俞寶福 俞 凌 朱成龍 周 泓

（1．紹興紡織機械集團有限公司，浙江 紹興312065；2．紹興市職教中心，浙江 紹興312000；3．浙江大學(xué)儀器科學(xué)與工程學(xué)系，浙江 杭州310027）

0 引言

現(xiàn)代噴氣織機具有速度快、自動化控制水平高、品種適應(yīng)性強等優(yōu)點，是紡織工業(yè)中最重要的設(shè)備之一?，F(xiàn)介紹的噴氣織機包括引緯機構(gòu)、送經(jīng)機構(gòu)、開口機構(gòu)、打緯機構(gòu)、卷取機構(gòu)、織邊機構(gòu)、經(jīng)停機構(gòu)和啟制動機構(gòu)等部件，采用嵌入式控制系統(tǒng)進行統(tǒng)一監(jiān)測與控制，并通過織機內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)接口功能，實現(xiàn)了噴氣織機信息資源的共享與統(tǒng)一管理。

1 高速噴氣織機的研發(fā)現(xiàn)狀

經(jīng)過十幾年的不斷改進，進入21世紀(jì)后，現(xiàn)代噴氣織機已具有速度快、自動化控制水平高、品種適應(yīng)性強等優(yōu)點，成為無梭織機中發(fā)展最快的機型，并逐步替代傳統(tǒng)的有梭織機。

噴氣織機與其他織機一樣，主要由開口機構(gòu)、引緯機構(gòu)、打緯機構(gòu)、送經(jīng)機構(gòu)及卷取機構(gòu)5個部分構(gòu)成，所有機構(gòu)和裝置分別完成各自的工藝動作，相互協(xié)調(diào)配合使織機形成一個有機的整體，以完成織物的織造。噴氣織機的最大特點是其引緯方式不同，將噴射壓縮空氣流作為引緯的柔性載體。目前，大多數(shù)噴氣織機以主噴嘴噴射壓縮空氣，并以輔助噴嘴分組、順序、定時噴射壓縮空氣來形成引緯氣流場。通過對引緯氣流場的研究進行合理的主噴嘴與輔助噴嘴的分組設(shè)計，以提高噴氣織機運行速度，成為提升噴氣織機質(zhì)量的重要手段。

由于噴氣織機具有高速、高效、高質(zhì)的特點，國內(nèi)紡織行業(yè)對其市場需求巨大。因此，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)、運行速度快、材料適應(yīng)性廣、具有網(wǎng)絡(luò)擴展功能的智能化噴氣織機產(chǎn)品，不僅能夠提高紡織企業(yè)的競爭力，而且對國內(nèi)噴氣織機技術(shù)的研究具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義，并將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益。

2 智能化高速噴氣織機的設(shè)計方案

噴氣織機的工作流程圖如圖1所示。

噴氣織機包括引緯機構(gòu)、送經(jīng)機構(gòu)、開口機構(gòu)、打緯機構(gòu)、卷取機構(gòu)、織邊機構(gòu)、經(jīng)停機構(gòu)和啟制動機構(gòu)等部件，采用嵌入式控制系統(tǒng)進行統(tǒng)一監(jiān)測與控制。

本智能化高速噴氣織機的關(guān)鍵技術(shù)是高可靠性、智能化的電控系統(tǒng)，系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖1 噴氣織機工作流程圖

圖2 電控系統(tǒng)框圖

采用基于ARM的嵌入式控制系統(tǒng)，首先通過對系統(tǒng)資源的分析為噴氣織機各部件分配系統(tǒng)資源；然后為噴氣織機自動控制的各種操作創(chuàng)建任務(wù)線程；通過傳感器及攝像頭采集的信號和圖像，對噴氣織機的工作情況進行實時監(jiān)控。其次調(diào)用機器視覺相關(guān)技術(shù)算法對噴氣織機生產(chǎn)作業(yè)進行智能檢測；同時通過網(wǎng)絡(luò)接口實現(xiàn)噴氣織機信息資源的共享與統(tǒng)一管理。圖3為基于ARM的核心處理器硬件系統(tǒng)資源配置，圖4為基于ARM的控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件系統(tǒng)架構(gòu)。

圖3 嵌入式控制系統(tǒng)硬件框圖

圖4 嵌入式控制系統(tǒng)軟件框圖

智能化織機控制系統(tǒng)具有以下功能：（1）實現(xiàn)多色任意選緯，使噴氣織機具有更加廣泛的通用性。根據(jù)緯紗種類的不同，啟動時第一緯和正常運行時引緯系統(tǒng)的每路擋紗銷、輔助主噴嘴、主噴嘴、剪切噴嘴及副噴嘴的工作時間均能單獨設(shè)定，保證了織機的可靠啟動，實現(xiàn)了不同種類、不同支數(shù)緯紗的多色穩(wěn)定投緯，提高織物的質(zhì)量，同時可節(jié)省織機的能量消耗。由投緯控制的操作界面可知，完善而直觀的引緯監(jiān)控手段使手動調(diào)整投緯角度有了更加可靠的參考。首先使所有電磁閥的工作區(qū)域均可在界面上實時直觀地顯示，同時配以緯紗飛行曲線，使引緯調(diào)整變得異常簡單、方便；然后通過圖示顯示緯紗飛行狀態(tài)是否穩(wěn)定，引導(dǎo)正確的調(diào)整方向；最后實時顯示緯紗釋放、到達(dá)每組副噴嘴及緯紗完全到達(dá)的角度，實現(xiàn)緯紗飛行的數(shù)字化電子監(jiān)控。（2）引緯參數(shù)自動設(shè)定系統(tǒng)。只需簡單輸入緯紗條件和引緯條件，系統(tǒng)即可自動設(shè)定引緯參數(shù)，提供可靠的參考數(shù)據(jù)，降低了引緯調(diào)整的難度。（3）自動補緯和手動換筒功能（相同品種和顏色緯紗的自動和手動替代功能）。可有效減少換筒和斷頭停機時間，提高織機運行效率，降低勞動強度。（4）雙探緯裝置，確保檢測出緯紗失誤。第一個探緯器檢測緯紗是否到達(dá)織機右端，第二個探緯器檢測緯紗是否斷頭，以防止織疵的出現(xiàn)。（5）自動對梭口功能。發(fā)生引緯失誤時，織機在不引入下一根緯紗的狀態(tài)下停止，進行自動反轉(zhuǎn)，找出不良的梭口并停止。失誤緯紗處理和再啟動的操作非常容易，可以防止操作失誤，并增加擋車工看車臺數(shù)。（6）電子送經(jīng)裝置：該裝置包括設(shè)置在張力輥處的測力傳感器信號采集裝置，信號檢測精度可達(dá)0．03g，采用具有高精度、準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速的交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動送經(jīng)裝置，控制送經(jīng)量，可隨時保持均勻經(jīng)紗張力，確保出色的織物產(chǎn)品質(zhì)量。其次配備積極送經(jīng)裝置，對由于經(jīng)紗的開口動作而產(chǎn)生的經(jīng)紗長度變化，可以在開口時進行積極的補償，有效穩(wěn)定織口并保證打緯力度。同時配備了上機張力自動設(shè)定軟件，通過操作盤輸入經(jīng)紗條件和織物組織，系統(tǒng)即可自動設(shè)定經(jīng)紗上機張力。（7）電子卷取裝置：采用交流伺服系統(tǒng)驅(qū)動卷取裝置，通過電腦控制，使其與織機完全同步運轉(zhuǎn)，控制打緯密度。打緯密度可在人機界面上進行設(shè)定，而不需要變換齒輪。同時通過與電子送經(jīng)系統(tǒng)的聯(lián)動操作，使上機工作更加容易進行?？筛鶕?jù)不同的組織需要設(shè)定多個不同緯密，編排成一個織造程序，實現(xiàn)變緯密織造。（8）具有完善的防止停車檔系統(tǒng)：該系統(tǒng)設(shè)置了電機啟動方式的選擇。選擇三角形或星形啟動方式可獲得不同的啟動轉(zhuǎn)矩，以防止稀路和密路織疵。同時根據(jù)織物的不同品種和停車檔的不同狀態(tài)，可自由設(shè)定織機的停止及啟動角度；根據(jù)織機停臺時間和停臺原因，在織機啟動時，可自動調(diào)整織口至合適位置，進行高質(zhì)量的織造。該系統(tǒng)也具備織口緊隨功能，停車后立即向前移動織口，防止緩慢反轉(zhuǎn)的鋼筘接觸織口，排除了誘發(fā)停車檔的原因。再次啟動時，自動調(diào)整織口以正常的位置開始打緯。

3 智能化高速噴氣織機的設(shè)計特點及創(chuàng)新點

本智能化高速噴氣織機具有以下設(shè)計特點：（1）建立了引緯氣流場仿真模型，確定固定主噴、擺動主噴、輔助噴嘴與異形筘結(jié)合的引緯方式，保證引緯任務(wù)可靠完成。由氣流噴射方式與氣流引導(dǎo)方式來控制氣流場截面積；合理分布噴射壓力，以保證緯紗伸直與順利引入；噴嘴分組、噴射定時、合理啟閉噴嘴，在順利完成引緯任務(wù)的前提下降低能耗。（2）研究了引緯控制主輔噴嘴噴射的電磁閥特性并進行智能化控制，保證高速引緯工作模式。通過研究控制主輔噴嘴定時噴射的電磁閥的高速響應(yīng)特性和準(zhǔn)確時間控制特性，設(shè)計電磁閥的智能化隨動工作方式，實時采集織機運行速度從而實時調(diào)節(jié)電磁閥工作時間，確保閥動作時間可隨織機轉(zhuǎn)速的變動而自行調(diào)整。設(shè)計把高性能的電磁閥與主噴嘴直接連接在一起，以加快噴射空氣的反應(yīng)速度，不致產(chǎn)生不必要的殘留壓縮空氣，減少和防止吹斷緯紗。同時，縮短電磁閥至輔噴嘴間的距離，提高輔噴噴射反應(yīng)速度。（3）研究開發(fā)了基于嵌入式系統(tǒng)的一體化控制系統(tǒng)，實現(xiàn)引緯、打緯、送經(jīng)、卷取及參數(shù)設(shè)置的圖形化控制功能?；谇度胧教幚砥髋c實時操作系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)圖形化嵌入式控制系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)資源的分析為噴氣織機各部件分配系統(tǒng)資源；創(chuàng)建噴氣織機自動控制的各種操作任務(wù)線程；通過多傳感器采集信號，對噴氣織機的工作情況進行實時監(jiān)控。（4）研究開發(fā)了織機內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)接口功能，實現(xiàn)噴氣織機信息資源的共享與統(tǒng)一管理。通過局域網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)一個應(yīng)用現(xiàn)場多臺織機的聯(lián)網(wǎng)工作，實現(xiàn)任務(wù)集中調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)下傳以及多臺織機的工作狀況與故障信息上傳；通過廣域網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)織機生產(chǎn)廠家對應(yīng)用于各個紡織企業(yè)的織機的遠(yuǎn)程維護。

本智能化高速噴氣織機在設(shè)計方面具有以下創(chuàng)新點：（1）根據(jù)空氣場理論進行噴嘴分組，組數(shù)與引緯色紗數(shù)相同，每組設(shè)置各自的固定主噴嘴、擺動主噴嘴和電子儲緯器，并配置一個獨立的高速電磁閥，采用隨動方式控制噴嘴中某色主噴嘴的電磁閥及其儲緯器進行噴射引緯，就可實現(xiàn)某色緯紗引進梭口。該方法可有效提高多色引緯過程中的運行速度，并實現(xiàn)系統(tǒng)節(jié)能。（2）提出張力控制自適應(yīng)與反饋控制方法。通過對不同織物的判別，自動設(shè)置張力預(yù)定值；對雙軸送經(jīng)機構(gòu)的張力差異進行實時檢測，一旦檢測到左右兩側(cè)存在差異，控制系統(tǒng)分別調(diào)整2個伺服電動機的速度，使兩側(cè)一致，實現(xiàn)張力的自動調(diào)節(jié)。（3）提出基于織機故障電子病歷的診斷方法，對監(jiān)測到的織機故障先在嵌入式病歷數(shù)據(jù)庫中進行匹配搜索，一旦發(fā)現(xiàn)同類故障首先進行提示以加快診斷過程。一旦故障定位處理完成，將故障信息與處理方法自動存儲到電子病歷中。（4）提出織機內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)接口方式，織機不再是一個獨立的工作單元，其可通過局域網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)一個應(yīng)用現(xiàn)場多臺織機的聯(lián)網(wǎng)工作，實現(xiàn)任務(wù)集中調(diào)度與網(wǎng)絡(luò)下傳及多臺織機的工作狀況與故障信息上傳；或可通過廣域網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)織機生產(chǎn)廠家對應(yīng)用于各個紡織企業(yè)的織機的遠(yuǎn)程維護。該方式在最大程度上實現(xiàn)了信息共享，可有效提升科學(xué)化管理水平。

4 結(jié)語

本智能化高速噴氣織機已研發(fā)完成，并通過了專業(yè)權(quán)威機構(gòu)測試，主要實現(xiàn)了織機轉(zhuǎn)速可調(diào)，最大轉(zhuǎn)速可達(dá)1 000r／min；可實現(xiàn)最多8色選色；采用主輔噴嘴與異型鋼筘組合引緯方式，并采用電磁閥控制引緯與電控式儲緯器；采用探緯器自動檢測緯紗斷頭與經(jīng)紗斷頭，自動實現(xiàn)停車。本智能化高速噴氣織機功能與性能指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期設(shè)計要求，本文介紹的技術(shù)方案對于織機設(shè)備的研發(fā)具有很好的借鑒意義。

［1］洪海滄．國產(chǎn)噴氣織機技術(shù)選型的幾個問題探析［J］．紡織導(dǎo)報，2008（7）：117～118

［2］洪海滄．近期國內(nèi)織造技術(shù)的進步與發(fā)展方向［J］．紡織導(dǎo)報，2011（2）：44～49

［3］趙芳．噴氣織機電氣控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)研究［D］．浙江大學(xué)，2009

［4］何佳鋒．噴氣織機引緯控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計［D］．青島大學(xué)，2013

［5］鄧玉文．基于CAN總線和Web技術(shù)的智能噴氣織機網(wǎng)絡(luò)管控系統(tǒng)的研發(fā)［D］．青島大學(xué)，2014

［6］譚保輝．噴氣織機輔助噴嘴流場分析及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化［D］．蘇州大學(xué)，2012

［7］袁曾燕．高速噴氣織機定張力卷取機構(gòu)優(yōu)化及其改進設(shè)計［D］．蘇州大學(xué)，2008