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 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)錠紡紗機和轉杯紡紗機上改造方案，分析了單片機控制系統(tǒng)的硬件設計與軟件，并對使用本系統(tǒng)的竹節(jié)紗生產(chǎn)工藝進行了分析。 關鍵詞：竹節(jié)紗，環(huán)錠紡，轉杯紡，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)將迎來新的機遇與挑戰(zhàn)，高新技術的應用將是紡織業(yè)能否走在世界前列的關鍵，利用高新技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，特別是采用智能技術與機電一體化結合的自控系統(tǒng)應用于新產(chǎn)品開發(fā)是提升紡織傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術升級的關鍵?；ㄊ郊喚€產(chǎn)品從二十世紀七十年代發(fā)展起來的，一直是紡織品市場的重要分支。國外為了突

2、出服裝的穿著個性，采用花式紗線的服裝比較流行；國內花式紗線生產(chǎn)技術及其質量尚停留在低檔技術改造上，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)不同面料設計要求和標準范圍，是紡紗工藝不可缺少的參數(shù)。竹節(jié)紗可使織物具有獨持的立體花式效應廣泛適用于色織、毛織的服裝面科、襯衫以及裝飾織物如窗簾、沙發(fā)罩、床罩、汽車內裝飾織物等，竹節(jié)紗產(chǎn)品在穿著時又可減少貼膚面積，因此常用以生產(chǎn)夏季面料。 2國內外研究現(xiàn)狀及趨勢在環(huán)錠細紗機和轉杯紡紗機上開發(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：機械式：費用低，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，維護費用大；PLC與機械結合式：大多采用PLC控制電磁離合器吸合，費用較低，但噪音大、壽命短，維護費用大，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)，達到至善至美的程度，而且參數(shù)調整十分簡單、方便、快捷，只需在控制面板上鍵入設計工藝即可，是今后的發(fā)展趨勢。3 總體設計31 環(huán)錠細紗機牽伸系統(tǒng)改造 改造后可實現(xiàn)靜態(tài)、動態(tài)實時任意調節(jié)牽伸倍數(shù)，從而實現(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，方案三是一個完善系統(tǒng)，可任意設定動靜態(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 轉杯紡紗機的喂入系統(tǒng)機電一體化改造 改造后可實現(xiàn)靜態(tài)、動態(tài)實時任意調節(jié)，從而實現(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、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 伺服電機和步進電機系統(tǒng)加減速優(yōu)化及與主機的同步本系統(tǒng)用于環(huán)錠細紗機中，開關車存在與主機的同步問題，有三個解決途徑：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)各類機型配置的經(jīng)驗同步跟蹤系統(tǒng)，本系統(tǒng)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡理論，具有自學習與自適應功能，能夠滿

5、足常規(guī)生產(chǎn)要求；三是選用加裝超越離合器，實現(xiàn)開關車時由超越離合器傳動。而轉杯紡紗機由于其加工特點與環(huán)錠細紗機不同，因而不需設計同步系統(tǒng)，只是在開車時需避免所有電機同時啟動電流過大，設計了延時驅動喂給羅拉。伺服電機和步進電機系統(tǒng)加減速優(yōu)化是本系統(tǒng)的關鍵，根據(jù)轉杯紡紗機與環(huán)錠細紗機的特點，本系統(tǒng)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡理論，對加減速系統(tǒng)進行了優(yōu)化，能夠達到最優(yōu)最快的加減速特性，以滿足生產(chǎn)中的各類需求。34 單片機系統(tǒng)的硬件設計與軟件3.4.1 硬件設計本裝置的核心元件為近年研制的內含快閃存儲器的高檔單片微控制器89C52，其片內快閃存儲器的編程和擦除完全用電實現(xiàn)，數(shù)據(jù)不易丟失，可保存10年。程序存儲于微控

6、制器內部，不需外部擴展程序存儲器，且有強大的加密功能，使大量的數(shù)據(jù)不在CPU和外部擴展程序存儲器之間來回交換，大大提高了控制裝置的抗干擾能力，這一優(yōu)點對紡紗機紡竹節(jié)紗裝置來說是至關重要且最為寶貴的。數(shù)據(jù)存儲器采用美國近年制造的X25045P，它將看門狗定時器、集成電路監(jiān)控和電子編程可擦除存儲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，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置安裝的細紗機上有可能會因附近大電機（空調風機、細紗機主電機等）啟動而引起供電電壓的大幅波動，這將對控制裝置產(chǎn)生極大的干擾，使紡出的竹節(jié)紗達不到工藝要求甚至引起故障。本控制裝置選擇了PS0500AC5CR

7、-IBP新型開關電源模塊，具有輸出短路和過熱保護。當輸入交流電壓在90V264V之間波動變化時，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下，控制裝置穩(wěn)定可靠的工作。以單片機為核心的控制裝置輸出編程確定的開關脈沖信號，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。以單片機為核心的控制裝置應用于工業(yè)控制系統(tǒng)，如細紗機和轉杯紡紗機紡制竹節(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。細紗機和轉杯紡紗機一般是晝夜連續(xù)不斷的運行，不允許出現(xiàn)

8、故障，否則影響產(chǎn)量和質量，特別是中夜班一般無專業(yè)人員值班更會對產(chǎn)量帶來嚴重的損失。因此本系統(tǒng)除了在硬件方面作了精心的設計外，還在軟件的設計上對抗干擾問題做了特別處理。 3.4.2 軟件設計采用了指令冗余技術：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：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)內的正常斷裂點處都安排了軟件陷阱。采用了程序運行監(jiān)視（看門狗）技術：利用X25045P軟件編程選取200ms的超時復位周期，實踐證明效果顯著。采用出錯處理子程序技術：在適當?shù)牡刂分性O置標志，當檢測到

9、標志單元內容已改變說明程序因干擾等原因脫離正常軌道，這時立即轉入出錯處理子程序，使程序迅速恢復正常。 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關鍵有以下幾個方面：3.5.1 竹節(jié)紗主要參數(shù)與布面風格的關系竹節(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)紗的特殊結構，布面風格與上述四參數(shù)密切相關，其各種各樣的組合決定了它在布面上特殊的風格，其方法主要有：原料不同形成的風格有異：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、強光滌綸、粘膠等形成較細竹節(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)紗染色時粗段與細段對染料的吸收不一致，再根據(jù)竹節(jié)長短不同會形成雨點或雨絲的風格。在轉杯紡紗機上紡制1012英支1.31.8倍于正常紗的細長竹節(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格的高檔面料。利用竹節(jié)紗竹節(jié)部分的長短不同、粗細不同、節(jié)距不同、原料不同，可開發(fā)出豐富多彩風格各異的品種，以滿足各類不同消費者的需要。3.5.2 工藝設計紗號設計：在確定竹節(jié)紗的百米定量時，應根據(jù)竹節(jié)長度、節(jié)距的大小和竹節(jié)段粗細，換算成百米定量。但由于竹節(jié)部分和節(jié)距部分有一粗細過度態(tài)，特別是轉杯紡竹節(jié)紗，過度態(tài)較長，因此計算重量和實際重量間會有

11、一定的差異，實際生產(chǎn)中應根據(jù)大面積定量進行微調。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）和瞬時降速的時間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）和后羅拉升速的時間t2（s）的乘積，一般誤差較小。轉杯竹節(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L-喂給羅拉高速情況下引紗羅拉輸出的紗線長度D-轉杯的直徑S-竹節(jié)

12、長度當LD 即在喂給羅拉升速的時間內引紗羅拉輸出的紗線長度大于紡杯的周長時：竹節(jié)的長度S = 2D + a （a = L - 2D），為紡杯周長的二倍以上。當LD 即在喂給羅拉升速的時間內引紗羅拉輸出的紗線長度小于紡杯的周長時：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 結束語利用高新技術改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，特別是采用智能技術與機電一體化結合的自控系統(tǒng)應用于新產(chǎn)品開發(fā)是提升紡織傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術升級的關鍵。本項目研制的全數(shù)字式系列智能花式紗線生產(chǎn)裝置，可作為傳統(tǒng)環(huán)錠細紗機、轉杯紡紗機制造廠的選配件，但主要是作為紡紗工廠的設備技術改造后生產(chǎn)竹節(jié)紗等新產(chǎn)品，能夠滿足生產(chǎn)實際需求的竹節(jié)長度、竹節(jié)粗度、竹節(jié)間隔任意調節(jié)，實際誤差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)錠細紗機產(chǎn)量有所降低，而轉杯紡紗機產(chǎn)量并不受影響，因而社會效益巨大，直接經(jīng)濟效益明顯，具有很大的推廣應用價值。參考文獻汪軍等，轉杯竹節(jié)紗參數(shù)的理論與實踐J，中國紡織大學學報，2000;26(10