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。

國內現(xiàn)有的松式絡筒機整機結構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完成，針對各種紗線不同的絡筒工藝，設備調整比較困難；導紗機構采用的是槽筒和旋轉翼片，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構，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)碼卷繞結構，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構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稅等優(yōu)勢成為全球服裝產(chǎn)業(yè)制造中心轉移的承接地，服裝產(chǎn)業(yè)向這些地區(qū)轉移是大勢所趨。

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，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)轉移。另一方面，東南亞各國紛紛推出相關政策，在自由貿易、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，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量的產(chǎn)品來生產(chǎn)更高質量的產(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)。目前國內紡織工業(yè)中紡織機械伺服應用約占國內伺服應用總量的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勻整技術己顯得十分重要，這能自動有效地檢測喂入紗條長短片段條干的不勻，可實時調節(jié)牽伸倍數(shù)，從而有效地控制輸出紗條的質量，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，實現(xiàn)了主牽伸無級調節(jié)和動態(tài)監(jiān)控，最小牽伸倍數(shù)可在±0.01倍范圍內調節(jié)，重量控制精度可達0.05g/(5m)，紗條質量穩(wěn)定，運轉可靠。其先進的的電子控制和自動化技術有效地降低了并條機的功耗和運轉噪聲，操作維護方便，每萬錠運轉班修機工可減少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、伺服驅動、變頻調速以及傳感器檢測等先進電子技術，實現(xiàn)了開環(huán)控制短片段的全過程自調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，出條質量明顯改善的效果，該機運開環(huán)控制的自調勻整系統(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、先進的伺服系統(tǒng)等新技術以及新工藝、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、棉結含量、生條含雜率都穩(wěn)定控制在一定的范圍內，保證了后部生產(chǎn)工序的原料質量。目前，生產(chǎn)線設備，在外觀形態(tài)和內在質量上，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、驅動器、執(zhí)行電動機和傳感器構成，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)絡等技術在細紗機控制上的應用，簡化了機構，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意義重大，因此創(chuàng)新產(chǎn)學研結合模式，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。