噴氣織機控制技術發展的幾點思考
發布時間: 2015-03-13 來源:長嶺紡電織機項目部 作者:
一、國產噴氣織機的發展歷程及現狀
國內現代意義噴氣織機的技術引進、開發及規模生產開始于90年代初,1992年4月22日,國務院經貿辦149號文正式批準“自動絡筒機和無梭織機引進技術與國產化”專項,也就是我們所說的“兩機”專項。
實際上,“兩機”專項是一個龐大的國家系統工程。專項中包括了紡織工藝中主要工序使用的自動絡筒機、噴氣織機、片梭織機、清梳聯、整經機、漿紗機、精梳機組等7種關鍵主機以及為這些主機配套的無油空壓機、電控系統、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,就是引進當時國際先進的日本津田駒公司的ZA205i/ZA209i型噴氣織機整套生產技術。
上世紀90年代及本世紀初的近二十年間,是國內紡機業大發展的二十年。國產噴氣織機生產廠家及配件廠家如雨后春筍般涌出。國產噴氣織機在國內的市場份額也從小到忽略不計增長到占據半壁江山的局面,取得了長足的進步。這是幾代紡織人為追求強國夢想艱苦奮斗、自強不息的結果。
在看到進步的同時,我們更應該清楚地意識到不足:雖然局部會有些創新,但國產織機的基本結構基本還處在仿制日系產品階段,自主創新能力較差,缺乏核心技術。同質化、低水平競爭嚴重,企業盈利能力差,研發投入不足。電控水平不高。各專件的配套廠家整體質量控制意識不強, 距離做精做細的要求還有很長路要走。
二、國外先進織機的發展水平
目前,國際先進的噴氣織機在整體技術水平上,有如下特點:關鍵的主控制系統普遍采用高性能單片機及CAN總線控制,對主噴、輔噴、牽伸噴嘴和電磁閥等形成的織機氣流控制系統、電子送經系統、電子卷取系統、開口系統、電子絞邊、電子剪刀等能進行有效控制,能夠采集、監測、設定、調整各種工藝參數,具有故障診斷功能,可以通過英特網、現場總線,實現織機聯網控制、診斷和管理。普遍采用不同形式的電機直接傳動織機的主軸技術;開口系統采用優質的積極式凸輪、電子多臂和電子提花裝置;電子送經機構、電子卷取機構、自動尋緯機構已經成為標準配置;采用電子絞邊裝置、電子剪刀裝置等;不斷優化設計氣流通道各部件的結構,配用高性能的配套件等,達到實現噴氣織機高速、節能、智能化的目的。
有一些關鍵技術是需要我們認真關注和重視,并努力轉化為我們的核心技術:
1、高效、節能技術的應用是噴氣織機新的發展方向
噴氣織機與其他無梭織機最大區別是其采用氣流噴射引緯技術,相對與劍桿與片梭,由于其采用非強制自由端引緯,比如噴氣飛機與高速火車及汽車的區別, 可以達到更高的速度。如果不考慮原料的適應能力,在機械入緯率上有先天優勢,這也是其與替代品競爭的最大法寶。而現代噴氣織機的設計就要在可能前提下把這個優勢發揮到極至。但是高速在一定程度上意味著高耗能。能耗高是噴氣織機相比劍桿與片梭的一大弱勢。噴氣織機在織造過程中能耗主要集中在兩部分:供應壓縮空氣的空壓機、驅動織機運動的電機。其中60%至80%的電力都用在供應壓縮空氣的空壓機上。因此,如何在提高車速的同時,節約引緯的耗氣量成為噴氣織機發展的新要求。在這方面,日本津田駒公司的ZAX-9100機型做出了一些自己的技術特點。歸結如下:
(1)副噴嘴控制的精細化
傳統的ZA209/ZAX 機型1個電磁閥控制4-5組副噴嘴,按照設定角度一起噴射壓縮空氣進行接力引緯。在ZAX-9100機型上,日本津田駒公司開發了響應頻率高、容積小的電磁閥并使它只控制2個副噴嘴,通過調節電磁閥噴射時間,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展為19孔設計,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節,對緯紗的作用力柔和,加速比低,對緯紗單強及強力不勻要求降低,對細號產品的適應能力增強。輔助噴嘴供氣罐左右二節分離,通過CAN_BUS與DSP控制輔助噴嘴電磁閥的開啟時間,響應時間及故障率大為降低。同時優化輔助噴嘴電磁閥、管道等的幾何形狀及空間布置設計,使壓縮空氣消耗量占噴氣織機70%以上的輔助噴嘴耗氣量大為降低。達到高速、節能目的。
(3)引緯控制系統算法的改良
在日本津田駒公司ZAX-E之前的機型,引緯控制算法是基于PID算法分別對閥進行自動調整。而津田駒公司新開發的控制系統“Weave Navigation”根據數據庫,選擇對應織物種類的最佳算法,交叉控制、相互關連進行控制。能同時掌握織造狀態的變化及各控制狀態,因此可以適時重新進行所必要的設定或者早期中止多余的織造。和原來的自動設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整的工作量,達到節能目的。
2、織機的主傳動系統的變革
近年來在噴氣織機技術發展上最引人注目的是主傳動方式的進步,從而帶來織機主傳動鏈的革命性變化。隨著數字信號處理技術(DSP)開始應用于電機控制領域,其主要用來直接控制感應電機的磁通量和轉矩,以達到對電機轉矩進行快速、高性能的控制。這就為織機由交流異步電動機向交流同步電動機轉變提供了條件。織機主電機也經歷了普通超啟動三相異步電動機、三相異步電動機加變頻器、開關磁阻步進電機、無刷永磁同步電機的變化。
歐洲的噴氣織機主電機普遍采用了交流同步電機(開關磁阻電機SUMO、無刷永磁電機)+能調速系統計算機控制+模糊化控制技術、多參量非線性控制、變速控制、功率因數高,可達0.99,節約電能30%~80%; 自動化程度最好、調速范圍寬,調速比可達1∶20以上,在很寬的調速范圍內效率都在90%左右;軟起動對設備無沖擊。控制電路不存在擊穿短路現象,電動機結構簡單,運行安全可靠:啟動電流小,啟動轉矩大,功率因數高,電動機壽命較長。
主驅動方式是通過驅動器和軟件控制無刷電機(磁阻電機),齒輪組直接驅動開口機構,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動。當織機正常運轉或開慢車時雙齒連接器咬合,電機同時直接傳動主軸和開口機構;當織機要尋緯時,雙齒連接器就脫開,電機只驅動開口機構。這樣它也能夠達到防止停車檔的要求。它的主要部件就是驅動器、無刷電機、雙齒連接器和傳動齒輪組。無刷電機本身帶有定位裝置,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動狀況,它可以在瞬間產生一個很大的扭矩使織機迅速的達到目標轉速,或是在一個很大的反扭矩的作用下迅速的停車。這樣可以使織機機械結構更簡單,性能更加的可靠,操作更加簡便。根據無刷電機的特性,能在瞬間產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,不至于產生在許多織機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,同時布面質量會明顯優于三相異步電機系統。
3、CAN _BUS總線技術在控制系統中的廣泛應用
無論日本流、歐洲流的電控系統中普遍采用了此技術。CAN(Controller Area Network)是一種由CAN控制器組成的高性能串行數據局域通信網絡,是國際上應用最廣泛的現場總線之一。CAN BUS系統在噴氣織機上應用的主要優點:
(1)摒棄了傳統電控系統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,通過把織機各部位的電信號轉變為編碼數字信號,不需要給出信號接收者的地址,信號發送者就可以將安全編碼后的數據發送給所有的接收者,以短幀多發的方式實現數據的高實時性。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,線路板個數減少,織機的電控柜體積大大減小,織機電氣發熱量減少,織機的電氣故障率降低,織機控制的精確度提高。
(2)CAN_BUS可以更簡單、迅速地實現在線編程、在線診斷,多個控制器共同作用等新功能,可以設立優先級,最先保障對織機運行最關鍵數據的處理;同時可對織機運行的各部位實行在線監控和自診斷功能,織機停臺時可立即給出故障原因,使得維修更加簡單方便。
(3)織機控制通過編碼后可以標準化管理,便于與外部各種接口通訊,同時預留足夠接口,內部功能可以很方便的擴展;如織機購置運行以后一段時間根據市場需要:雙噴變為四噴,另加布面在線監測系統,氣動折入邊等在電氣系統上都很容易實現;而且機器的升級將主要發生在軟件的改革上,織機新的進步可