唐考成，張 昊

（連云港如年實(shí)業(yè)有限公司，江蘇 連云港 222000）

紡織產(chǎn)業(yè)既是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，也是解決民生問題與美化生活的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，更是國(guó)際合作和融合發(fā)展的優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)。面對(duì)新工業(yè)革命和發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)制造技術(shù)、再工業(yè)化的發(fā)展浪潮，我國(guó)紡織產(chǎn)業(yè)面臨制造業(yè)發(fā)展新模式和先進(jìn)制造技術(shù)新環(huán)境下可持續(xù)發(fā)展和高端發(fā)展的新挑戰(zhàn)和新機(jī)遇。

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人等技術(shù)加速創(chuàng)新與融入，我國(guó)紡織產(chǎn)業(yè)制造開始從自動(dòng)化、數(shù)字化朝著智能化方向發(fā)展，并且在共性技術(shù)、智能制造車間、數(shù)字化智能化紡織裝備和工藝、紡織服務(wù)制造及網(wǎng)絡(luò)協(xié)同制造、智能紡織材料等領(lǐng)域取得了一定的成績(jī)。

目前，我國(guó)企業(yè)總體還處于工業(yè)2.0和3.0之間，向工業(yè)4.0階段發(fā)展，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，智能制造水平差距仍然比較大，存在傳統(tǒng)工業(yè)思維有待突破、人才隊(duì)伍和科技資源薄弱、研發(fā)投入不足和硬件基礎(chǔ)能力弱等問題，制約了我國(guó)紡織產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》（簡(jiǎn)稱“十四五”規(guī)劃）指出，要進(jìn)一步推進(jìn)新一代信息技術(shù)與紡織工業(yè)的深度融合，加快紡織行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，促使我國(guó)紡織設(shè)備高質(zhì)量發(fā)展。隨著市場(chǎng)需求的變化，傳統(tǒng)絨類產(chǎn)品不能滿足市場(chǎng)的需求，高品質(zhì)、多樣化和個(gè)性化絨類產(chǎn)品將不斷推向市場(chǎng)。為了滿足市場(chǎng)需求，將先進(jìn)且成熟的觸摸屏、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和變頻器等高性能的硬件與通信技術(shù)融合到起毛機(jī)上，實(shí)現(xiàn)起毛機(jī)自動(dòng)化、智能化發(fā)展，有效解決毛絨織物生產(chǎn)周期長(zhǎng)、勞動(dòng)力成本高、生產(chǎn)成本高等問題，便于織物起絨過程中多種復(fù)雜工藝的實(shí)施及生產(chǎn)。

1 起毛機(jī)概況

1.1 起毛機(jī)的主要組成部分

起毛機(jī)主要由錫林、順針輥、逆針輥、前牽引輥、后牽引輥等部分組成，如圖1所示[1]。

圖1 起毛機(jī)結(jié)構(gòu)

1.2 起毛機(jī)工作原理

（1）錫林、針輥和織物的運(yùn)動(dòng)關(guān)系及運(yùn)轉(zhuǎn)方向。在織物起毛過程中，首先，錫林通過自轉(zhuǎn)帶動(dòng)針輥公轉(zhuǎn)，針輥公轉(zhuǎn)方向和錫林自轉(zhuǎn)方向相反；其次，針輥通過自轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)針輥加速對(duì)織物起絨，針輥?zhàn)赞D(zhuǎn)方向和錫林自轉(zhuǎn)方向相反，織物的運(yùn)行方向和錫林自轉(zhuǎn)方向相同。

（2）起毛零點(diǎn)。起毛零點(diǎn)轉(zhuǎn)速是調(diào)整針布起毛力大小的基準(zhǔn)及依據(jù)，指導(dǎo)織物的起毛工藝。

（3）起毛零點(diǎn)計(jì)算。起毛零點(diǎn)是起毛過程中針尖和織物不發(fā)生相對(duì)作用時(shí)的針輥轉(zhuǎn)速，與錫林轉(zhuǎn)速、錫林和針輥直徑及布速等參數(shù)有關(guān)。

根據(jù)起毛運(yùn)動(dòng)原理得出結(jié)論：錫林自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的線速度－錫林帶動(dòng)針輥公轉(zhuǎn)的線速度－針輥?zhàn)赞D(zhuǎn)的線速度＝織物的運(yùn)行速度。針輥?zhàn)赞D(zhuǎn)的線速度即零點(diǎn)線速度[2]。

1.3 起毛機(jī)主控制系統(tǒng)

起毛機(jī)主控制系統(tǒng)由觸摸屏、PLC、變頻器和其他輔助器件組成，通過以太網(wǎng)和RS485串行協(xié)議與PLC進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)各單元電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，如圖2所示。

圖2 起毛機(jī)主控制系統(tǒng)原理

1.4 起毛機(jī)張力控制系統(tǒng)

起毛機(jī)張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)由張力傳感器、壓力變送器、PLC模擬塊組成，首先由張力傳感器將承受的壓力傳遞給壓力變送器（4～20 mA輸出），將電流輸出信號(hào)直接接到PLC的模擬輸入塊，其次由PLC控制變頻器實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)快慢，實(shí)現(xiàn)前后電機(jī)張力同步，如圖3所示。

圖3 起毛機(jī)張力控制原理

2 觸摸屏、PLC和變頻器等硬件在起毛機(jī)上的應(yīng)用

2.1 觸摸屏在起毛機(jī)上的應(yīng)用

首先，觸摸屏在起毛機(jī)上的應(yīng)用取代了傳統(tǒng)的按鈕和開關(guān)，減少了布線和開孔；其次，觸摸屏具有方便直觀、圖像清晰、堅(jiān)固耐用和節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)，使用者只要用手輕輕觸碰顯示屏上的圖片或文字就能實(shí)現(xiàn)對(duì)起毛機(jī)的操控和查詢，使人機(jī)交互更為直接。

觸摸屏的使用便于起毛工藝的編制、錄入和儲(chǔ)存，有利于起毛工藝的精準(zhǔn)實(shí)施，保證起絨產(chǎn)品的穩(wěn)定性和一致性。

2.2 PLC在起毛機(jī)上的應(yīng)用

首先，PLC的應(yīng)用替代了繼電模塊和繼電器控制板，解決了繼電器和接觸器控制系統(tǒng)維修難、體積大、噪音大、維護(hù)不方便以及可靠性差的問題。其次，PLC具有邏輯控制功能、信號(hào)采集功能、輸出控制功能、數(shù)據(jù)處理功能、計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能、遠(yuǎn)程輸入輸出功能、人機(jī)界面功能、故障自診斷功能、通信聯(lián)網(wǎng)功能以及實(shí)時(shí)通信和備份功能。

在起毛機(jī)運(yùn)行過程中，變頻器參數(shù)通過RS485方式傳輸?shù)絇LC，然后由以太網(wǎng)傳輸?shù)接|摸屏，最后觸摸屏通過以太網(wǎng)對(duì)PLC進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)人機(jī)操控。

2.3 變頻器在起毛機(jī)上的應(yīng)用

變頻器在起毛機(jī)上的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟啟動(dòng)，有效避免電機(jī)對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的沖擊，與電機(jī)硬啟動(dòng)相比，其節(jié)電率為20.00%～60.00%。

變頻器內(nèi)置32位或16位的微處理器，具有多種算術(shù)邏輯運(yùn)算和智能控制功能，輸出頻率精度為0.10%～0.01%，且設(shè)置了完善的檢測(cè)和保護(hù)功能，是可調(diào)速驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一種，也可以應(yīng)用變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)改變異步電動(dòng)機(jī)工作電壓的頻率和幅度，以此平滑控制異步電動(dòng)機(jī)速度及轉(zhuǎn)矩。通過PLC的控制，再經(jīng)低壓變頻器可實(shí)現(xiàn)多電機(jī)的同步協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)起毛機(jī)各運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)運(yùn)行。

3 西門子編程軟件的應(yīng)用

3.1 TIA Portal V15.1編程軟件

TIA Portal V15.1自動(dòng)化編程軟件用于西門子觸目屏TP1200程序編寫，該軟件具有高組態(tài)效率、可跟蹤性、驗(yàn)證便利性、創(chuàng)新的HMI和自動(dòng)化概念以及基于Web的服務(wù)和診斷功能。

3.2 STEP 7-Micro/WIN SMSRT編程軟件

STEP 7-Micro/WIN SMSRT編程軟件用于西門子PLC SmartSR40程序編寫，該軟件具備硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通訊組態(tài)、編程、測(cè)試、啟動(dòng)和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷等功能，對(duì)操作系統(tǒng)的兼容性很強(qiáng)。

4 數(shù)字化發(fā)展

4.1 紡織設(shè)備制造數(shù)字化

數(shù)字化作為紡織設(shè)備制造自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵和核心，集制造技術(shù)、電子信息技術(shù)和管理于一身，能強(qiáng)化數(shù)字設(shè)計(jì)和制造技術(shù)等環(huán)節(jié)，尤其對(duì)于制造設(shè)備來說，想要控制參數(shù)數(shù)據(jù)，需要以數(shù)字信號(hào)形式表現(xiàn)出來。但對(duì)于制造企業(yè)來說，數(shù)據(jù)信息、圖形數(shù)據(jù)以及文案圖像等都是通過數(shù)字形式在企業(yè)內(nèi)部高速傳播，這樣不僅能順應(yīng)市場(chǎng)發(fā)展的趨勢(shì)，還能快速搜集行業(yè)信息，促進(jìn)企業(yè)高速運(yùn)行。

4.2 紡織設(shè)備數(shù)字化

印染企業(yè)信息化的關(guān)鍵在于紡織設(shè)備的數(shù)字化，以此實(shí)現(xiàn)紡織生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化和智能化，同時(shí)紡織設(shè)備的數(shù)字化還能有效解決印染企業(yè)信息數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中的困難。

紡織設(shè)備數(shù)字化即將紡織設(shè)備和先進(jìn)的控制技術(shù)相結(jié)合。傳統(tǒng)的控制方式是模擬控制，而先進(jìn)的控制技術(shù)能將模擬控制轉(zhuǎn)化為數(shù)字化控制，有效提升紡織設(shè)備的抗干擾能力、現(xiàn)場(chǎng)化程度以及分布式性能，對(duì)于一些復(fù)雜的控制功能紡織設(shè)備數(shù)字化也能順利完成，在紡織設(shè)備生產(chǎn)過程中，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、傳輸和共享。

現(xiàn)代控制技術(shù)與紡織設(shè)備數(shù)字化擁有密不可分的關(guān)系，現(xiàn)代控制技術(shù)既是實(shí)現(xiàn)紡織設(shè)備數(shù)字化的基礎(chǔ)，也是世界紡織設(shè)備發(fā)展的重要趨勢(shì)。

5 結(jié)語

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及制造業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)、通信和硬件等技術(shù)得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。通過觸摸屏、PLC和變頻器等硬件和軟件在起毛機(jī)上的應(yīng)用，并融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和機(jī)器人等，可以實(shí)現(xiàn)起毛機(jī)在織物生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化、智能化及數(shù)字化；可視化的參數(shù)設(shè)置有利于起毛工藝的精準(zhǔn)實(shí)施，保證起毛風(fēng)格及品質(zhì)的一致性和穩(wěn)定性。