摘要：作為現(xiàn)代科技發(fā)展的產(chǎn)物，伺服系統(tǒng)以其不可替代的作用及優(yōu)良的性能，幾乎遍布社會的各個領域。其中，伺服系統(tǒng)在制造業(yè)領域的應用最為廣泛。紡機自動化是提高生產(chǎn)效率的重要手段伴隨著全球經(jīng)濟的復蘇，我國的紡織機械行業(yè)也得到了迅猛發(fā)展，2011年行業(yè)產(chǎn)值增速接近30%,預計今年仍將保持高增長態(tài)勢。但另一方面,我國紡機企業(yè)規(guī)模普遍偏小，產(chǎn)品技術(shù)含量偏低。我國的紡織機械與發(fā)達國相比還存在較大差距，但我國的棉紡成套設備和印染設備上均有一定的競爭力。

1前言

     近些年，隨著人們審美意識增強和生活水平的提高，高檔色織產(chǎn)品愈加受到人們喜愛。不僅僅真絲綢，化纖絲、人造絲、混紡紗和棉紗等也可采用色絲織造，這就促使紗筒染色工藝在色織行業(yè)獲得廣泛應用。一般紗筒染色前需要將外購的坯紗絡成適合于筒子染色用的“松式筒子”供下道工序用，因此松式精密絡筒機的需求日益增加。

     由于市場競爭的加劇要求生產(chǎn)靈活性增加，要求設備能生產(chǎn)多品種的產(chǎn)品并能迅速更換工藝，紡織行業(yè)在很多機型上使用了伺服和步進產(chǎn)品，主要用于張力控制，在紡機中的精梳機、粗紗機、細紗機、并條機、捻線機，織機中的無梭織機和印染設備上的應用量最大。細紗機的集體落紗和電子凸輪用到伺服電機，但是并非標準配置，對于用戶而言是可選功能，在2003年只有不到4%的細紗機選用了伺服電機。精梳機、粗紗機、并條機、捻線機都開始使用伺服產(chǎn)品來控制張力，只不過使用的比例還是非常低，不超過20%。無梭織機的電子選緯、電子送經(jīng)、電子卷取也用到伺服和步進產(chǎn)品，主要應用于噴氣織機和劍桿織機。另外，紡織產(chǎn)品的染整工序也會使用到伺服產(chǎn)品，尤其是在印染設備上會使用到類似印刷行業(yè)的高端運動控制產(chǎn)品。與變頻器不同的是，伺服和步進產(chǎn)品在化纖行業(yè)的應用極少，只在個別生產(chǎn)設備和一些試驗設備上使用。

    國內(nèi)現(xiàn)有的松式絡筒機整機結(jié)構(gòu)一般采用單錠集中傳動方式，通常包括卷繞、導紗、超喂等幾種運動，采用機械齒輪和凸輪機構(gòu)完成，針對各種紗線不同的絡筒工藝，設備調(diào)整比較困難；導紗機構(gòu)采用的是槽筒和旋轉(zhuǎn)翼片，對一些高檔紗線易產(chǎn)生損傷；同時由于采用的是機械傳動結(jié)構(gòu)，卷繞速度不高。目前國外這種松式絡筒機已經(jīng)完全采用基于電子齒輪和電子凸輪的全數(shù)碼卷繞結(jié)構(gòu)，即單錠獨立傳動；卷繞、橫動導紗、紗線超喂、張力補償均采用單獨電機控制，各電機之間的運動關(guān)系可通過參數(shù)設置進行描述，靈活應對各種特性的紗線卷繞工藝的需要；橫動導紗采用的是“導紗器”，即俗稱的“兔子頭”，對紗線的損傷很小，特別適用于高檔色織紗線的卷繞；另外由于各電機在機械上沒有直接的傳動連接，輔以高速精密運動控制軟件算法，可以很方便地實現(xiàn)高速精密交叉卷繞，絡紗速度遠大于機械式松式絡筒機，大大提高了絡紗效率。

2紡織機械的發(fā)展

     紡織是典型的物理加工生產(chǎn)工藝，整個生產(chǎn)過程就是纖維之間結(jié)構(gòu)的整理和再組織的過程，在化纖的產(chǎn)生和織物的處理方面也包括一些工藝流程。傳動是紡織行業(yè)控制的重點。紡織行業(yè)的環(huán)境特點是高濕度和多粉塵，現(xiàn)場使用的自動化產(chǎn)品都必須考慮到以上兩點，否則難以長期穩(wěn)定運行。

    我國勞動力成本高，服裝產(chǎn)業(yè)向東南亞、南亞轉(zhuǎn)移趨勢明顯?？p紉機主要下游服裝行業(yè)是勞動密集型行業(yè)。我國工人工資不斷攀升，對于勞動密集型的服裝產(chǎn)業(yè)的人力成本形成越來越大的壓力。相對于南亞的印度、巴基斯坦、孟加拉國和東南亞的泰國、越南、印尼等國，我國的工資水平明顯更高，對服裝產(chǎn)業(yè)的吸引力越來越弱。近年來，南亞、東南亞、非洲等經(jīng)濟體憑借較低的勞動力等生產(chǎn)要素成本和進口國差別關(guān)稅等優(yōu)勢成為全球服裝產(chǎn)業(yè)制造中心轉(zhuǎn)移的承接地，服裝產(chǎn)業(yè)向這些地區(qū)轉(zhuǎn)移是大勢所趨。

我國紡織原料及紡織制品進口金額

     我國縫制機械企業(yè)出口業(yè)務占比高，外向型經(jīng)營特征明顯。2003年國內(nèi)的紡織機械行業(yè)一共采購伺服產(chǎn)品8420臺，價值7410萬元，主要是3KW以內(nèi)的產(chǎn)品。2014年我國出口泰國市場縫制機械產(chǎn)品同比增長35.23%，2015年中國對埃及縫制產(chǎn)品總出口額同比上升29.06%。紡織服裝產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移推動了上游紡織機械企業(yè)海外營收的提升，我國縫制機械生產(chǎn)商的海外營收占比近年來一般維持在50%以上。盡管目前本行業(yè)的運動控制產(chǎn)品的使用比例較低，但是運動控制產(chǎn)品在紡機上大量應用是發(fā)展趨勢。目前，主要的紡機廠都開發(fā)或者正在開發(fā)新的產(chǎn)品系列型號，這些新的型號屬于原有的產(chǎn)品升級，具有更高的自動化水平和生產(chǎn)精度，易于更換產(chǎn)品品種，產(chǎn)品的品質(zhì)得到提升，并且具有更高的單機生產(chǎn)能力。在這些產(chǎn)品中伺服電機取代傳統(tǒng)的機械機構(gòu)，因此具有非常好的性能。

我國紡織機械和縫制機械出口處于高位

    東南亞國家積極承接服裝產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，帶動較強的設備需求。一方面，東南亞國家勞動力成本普遍較低，泰國2016年制造業(yè)人均工資分別為355美元/月，而我國2016年的制造業(yè)人均工資為746美元/月，對低成本的追逐使得全球廠商紛紛將生產(chǎn)中心從中國向更低成本地區(qū)轉(zhuǎn)移。另一方面，東南亞各國紛紛推出相關(guān)政策，在自由貿(mào)易、投資、稅收、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃等多方面利好服裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并有志于將本國打造為世界主要服裝產(chǎn)業(yè)中心。成本優(yōu)勢加碼產(chǎn)業(yè)政策，我們認為東南亞國家未來將會成為世界主要的服裝紡織生產(chǎn)基地，有力帶動縫制機械需求。

    縫制機械與下游紡織服裝行業(yè)呈現(xiàn)較強關(guān)聯(lián)性。2002年開始，我國縫制機械行業(yè)受我國紡織服裝行業(yè)發(fā)展帶動，實現(xiàn)了一輪長達5年的周期增長，2007年縫紉機產(chǎn)量達到1780萬臺。2008年行業(yè)受到金融危機沖擊，下游景氣度下降，進入下行周期。隨后受各國經(jīng)濟刺激政策提振，下游景氣度出現(xiàn)了一定的上升，縫制機械制造行業(yè)隨之反彈，2011年產(chǎn)量達到階段高點1706萬臺。但隨著國內(nèi)紡織服裝產(chǎn)業(yè)的流出，行業(yè)出現(xiàn)了緩慢的周期回落。2016年開始，受全球產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和我國縫制機械企業(yè)競爭力的提升，縫制機械行業(yè)開始復蘇。2017年行業(yè)百家整機企業(yè)累計完成工業(yè)總產(chǎn)值196.67億元億元，同比增長27.71%，累計生產(chǎn)縫制機械產(chǎn)品613萬臺，同比增長23.86%。

3伺服在紡織機械中的優(yōu)勢

    紡織機械行業(yè)使用的伺服控制產(chǎn)品主要用于張力控制，在紡機中的精梳機、粗紗機、細紗機、并條機、捻線機，織機中的無梭織機和印染設備上的應用量都非常大。細紗機的集體落紗和電子凸輪用到伺服電機，對于用戶而言是可選功能，2003年中國只有不到5％的產(chǎn)品選用樂相關(guān)功能。無梭織機的電子選緯、電子送經(jīng)、電子卷曲也用到伺服控制產(chǎn)品，主要應用于噴氣織機和劍桿織機。部分無梭織機的主軸也采用伺服控制系統(tǒng)．紡機中的精梳機、粗紗機、并條機、捻線機都開始使用伺服產(chǎn)品來控制張力，只不過使用的比例還非常低，不超過20%，電子提花使用較多的步進產(chǎn)品。另外，紡織產(chǎn)品的染整工序也會使用到伺服產(chǎn)品，尤其是在印染設備上會使用到高端伺服控制產(chǎn)品。伺服控制產(chǎn)品在化纖行業(yè)的應用仍然較少，只在一些試驗設備上使用。

    紡織機械上應用伺服控制技術(shù)是為了提高設備的性能和生產(chǎn)效率，滿足高精度控制的要求。目前，成本是運動控制產(chǎn)品在本行業(yè)大量使用的最主要的障礙。對用戶而言，使用帶伺服的紡織機械的一次性投資要高出很多，大多數(shù)紡織企業(yè)寧愿多購買幾臺低端設備以增加產(chǎn)能，只有對產(chǎn)品質(zhì)量要求較高的企業(yè)會選用帶伺服的高端產(chǎn)品。但是，相對而言紡織機械對伺服控制產(chǎn)品的技術(shù)要求較低，對精確度和響應速度的要求遠遠低于機床加工行業(yè)。因此，價格成為國內(nèi)紡織機械制造廠家的首要參考標準。很多伺服控制廠家開發(fā)出專用的伺服控制驅(qū)動和電機，有些比較具有規(guī)模的紡織機械廠家也自行研發(fā)專用于紡織機械的伺服驅(qū)動，這樣既滿足應用要求，又降低成本。

     盡管目前本行業(yè)的運動控制產(chǎn)品的使用比例較低，但是運動控制產(chǎn)品在紡機上的大量應用是發(fā)展的趨勢。主要的紡機廠都開發(fā)出或者正在開發(fā)新的產(chǎn)品系列型號，這些新的型號屬于原有產(chǎn)品的升級產(chǎn)品，具有更高的自動化水平和生產(chǎn)精度，易于更換產(chǎn)品品種，產(chǎn)品的品質(zhì)得到提升，并且具有更高的單機生產(chǎn)能力。在這些產(chǎn)品中，伺服電機和步進電機取代了傳統(tǒng)的機械機構(gòu)，因此具有非常好的性能和功能。

    促進伺服控制產(chǎn)品在紡織行業(yè)應用的主要因素有：①市場競爭的加劇要求生產(chǎn)靈活性增加，要求設備能生產(chǎn)多品種的產(chǎn)品并能迅速更換工藝；②市場全球化需要更多高質(zhì)量的產(chǎn)品來生產(chǎn)更高質(zhì)量的產(chǎn)品：③伺服產(chǎn)品價格的降低。

4伺服在紡織機械中的應用與發(fā)展

    伺服系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng)，是用來精確地跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。目前國內(nèi)紡織工業(yè)中紡織機械伺服應用約占國內(nèi)伺服應用總量的8%左右，下面就伺服系統(tǒng)在紡織機械中的應用進行論述。 

1、在并條機上的應用

    隨著紡紗生產(chǎn)要求的不斷提高，在并條機上應用自調(diào)勻整技術(shù)己顯得十分重要，這能自動有效地檢測喂入紗條長短片段條干的不勻，可實時調(diào)節(jié)牽伸倍數(shù)，從而有效地控制輸出紗條的質(zhì)量，但這種控制系統(tǒng)尚有較大的提升空間。通過伺服電機及數(shù)字化閉環(huán)控制技術(shù)，實現(xiàn)了主牽伸無級調(diào)節(jié)和動態(tài)監(jiān)控，最小牽伸倍數(shù)可在±0.01倍范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，重量控制精度可達0.05g/(5m)，紗條質(zhì)量穩(wěn)定，運轉(zhuǎn)可靠。其先進的的電子控制和自動化技術(shù)有效地降低了并條機的功耗和運轉(zhuǎn)噪聲，操作維護方便，每萬錠運轉(zhuǎn)班修機工可減少4～8人，每年可節(jié)約資金約20萬元。

    并條機采用了計算機控制、伺服驅(qū)動、變頻調(diào)速以及傳感器檢測等先進電子技術(shù)，實現(xiàn)了開環(huán)控制短片段的全過程自調(diào)勻整和對紗條的實時控制，對于不同品種在不同速度等條件下試驗時，均能達到穩(wěn)定控制、勻整效果好，出條質(zhì)量明顯改善的效果，該機運開環(huán)控制的自調(diào)勻整系統(tǒng)控制原理圖如下。

2、在梳理領域的應用

    聲、光、電、氣、變頻傳動技術(shù)、先進的伺服系統(tǒng)等新技術(shù)以及新工藝、新的梳棉理論被大量采用，體現(xiàn)在清梳聯(lián)生產(chǎn)線的設計制造中，促使清梳聯(lián)生產(chǎn)線向高產(chǎn)、高速、節(jié)能、優(yōu)質(zhì)的方向發(fā)展，提高了生產(chǎn)的穩(wěn)定性、可靠性，保證了整個生產(chǎn)流程能夠同步、連續(xù)、平穩(wěn)地運行，把棉條長短片段的不勻率、棉結(jié)含量、生條含雜率都穩(wěn)定控制在一定的范圍內(nèi)，保證了后部生產(chǎn)工序的原料質(zhì)量。目前，生產(chǎn)線設備，在外觀形態(tài)和內(nèi)在質(zhì)量上，都已有了長足的發(fā)展，具備了精細抓棉能力，設計更加人性化，有著友好的人機界面，操作維護也更加簡便。

3、粗紗機上的應用

    采用了伺服控制系統(tǒng)進行數(shù)字化控制，能有效地解決起動、點動、停車過程中多電動機同步控制問題，消除粗紗機在開關(guān)車過程中紗線易產(chǎn)生的細節(jié)疵點，同時取消龍筋平衡重錘和差微齒輪，簡化保養(yǎng)維修工作，并有利于節(jié)約能源、降低噪聲及振動。

4、細紗機上的應用

    伺服系統(tǒng)由控制器、驅(qū)動器、執(zhí)行電動機和傳感器構(gòu)成，主要運用在細紗機的集體落紗系統(tǒng)，傳統(tǒng)的細紗機的錠子、羅拉及鋼領板的升降都靠主電機傳動，主電機多使用雙速電機，慢速僅用于啟動，高速為正常工作，在紡紗過程中斷頭率高。可編程序控制器及交流伺服控制器和網(wǎng)絡等技術(shù)在細紗機控制上的應用，簡化了機構(gòu)，提高了精度，利于穩(wěn)定紡紗張力、減少斷頭和毛羽，大大提高了紡織細紗機的生產(chǎn)效率。

5結(jié)論

    伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)紡織機械自動化、數(shù)字化控制系統(tǒng)的重要組成部分，當前我國無論是在技術(shù)上還是在產(chǎn)業(yè)化應用上都與國外先進水平有著不小的差距，這對于我們來說謀求先進的伺服控制技術(shù)意義重大，因此創(chuàng)新產(chǎn)學研結(jié)合模式，大力推動企業(yè)、高校和科研院所建立緊密的合作關(guān)系，促進伺服控制系統(tǒng)更好地應用于紡織機械，提高紡織機械的性能顯得十分必要和緊迫。