全數(shù)字式系列智能竹節(jié)紗生產(chǎn)裝置

1、全數(shù)字式系列智能竹節(jié)紗生產(chǎn)裝置江南大學(xué) 謝春萍 徐伯俊摘要：簡述了自主開發(fā)的智能系列竹節(jié)紗生產(chǎn)裝置，介紹了其用在環(huán)錠紡紗機(jī)和轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)上改造方案，分析了單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟件，并對使用本系統(tǒng)的竹節(jié)紗生產(chǎn)工藝進(jìn)行了分析。 關(guān)鍵詞：竹節(jié)紗，環(huán)錠紡，轉(zhuǎn)杯紡，數(shù)字式 中圖分類號：TS104.71概述我國已正式加入WTO，紡織工業(yè)將迎來新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，高新技術(shù)的應(yīng)用將是紡織業(yè)能否走在世界前列的關(guān)鍵，利用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，特別是采用智能技術(shù)與機(jī)電一體化結(jié)合的自控系統(tǒng)應(yīng)用于新產(chǎn)品開發(fā)是提升紡織傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級的關(guān)鍵。花式紗線產(chǎn)品從二十世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的，一直是紡織品市場的重要分支。國外為了突

2、出服裝的穿著個(gè)性，采用花式紗線的服裝比較流行；國內(nèi)花式紗線生產(chǎn)技術(shù)及其質(zhì)量尚停留在低檔技術(shù)改造上，花式紗線產(chǎn)品受到限制。竹節(jié)紗是花式紗線的重要分支，就是在普通單紗的長度方向上，紡制出有一定規(guī)律的粗節(jié)，這種粗節(jié)根據(jù)不同面料設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)范圍，是紡紗工藝不可缺少的參數(shù)。竹節(jié)紗可使織物具有獨(dú)持的立體花式效應(yīng)廣泛適用于色織、毛織的服裝面科、襯衫以及裝飾織物如窗簾、沙發(fā)罩、床罩、汽車內(nèi)裝飾織物等，竹節(jié)紗產(chǎn)品在穿著時(shí)又可減少貼膚面積，因此常用以生產(chǎn)夏季面料。 2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)和轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)上開發(fā)的紡制竹節(jié)紗的控制裝置普遍使用的方法大體上可分為三種形式：機(jī)械式：費(fèi)用低，但噪音大、變換工藝（竹

3、節(jié)長度、節(jié)距、線密度及任意的循環(huán)等）不便，且壽命短，維護(hù)費(fèi)用大；PLC與機(jī)械結(jié)合式：大多采用PLC控制電磁離合器吸合，費(fèi)用較低，但噪音大、壽命短，維護(hù)費(fèi)用大，竹節(jié)紗參數(shù)控制差、精度差、花式變化少，很難滿足高質(zhì)量的用戶需求。全數(shù)字式：它們可完完全全地按樣品或客戶的任何要求生產(chǎn)，達(dá)到至善至美的程度，而且參數(shù)調(diào)整十分簡單、方便、快捷，只需在控制面板上鍵入設(shè)計(jì)工藝即可，是今后的發(fā)展趨勢。3 總體設(shè)計(jì)31 環(huán)錠細(xì)紗機(jī)牽伸系統(tǒng)改造 改造后可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)任意調(diào)節(jié)牽伸倍數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)各種新型花式紗線的開發(fā)與紡制；其中方案一適紡4cm以下短竹節(jié)長度的竹節(jié)紗，同時(shí)也適紡4cm以上較長竹節(jié)長度的竹節(jié)紗；方案二適

4、紡4cm以上竹節(jié)長度長的竹節(jié)紗，方案三是一個(gè)完善系統(tǒng)，可任意設(shè)定動(dòng)靜態(tài)下的前羅拉與中后羅拉的速度，紡制各種類型的竹節(jié)紗。 32 轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)的喂入系統(tǒng)機(jī)電一體化改造 改造后可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)任意調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)竹節(jié)長度大于紡紗杯周長、竹節(jié)線密度存在漸變效應(yīng)、具有仿麻效果的各種新型花式竹節(jié)紗的開發(fā)與紡制。33 伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)加減速優(yōu)化及與主機(jī)的同步本系統(tǒng)用于環(huán)錠細(xì)紗機(jī)中，開關(guān)車存在與主機(jī)的同步問題，有三個(gè)解決途徑：一是選用開發(fā)的測速反饋系統(tǒng)，在要求高精度的場合，必須采用此附件；二是采用本系統(tǒng)軟件中根據(jù)各類機(jī)型配置的經(jīng)驗(yàn)同步跟蹤系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，具有自學(xué)習(xí)與自適應(yīng)功能，能夠滿

5、足常規(guī)生產(chǎn)要求；三是選用加裝超越離合器，實(shí)現(xiàn)開關(guān)車時(shí)由超越離合器傳動(dòng)。而轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)由于其加工特點(diǎn)與環(huán)錠細(xì)紗機(jī)不同，因而不需設(shè)計(jì)同步系統(tǒng)，只是在開車時(shí)需避免所有電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)電流過大，設(shè)計(jì)了延時(shí)驅(qū)動(dòng)喂給羅拉。伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)加減速優(yōu)化是本系統(tǒng)的關(guān)鍵，根據(jù)轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)與環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，對加減速系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，能夠達(dá)到最優(yōu)最快的加減速特性，以滿足生產(chǎn)中的各類需求。34 單片機(jī)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與軟件3.4.1 硬件設(shè)計(jì)本裝置的核心元件為近年研制的內(nèi)含快閃存儲(chǔ)器的高檔單片微控制器89C52，其片內(nèi)快閃存儲(chǔ)器的編程和擦除完全用電實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易丟失，可保存10年。程序存儲(chǔ)于微控

6、制器內(nèi)部，不需外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，且有強(qiáng)大的加密功能，使大量的數(shù)據(jù)不在CPU和外部擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器之間來回交換，大大提高了控制裝置的抗干擾能力，這一優(yōu)點(diǎn)對紡紗機(jī)紡竹節(jié)紗裝置來說是至關(guān)重要且最為寶貴的。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用美國近年制造的X25045P，它將看門狗定時(shí)器、集成電路監(jiān)控和電子編程可擦除存儲(chǔ)器三種功能容為一體，降低了成本，完成了斷電數(shù)據(jù)保護(hù)，提高了軟件系統(tǒng)的可靠性和控制裝置的抗干擾能力?？刂蒲b置安裝的細(xì)紗機(jī)上有可能會(huì)因附近大電機(jī)（空調(diào)風(fēng)機(jī)、細(xì)紗機(jī)主電機(jī)等）啟動(dòng)而引起供電電壓的大幅波動(dòng)，這將對控制裝置產(chǎn)生極大的干擾，使紡出的竹節(jié)紗達(dá)不到工藝要求甚至引起故障。本控制裝置選擇了PS0500AC5CR

7、-IBP新型開關(guān)電源模塊，具有輸出短路和過熱保護(hù)。當(dāng)輸入交流電壓在90V264V之間波動(dòng)變化時(shí)，其輸出電壓可始終保持在5V0.03V的水平，可確保在此大范圍的電壓波動(dòng)下，控制裝置穩(wěn)定可靠的工作。以單片機(jī)為核心的控制裝置輸出編程確定的開關(guān)脈沖信號，經(jīng)一專用脈沖信號發(fā)生器經(jīng)光電耦合器輸出，它使控制裝置的輸入和輸出在電氣上完全隔離，大大提高了系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力。以單片機(jī)為核心的控制裝置應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)，如細(xì)紗機(jī)和轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)紡制竹節(jié)紗控制，從功能、精度、易操作性等方面完全勝任而有余，而最重要的問題是提高系統(tǒng)的工作可靠性，即抵御外來干擾的能力。細(xì)紗機(jī)和轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)一般是晝夜連續(xù)不斷的運(yùn)行，不允許出現(xiàn)

8、故障，否則影響產(chǎn)量和質(zhì)量，特別是中夜班一般無專業(yè)人員值班更會(huì)對產(chǎn)量帶來嚴(yán)重的損失。因此本系統(tǒng)除了在硬件方面作了精心的設(shè)計(jì)外，還在軟件的設(shè)計(jì)上對抗干擾問題做了特別處理。 3.4.2 軟件設(shè)計(jì)采用了指令冗余技術(shù)：在一些對流程起決定作用的指令間插入23條空操作指令NOP，以保證被干擾啟動(dòng)而彈飛的程序迅速納入正常的控制軌道。采用軟件陷阱技術(shù)：對未使用的中斷向量區(qū)，未使用的大片ROM空間、表格的最后以及程序區(qū)內(nèi)的正常斷裂點(diǎn)處都安排了軟件陷阱。采用了程序運(yùn)行監(jiān)視（看門狗）技術(shù)：利用X25045P軟件編程選取200ms的超時(shí)復(fù)位周期，實(shí)踐證明效果顯著。采用出錯(cuò)處理子程序技術(shù)：在適當(dāng)?shù)牡刂分性O(shè)置標(biāo)志，當(dāng)檢測到

9、標(biāo)志單元內(nèi)容已改變說明程序因干擾等原因脫離正常軌道，這時(shí)立即轉(zhuǎn)入出錯(cuò)處理子程序，使程序迅速恢復(fù)正常。 35 配套新產(chǎn)品的工藝與檢測手段研究我們研究的紡竹節(jié)紗過程中的工藝技術(shù)關(guān)鍵有以下幾個(gè)方面：3.5.1 竹節(jié)紗主要參數(shù)與布面風(fēng)格的關(guān)系竹節(jié)紗參數(shù)包括基紗線密度、竹節(jié)粗度、竹節(jié)長度及竹節(jié)間距，由于竹節(jié)紗的特殊結(jié)構(gòu)，布面風(fēng)格與上述四參數(shù)密切相關(guān)，其各種各樣的組合決定了它在布面上特殊的風(fēng)格，其方法主要有：原料不同形成的風(fēng)格有異：如用普通棉、滌綸原料紡制的單紗織制的竹節(jié)紗織物竹節(jié)較明顯；而采用異形纖維如陽離子滌綸、強(qiáng)光滌綸、粘膠等形成較細(xì)竹節(jié)，然后與普通紗加捻成線，可制成高檔面料。由于竹節(jié)紗竹節(jié)部分較粗

10、，紡紗時(shí)加在竹節(jié)部分的捻度也較少，竹節(jié)段纖維較松散，使竹節(jié)紗染色時(shí)粗段與細(xì)段對染料的吸收不一致，再根據(jù)竹節(jié)長短不同會(huì)形成雨點(diǎn)或雨絲的風(fēng)格。在轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)上紡制1012英支1.31.8倍于正常紗的細(xì)長竹節(jié)的竹節(jié)紗，配合竹節(jié)間距與長度的變化，可織制出具有麻的風(fēng)格的高檔面料。利用竹節(jié)紗竹節(jié)部分的長短不同、粗細(xì)不同、節(jié)距不同、原料不同，可開發(fā)出豐富多彩風(fēng)格各異的品種，以滿足各類不同消費(fèi)者的需要。3.5.2 工藝設(shè)計(jì)紗號設(shè)計(jì)：在確定竹節(jié)紗的百米定量時(shí)，應(yīng)根據(jù)竹節(jié)長度、節(jié)距的大小和竹節(jié)段粗細(xì)，換算成百米定量。但由于竹節(jié)部分和節(jié)距部分有一粗細(xì)過度態(tài)，特別是轉(zhuǎn)杯紡竹節(jié)紗，過度態(tài)較長，因此計(jì)算重量和實(shí)際重量間會(huì)有

11、一定的差異，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)大面積定量進(jìn)行微調(diào)。竹節(jié)粗度：在竹節(jié)紗紡紗過程中，粗度是較難掌握的參數(shù)。我們用切斷稱重法來檢定竹節(jié)的粗度：即取相同長度的竹節(jié)部分和節(jié)距部分，分別稱重，竹節(jié)重量與節(jié)距重量之比即為粗度。粗度一般由試紡確定，經(jīng)用戶認(rèn)可后投入批量生產(chǎn)。環(huán)錠竹節(jié)紗的竹節(jié)長度：在前羅拉變速情況下，取決于前羅拉的速度V1（mm/s）和瞬時(shí)降速的時(shí)間t1（s）的乘積，在后羅拉變速情況下，取決于前羅拉的速度V1（mm/s）和后羅拉升速的時(shí)間t2（s）的乘積，一般誤差較小。轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗的竹節(jié)長度：在改變喂給羅拉速度的情況下分為兩種情況：設(shè)L-喂給羅拉高速情況下引紗羅拉輸出的紗線長度D-轉(zhuǎn)杯的直徑S-竹節(jié)

12、長度當(dāng)LD 即在喂給羅拉升速的時(shí)間內(nèi)引紗羅拉輸出的紗線長度大于紡杯的周長時(shí)：竹節(jié)的長度S = 2D + a （a = L - 2D），為紡杯周長的二倍以上。當(dāng)LD 即在喂給羅拉升速的時(shí)間內(nèi)引紗羅拉輸出的紗線長度小于紡杯的周長時(shí)：竹節(jié)的長度S = D + b （b = L），介于紡杯的周長與兩倍的紡杯周長之間。4 結(jié)束語利用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，特別是采用智能技術(shù)與機(jī)電一體化結(jié)合的自控系統(tǒng)應(yīng)用于新產(chǎn)品開發(fā)是提升紡織傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級的關(guān)鍵。本項(xiàng)目研制的全數(shù)字式系列智能花式紗線生產(chǎn)裝置，可作為傳統(tǒng)環(huán)錠細(xì)紗機(jī)、轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)制造廠的選配件，但主要是作為紡紗工廠的設(shè)備技術(shù)改造后生產(chǎn)竹節(jié)紗等新產(chǎn)品，能夠滿足生產(chǎn)實(shí)際需求的竹節(jié)長度、竹節(jié)粗度、竹節(jié)間隔任意調(diào)節(jié)，實(shí)際誤差5%，優(yōu)于目前使用的各類生產(chǎn)裝置，并可生產(chǎn)特殊的具有平面投影擬合的特色竹節(jié)紗，是目前各類生產(chǎn)裝置不能生產(chǎn)的。使用本裝置技術(shù)改造后，每噸紗新增利潤5000元甚至更高，而生產(chǎn)成本并不增加，環(huán)錠細(xì)紗機(jī)產(chǎn)量有所降低，而轉(zhuǎn)杯紡紗機(jī)產(chǎn)量并不受影響，因而社會(huì)效益巨大，直接經(jīng)濟(jì)效益明顯，具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)汪軍等，轉(zhuǎn)杯竹節(jié)紗參數(shù)的理論與實(shí)踐J，中國紡織大學(xué)學(xué)報(bào)，2000;26(10