劉　紅　王　強(qiáng)　宋雅露

文章在分析了轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)清紗系統(tǒng)的功能需求之后，對系統(tǒng)的檢測部分進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計，提出了基于RS–485總線結(jié)構(gòu)的帶智能接口的清紗系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路和解決方案，并對改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)進(jìn)行了紡紗對比實(shí)驗(yàn)，效果較理想。

After analyzing the functional requirement of yarn clearer system of rotor spinning machinery and improving the design of measuring part, the article put forwards the implementation idea and solution of the yarn clearer system with intelligent interface based on RS-485, and made a comparative experiment of spinning with the modified system.

在紡織生產(chǎn)中，疵點(diǎn)和不勻是經(jīng)常發(fā)生的，即使是使用最好的紡紗原料、最新的紡紗設(shè)備以及最優(yōu)的紡紗工藝，紗疵和不勻也不可避免。使用先進(jìn)的清紗設(shè)備能有效提高紗線質(zhì)量，但大多數(shù)國產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡紗設(shè)備使用的清紗器是從絡(luò)筒機(jī)清紗器改進(jìn)而來，效果不是十分理想。研制適合國產(chǎn)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的電子清紗系統(tǒng)變得越來越迫切。

1轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)對清紗系統(tǒng)的要求

（1）轉(zhuǎn)杯紗的紗疵一般由短粗節(jié)、長粗節(jié)、長細(xì)節(jié)、木紋紗疵、扁平紗等構(gòu)成，必須清除。其中，前 4 種紗疵都可以利用普通的清紗器切除，而扁平紗的切除則需要采用新的設(shè)計思路來完成。

（2）轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)生產(chǎn)出的紗線成品是筒子紗，異纖的存在將直接影響后面的染色，因此，紗線生產(chǎn)企業(yè)對轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)清紗系統(tǒng)提出了異纖檢出的要求。

（3）轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的喂給、分梳、轉(zhuǎn)杯和卷繞速度會隨著紡紗工藝的要求發(fā)生變化，所以清紗系統(tǒng)的檢測參數(shù)最好能根據(jù)速度進(jìn)行自動調(diào)整，以防止誤切和滿足低速運(yùn)行的清疵要求。

（4）清紗系統(tǒng)最好能形成網(wǎng)絡(luò)，以便將各類有害紗疵的統(tǒng)計結(jié)果迅速反饋給車間，協(xié)助工藝人員選擇合理工藝參數(shù)，減少有害紗疵的產(chǎn)生。

2轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)清紗系統(tǒng)的改進(jìn)措施

由于紡紗車間環(huán)境的溫度和濕度會發(fā)生變化，而轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)成品筒子紗的毛羽少，捻度變化小，采用光電式清紗器比較合適。因此，在設(shè)計中針對光電式清紗器進(jìn)行改進(jìn)。

2.1清紗系統(tǒng)檢測頭的改進(jìn)

2.1.1增加雙光源，實(shí)現(xiàn)扁平紗的檢測

常用的光電式清紗器采用單光源檢測，由于單光源只能對紗線一個方向的粗細(xì)變化進(jìn)行檢測，從而出現(xiàn)扁平紗。本設(shè)計改為采用雙光源配置的檢測頭，采用X、Y兩個方向的紅外光源對紗線兩個方向的粗細(xì)變化進(jìn)行檢測，從而解決因扁平紗疵和捻度變化帶來的檢測誤差。

2.1.2增加摩擦傳感器，進(jìn)行異纖檢測

本設(shè)計采用摩擦電效應(yīng)方式鑒別丙綸等異纖。當(dāng)帶有異纖的紗線穿過傳感電極時，介電系數(shù)較高的棉纖維帶正電荷，介電系數(shù)較低的丙綸帶負(fù)電荷，較大的電位差將生成摩擦電流，通過設(shè)置電流大小來判別異纖的存在。

2.1.3清紗系統(tǒng)檢測部分電路改進(jìn)

改進(jìn)的紅外光電式清紗系統(tǒng)檢測部分電路原理框圖如圖 1 所示。

當(dāng)紗線通過相對封閉的光電檢測槽時，槽的X軸和Y軸兩個方向由紅外線發(fā)光管形成雙向光源，紗線上任一方向出現(xiàn)紗疵時，接收器的受光面積發(fā)生變化，其輸出光電流隨之變化，變化幅值與紗疵的直徑變化成正比；紗疵越長，光電流變化的維持時間越長。光電接收器輸出的電流信號經(jīng)放大及調(diào)理后，形成與紗疵形狀對應(yīng)的電壓信號，兩個方向的電壓信號經(jīng)過比較篩選電路取出最大值送入鑒別電路。同時，當(dāng)紗線穿過傳感器的電極板槽時，丙綸等異纖和棉纖維發(fā)生摩擦形成摩擦電流，該電流經(jīng)放大也送入鑒別電路。兩種電信號與清紗單元設(shè)定的清紗參數(shù)進(jìn)行比較，在清紗范圍內(nèi)，則通過驅(qū)動電路驅(qū)動給棉電磁鐵動作，停止喂棉，完成對紗疵的清除功能。

2.2清紗系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

2.2.1根據(jù)工藝特性自動調(diào)整清紗參數(shù)

一般的電子清紗器主要功能是對設(shè)定的有害紗疵進(jìn)行檢測并切除，以保證成紗質(zhì)量。本設(shè)計中清紗系統(tǒng)除了可以手動設(shè)定清紗參數(shù)外，還增加了自動調(diào)整清紗參數(shù)功能。通過檢測卷繞線速度，將清紗參數(shù)傳回主控PC，從而自動進(jìn)行參數(shù)計算、校驗(yàn)和設(shè)置，以減少誤切。

2.2.2增加網(wǎng)絡(luò)接口，實(shí)現(xiàn)紗線統(tǒng)計和定長功能

本設(shè)計中，將紗疵信號回傳給主控PC，經(jīng)過計算機(jī)數(shù)據(jù)處理，將每一錠、每一工作組、整臺車的紗線質(zhì)量信息在顯示屏上顯示出來，以便及時有效地找出各類有害紗疵的成因，協(xié)助工藝人員選擇合理工藝參數(shù)。利用每個清紗單元的計算功能，可以實(shí)現(xiàn)單錠的定長控制。同時，通過現(xiàn)場總線，還可以將整個車間的紗線質(zhì)量信息進(jìn)行分類統(tǒng)計，從而幫助相關(guān)人員找出減少紗疵的有效辦法，變被動切除為主動修復(fù)，使成紗質(zhì)量得到大幅度提高。

2.2.3清紗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（圖 2）設(shè)計

RS – 485總線具有硬件設(shè)計簡單、控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，同時它具有噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率高和長距離通信能力，十分適合轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)清紗系統(tǒng)采用。在轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)清紗系統(tǒng)中，一臺主控PC一般需帶 120 錠乃至 200錠的檢測頭，即有 120 ～ 200 個節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建中，從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、負(fù)載能力和擴(kuò)充能力角度考慮，將RS – 485接口擴(kuò)展為 4 個，分別獨(dú)立驅(qū)動 4 組清紗單元，每個清紗單元帶 30 個檢測頭（可以擴(kuò)展），從而在硬件上將一個復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分解為 4 個同等的簡單總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

從圖 2 中看出，整個清紗系統(tǒng)主控PC采用工控機(jī)（稱主機(jī)），通過IR – 1305A形成基于RS – 485物理協(xié)議的現(xiàn)場總線，IR – 1305A的 4 個擴(kuò)展RS – 485接口分別接 4 個清紗單元（稱從機(jī)）。從機(jī)核心為Intel 87C51單片機(jī)，利用8251芯片和主機(jī)通信，每個從機(jī)控制 30 個清紗檢查頭，采取主從應(yīng)答方式與主機(jī)進(jìn)行通信，接受主機(jī)發(fā)出的各種命令和參數(shù)，同時以中斷方式接受從檢查頭傳回的清紗數(shù)據(jù)，回傳給主機(jī)進(jìn)行計算和統(tǒng)計顯示。利用IR – 1305A提供的RS232接口可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)和PC之間的互聯(lián)，從而完成整個轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)車間的所有清紗系統(tǒng)的連接，便于對紗線質(zhì)量的總體監(jiān)測和控制。另外，通過將卷繞速度回傳給主機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)清紗參數(shù)的自動計算和調(diào)整，將調(diào)整結(jié)果通過從機(jī)傳遞給監(jiān)測頭，以減少誤切。

在總線硬件的具體設(shè)計上，針對清紗系統(tǒng)作一些特別說明：第一，總線匹配問題，比較適合清紗系統(tǒng)采用的匹配方案是RC匹配，可以減小系統(tǒng)功耗；第二，考慮總線隔離，RS – 485總線二線制接口A、B兩根線與總線之間各串一只 120 Ω的電阻；第三，正確接地，采用帶隔離的RS – 485芯片。

3改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)工藝實(shí)踐

改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)與國產(chǎn)清紗器的性能比較如表 1。

從表 1 中可以看出，改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)增加了異纖和扁平紗的檢測，檢測纖維范圍廣，檢測參數(shù)可以隨工藝自動調(diào)整，具有統(tǒng)計和顯示功能，并可根據(jù)需要擴(kuò)充打印輸出功能。

使用本系統(tǒng)在FA601A轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)上進(jìn)行紡紗實(shí)驗(yàn)，以紡 C 19.5 tex轉(zhuǎn)杯針織紗為例，清紗參數(shù)設(shè)置為棉結(jié) 270% × 1.0 cm，短粗節(jié) 160% × 3.6 cm，長粗節(jié) 40% × 50 cm，長細(xì)節(jié) －40% × 50 cm。經(jīng)與QS – 5清紗器對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如 表 2。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)筒子紗重量偏差減小，能檢測出成紗中的異纖和扁平紗，紗疵的誤切率低，基本實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計功能。

4結(jié)語

改進(jìn)后的清紗系統(tǒng)既可以切除已經(jīng)產(chǎn)生的紗疵，又可以對紡紗生產(chǎn)過程實(shí)施監(jiān)控，達(dá)到減少紗疵產(chǎn)生、提高成紗質(zhì)量的目的。而且，后道工序生產(chǎn)效率和織物質(zhì)量也隨之提高，為企業(yè)增加了經(jīng)濟(jì)效益。

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