江南北。项目中的第二大项,就是引进当时国际先进的日本津田驹公司的ZA205i/ZA209i型喷气织机整套生产技术。
    上世纪90年代及本世纪初的近二十年间,是国内纺机业大发展的二十年。国产喷气织机生产厂家及配件厂家如雨后春笋般涌出。国产喷气织机在国内的市场份额也从小到忽略不计增长到占据半壁江山的局面,取得了长足的进步。这是几代纺织人为追求强国梦想艰苦奋斗、自强不息的结果。
    在看到进步的同时,我们更应该清楚地意识到不足:虽然局部会有些创新,但国产织机的基本结构基本还处在仿制日系产品阶段,自主创新能力较差,缺乏核心技术。同质化、低水平竞争严重,企业盈利能力差,研发投入不足。电控水平不高。各专件的配套厂家整体质量控制意识不强, 距离做精做细的要求还有很长路要走。

二、国外先进织机的发展水平
    目前,国际先进的喷气织机在整体技术水平上,有如下特点:关键的主控制系统普遍采用高性能单片机及CAN总线控制,对主喷、辅喷、牵伸喷嘴和电磁阀等形成的织机气流控制系统、电子送经系统、电子卷取系统、开口系统、电子绞边、电子剪刀等能进行有效控制,能够采集、监测、设定、调整各种工艺参数,具有故障诊断功能,可以通过英特网、现场总线,实现织机联网控制、诊断和管理。普遍采用不同形式的电机直接传动织机的主轴技术;开口系统采用优质的积极式凸轮、电子多臂和电子提花装置;电子送经机构、电子卷取机构、自动寻纬机构已经成为标准配置;采用电子绞边装置、电子剪刀装置等;不断优化设计气流通道各部件的结构,配用高性能的配套件等,达到实现喷气织机高速、节能、智能化的目的。
    有一些关键技术是需要我们认真关注和重视,并努力转化为我们的核心技术:
    1、高效、节能技术的应用是喷气织机新的发展方向
喷气织机与其他无梭织机最大区别是其采用气流喷射引纬技术,相对与剑杆与片梭,由于其采用非强制自由端引纬,比如喷气飞机与高速火车及汽车的区别, 可以达到更高的速度。如果不考虑原料的适应能力,在机械入纬率上有先天优势,这也是其与替代品竞争的最大法宝。而现代喷气织机的设计就要在可能前提下把这个优势发挥到极至。但是高速在一定程度上意味着高耗能。能耗高是喷气织机相比剑杆与片梭的一大弱势。喷气织机在织造过程中能耗主要集中在两部分:供应压缩空气的空压机、驱动织机运动的电机。其中60%至80%的电力都用在供应压缩空气的空压机上。因此,如何在提高车速的同时,节约引纬的耗气量成为喷气织机发展的新要求。在这方面,日本津田驹公司的ZAX-9100机型做出了一些自己的技术特点。归结如下:
    (1)副喷嘴控制的精细化
    传统的ZA209/ZAX 机型1个电磁阀控制4-5组副喷嘴,按照设定角度一起喷射压缩空气进行接力引纬。在ZAX-9100机型上,日本津田驹公司开发了响应频率高、容积小的电磁阀并使它只控制2个副喷嘴,通过调节电磁阀喷射时间,这样可以减少过多的喷射时间;
   (2)喷嘴及钢筘的改良
    日本津田驹公司通过对喷嘴及钢筘的改良,可提高30%的纬纱牵引力,并减少10%的主喷耗气量。在这点上,欧洲织机公司的思路与日系是高度一致的。如必佳乐公司将辅助喷嘴由单孔发展为19孔设计,气流集中度高,可采用低压引纬,辅助喷嘴位置在改变品种时不需要调节,对纬纱的作用力柔和,加速比低,对纬纱单强及强力不匀要求降低,对细号产品的适应能力增强。辅助喷嘴供气罐左右二节分离,通过CAN_BUS与DSP控制辅助喷嘴电磁阀的开启时间,响应时间及故障率大为降低。同时优化辅助喷嘴电磁阀、管道等的几何形状及空间布置设计,使压缩空气消耗量占喷气织机70%以上的辅助喷嘴耗气量大为降低。达到高速、节能目的。
   (3)引纬控制系统算法的改良
    在日本津田驹公司ZAX-E之前的机型,引纬控制算法是基于PID算法分别对阀进行自动调整。而津田驹公司新开发的控制系统“Weave Navigation”根据数据库,选择对应织物种类的最佳算法,交叉控制、相互关连进行控制。能同时掌握织造状态的变化及各控制状态,因此可以适时重新进行所必要的设定或者早期中止多余的织造。和原来的自动设定相比大幅度削减了空气消耗量,并减少了换品种时要重新调整的工作量,达到节能目的。
    2、织机的主传动系统的变革
    近年来在喷气织机技术发展上最引人注目的是主传动方式的进步,从而带来织机主传动链的革命性变化。随着数字信号处理技术(DSP)开始应用于电机控制领域,其主要用来直接控制感应电机的磁通量和转矩,以达到对电机转矩进行快速、高性能的控制。这就为织机由交流异步电动机向交流同步电动机转变提供了条件。织机主电机也经历了普通超启动三相异步电动机、三相异步电动机加变频器、开关磁阻步进电机、无刷永磁同步电机的变化。
    欧洲的喷气织机主电机普遍采用了交流同步电机(开关磁阻电机SUMO、无刷永磁电机)+能调速系统计算机控制+模糊化控制技术、多参量非线性控制、变速控制、功率因数高,可达0.99,节约电能30%~80%; 自动化程度最好、调速范围宽,调速比可达1∶20以上,在很宽的调速范围内效率都在90%左右;软起动对设备无冲击。控制电路不存在击穿短路现象,电动机结构简单,运行安全可靠:启动电流小,启动转矩大,功率因数高,电动机寿命较长。  
    主驱动方式是通过驱动器和软件控制无刷电机(磁阻电机),齿轮组直接驱动开口机构,而它与主轴之间由类似于以前慢速离合盘的一个双齿连接器来完成可控制的驱动。当织机正常运转或开慢车时双齿连接器咬合,电机同时直接传动主轴和开口机构;当织机要寻纬时,双齿连接器就脱开,电机只驱动开口机构。这样它也能够达到防止停车档的要求。它的主要部件就是驱动器、无刷电机、双齿连接器和传动齿轮组。无刷电机本身带有定位装置,并且可以通过编写的软件利用不同的电信号来控制其在任何时间或任何位置的运动状况,它可以在瞬间产生一个很大的扭矩使织机迅速的达到目标转速,或是在一个很大的反扭矩的作用下迅速的停车。这样可以使织机机械结构更简单,性能更加的可靠,操作更加简便。根据无刷电机的特性,能在瞬间产生很大的扭矩从而迅速的启动,这样的话就能够在第一纬有足够的打纬力,不至于产生在许多织机存在的有些品种第一纬打纬力不够而造成开车稀档的问题,同时布面质量会明显优于三相异步电机系统。
    3、CAN _BUS总线技术在控制系统中的广泛应用
无论日本流、欧洲流的电控系统中普遍采用了此技术。CAN(Controller Area Network)是一种由CAN控制器组成的高性能串行数据局域通信网络,是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN BUS系统在喷气织机上应用的主要优点:
   (1)摒弃了传统电控系统通过电平与电压控制的接触点与线路老化、信号干扰等缺点,通过把织机各部位的电信号转变为编码数字信号,不需要给出信号接收者的地址,信号发送者就可以将安全编码后的数据发送给所有的接收者,以短帧多发的方式实现数据的高实时性。采用CAN bus能大幅缩减电线的使用量,相对的也减少了许多线路上的接点,线路板个数减少,织机的电控柜体积大大减小,织机电气发热量减少,织机的电气故障率降低,织机控制的精确度提高。
   (2)CAN_BUS可以更简单、迅速地实现在线编程、在线诊断,多个控制器共同作用等新功能,可以设立优先级,最先保障对织机运行最关键数据的处理;同时可对织机运行的各部位实行在线监控和自诊断功能,织机停台时可立即给出故障原因,使得维修更加简单方便。
   (3)织机控制通过编码后可以标准化管理,便于与外部各种接口通讯,同时预留足够接口,内部功能可以很方便的扩展;如织机购置运行以后一段时间根据市场需要:双喷变为四喷,另加布面在线监测系统,气动折入边等在电气系统上都很容易实现;而且机器的升级将主要发生在软件的改革上,织机新的进步可