近些年，隨著人們審美意識(shí)增強(qiáng)和生活水平的提高，色織產(chǎn)品愈加受到人們喜愛(ài)。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(yīng)用。一般紗筒染色前需要將外購(gòu)的坯紗絡(luò)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(luò)筒機(jī)的需求日益增加。 

    國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的松式絡(luò)筒機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)一般采用單錠集中傳動(dòng)方式，通常包括卷繞、導(dǎo)紗、超喂等幾種運(yùn)動(dòng)，采用機(jī)械齒輪和凸輪機(jī)構(gòu)完成，針對(duì)各種紗線(xiàn)不同的絡(luò)筒工藝，設(shè)備調(diào)整比較困難；導(dǎo)紗機(jī)構(gòu)采用的是槽筒和旋轉(zhuǎn)翼片，對(duì)一些紗線(xiàn)易產(chǎn)生損傷；同時(shí)由于采用的是機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，卷繞速度不高。目前國(guó)外這種松式絡(luò)筒機(jī)已經(jīng)*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(dú)立傳動(dòng)；卷繞、橫動(dòng)導(dǎo)紗、紗線(xiàn)超喂、張力補(bǔ)償均采用單獨(dú)電機(jī)控制，各電機(jī)之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系可通過(guò)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行描述，靈活應(yīng)對(duì)各種特性的紗線(xiàn)卷繞工藝的需要；橫動(dòng)導(dǎo)紗采用的是“導(dǎo)紗器”，即俗稱(chēng)的“兔子頭”，對(duì)紗線(xiàn)的損傷很小，特別適用于色織紗線(xiàn)的卷繞；另外由于各電機(jī)在機(jī)械上沒(méi)有直接的傳動(dòng)連接，輔以高速精密運(yùn)動(dòng)控制軟件算法，可以很方便地實(shí)現(xiàn)高速精密交叉卷繞，絡(luò)紗速度遠(yuǎn)大于機(jī)械式松式絡(luò)筒機(jī)，大大提高了絡(luò)紗效率。
　　
    北京和利時(shí)電機(jī)技術(shù)有限公司通過(guò)和國(guó)內(nèi)紡機(jī)集團(tuán)合作，針對(duì)精密松式絡(luò)筒機(jī)的工藝特點(diǎn)，在自身多年伺服和運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，在國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)成功全面擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速精密松式絡(luò)筒機(jī)電氣控制方案。整個(gè)方案具有良好的性能價(jià)格比，大大提升了國(guó)產(chǎn)松式絡(luò)筒機(jī)的自動(dòng)化水平，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國(guó)外同類(lèi)設(shè)備的水平。
　　
    系統(tǒng)控制方案簡(jiǎn)介
    以單錠控制為例，系統(tǒng)控制方案原理如圖一所示，橫動(dòng)電機(jī)軸連接一個(gè)鋼絲輪，通過(guò)鋼絲輪的正反旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)緊固在鋼絲上導(dǎo)紗器左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)紗線(xiàn)的橫動(dòng)排線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；卷繞電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)紗筒旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)紗線(xiàn)的卷繞運(yùn)動(dòng)，上述橫動(dòng)和卷繞兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成后即表現(xiàn)為紗線(xiàn)以螺旋線(xiàn)的形狀來(lái)回卷繞在紗筒表面。張力補(bǔ)償電機(jī)和超喂電機(jī)則主要用于控制紗線(xiàn)卷繞過(guò)程中的張力。

    本方案中橫動(dòng)導(dǎo)紗電機(jī)采用了一臺(tái)經(jīng)過(guò)*設(shè)計(jì)的超小慣量伺服電機(jī)，卷繞和超喂電機(jī)采用的也是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)定制的高速無(wú)刷直流電機(jī)，張力電機(jī)采用了一臺(tái)普通步進(jìn)電機(jī)。圖中的“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”是和利時(shí)電機(jī)公司在自有開(kāi)發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)上，嵌入了精密絡(luò)筒機(jī)高速電子導(dǎo)紗運(yùn)動(dòng)控制算法、卷繞無(wú)刷電機(jī)速度控制和紗線(xiàn)張力控制策略的型電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能齊全，通過(guò)鍵盤(pán)或通信方式調(diào)整“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”內(nèi)部存儲(chǔ)器參數(shù)可以方便設(shè)置紗線(xiàn)卷繞成形的幾何參數(shù)（滿(mǎn)筒直徑，收邊幅度等），卷繞的線(xiàn)速度，卷繞比，往復(fù)動(dòng)程長(zhǎng)度，紗筒硬邊修整的差動(dòng)幅度、差動(dòng)周期、差動(dòng)凸輪曲線(xiàn)等各項(xiàng)工藝參數(shù)，同時(shí)具備RS232、RS485、CAN總線(xiàn)三種通信接口，可以很方便完成多錠聯(lián)網(wǎng)控制，*實(shí)現(xiàn)柔性化數(shù)碼卷繞。主要技術(shù)參數(shù)列舉如下：
　　
    可實(shí)現(xiàn)精密卷繞和數(shù)控分層卷繞兩種功能； 
    卷繞比控制范圍2.000～12.000； 
    橫動(dòng)伺服電機(jī)換向加速度高達(dá)8000r/s2，往復(fù)頻率zui大為800次/分鐘，即每分鐘1600次換向； 
    橫動(dòng)伺服電機(jī)具備動(dòng)程自動(dòng)找零功能，無(wú)需外接零位傳感器； 
    內(nèi)嵌有卷繞、超喂和張力補(bǔ)償三個(gè)電機(jī)的控制功能，可與變頻器、直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器方便接口，實(shí)現(xiàn)卷繞電機(jī)、超喂電機(jī)和張力補(bǔ)償電機(jī)的控制； 
    具備空筒直徑校準(zhǔn)功能； 
    多種實(shí)時(shí)參數(shù)顯示，如實(shí)際線(xiàn)速度、紗筒直徑、往復(fù)頻率等； 
    多種故障保護(hù)措施，如參數(shù)異常、電機(jī)超速、動(dòng)程超差、硬件故障等； 
    實(shí)時(shí)工作參數(shù)具備掉電保護(hù)功能，如卷繞長(zhǎng)度、卷繞直徑等；

    橫動(dòng)伺服電機(jī)控制簡(jiǎn)介
　　
    為了保證紗筒具備良好的染色性能，需要從開(kāi)始卷繞到滿(mǎn)筒之間任何直徑點(diǎn)上，筒子上的紗線(xiàn)在空間上成立體交叉，彼此都不平行，保證每層紗線(xiàn)沒(méi)有重疊，就是說(shuō)需要對(duì)紗筒的卷繞比進(jìn)行精密控制。所謂卷繞比，就是橫動(dòng)導(dǎo)紗鉤每往復(fù)一次，紗筒卷繞的圈數(shù)。交叉卷繞有傳統(tǒng)的槽筒卷繞（任意卷繞）、恒定卷繞比精密卷繞、數(shù)控分層卷繞三種形式，本方案主要實(shí)現(xiàn)了恒定卷繞比精密交叉卷繞和數(shù)控分層卷繞兩種功能。
　　
    為了實(shí)現(xiàn)精密交叉卷繞，“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”通過(guò)實(shí)時(shí)采集卷繞電機(jī)反饋編碼器脈沖信號(hào)計(jì)算其實(shí)時(shí)速度，根據(jù)精密卷繞工藝要求，用*數(shù)控算法得出橫動(dòng)伺服電機(jī)的速度給定指令，以保證橫動(dòng)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速與卷繞電機(jī)轉(zhuǎn)速按照卷繞比的定義保持一定關(guān)系，讓紗線(xiàn)以空間螺旋線(xiàn)的形狀往復(fù)繞在紗筒上。通過(guò)精密控制卷繞比，往復(fù)卷繞的紗線(xiàn)彼此交叉，不重疊，也就是說(shuō)巧妙采用電子齒輪和電子凸輪取代機(jī)械齒輪和凸輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)紗筒的精密卷繞。
　　
    為了實(shí)現(xiàn)精密卷繞的高速性能，需要橫動(dòng)伺服電機(jī)在做往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，能夠快速換向，這就要求伺服電機(jī)具備較高的轉(zhuǎn)矩慣量比，為此對(duì)橫動(dòng)伺服電機(jī)進(jìn)行了*優(yōu)化設(shè)計(jì)，以保證電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量盡可能小。同時(shí)伺服驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)控制算法在高動(dòng)態(tài)響應(yīng)性方面也做了針對(duì)性的設(shè)計(jì)，采用PID控制結(jié)合模糊控制算法，保證伺服電機(jī)速度在不產(chǎn)生超調(diào)的情況下，盡可能短時(shí)間內(nèi)完成換向。
　　
    由于橫動(dòng)電機(jī)換向時(shí)，不論多快，都會(huì)因?yàn)閾Q向加減速造成有硬邊現(xiàn)象出現(xiàn)，按照機(jī)械式絡(luò)筒機(jī)硬邊消除原理，在“單錠控制驅(qū)動(dòng)器”中嵌入了差動(dòng)凸輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律算法，周期性地實(shí)時(shí)變換橫動(dòng)導(dǎo)紗器的換向點(diǎn)，完成硬邊消除功能。同時(shí)可以根據(jù)不同紗線(xiàn)特性，選擇不同的差動(dòng)凸輪曲線(xiàn)，設(shè)置差動(dòng)周期和幅度。
　　
    除了采取差動(dòng)電子凸輪算法消除硬邊技術(shù)外，本方案還富有性地實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)紗器zui小換向弧長(zhǎng)的控制算法，充分利用了DSP數(shù)字信號(hào)處理器高速運(yùn)算能力，實(shí)時(shí)計(jì)算和修正橫動(dòng)導(dǎo)紗伺服電機(jī)與紗筒卷繞電機(jī)傳動(dòng)的凸輪曲線(xiàn)規(guī)律，保證在任何卷繞轉(zhuǎn)速和卷繞直徑狀態(tài)下，導(dǎo)紗器換向的弧長(zhǎng)zui小，zui大限度地消除卷繞紗筒的硬邊現(xiàn)象。
　　
    卷繞線(xiàn)速度控制簡(jiǎn)介
    理論上分析，紗筒卷繞的線(xiàn)速度隨紗筒的卷繞半徑變化而變化，而線(xiàn)速度的變化直接引起卷繞張力的波動(dòng)，從而會(huì)影響紗筒的成形質(zhì)量和紗線(xiàn)的機(jī)械物理性能。如果外層紗的張力大于內(nèi)層紗的張力，就容易產(chǎn)生筒子外層紗擠壓內(nèi)層紗的脹邊現(xiàn)象；如果絡(luò)紗過(guò)程中張力變化過(guò)大，也會(huì)容易造成紗線(xiàn)因絡(luò)紗張力不同出現(xiàn)紗線(xiàn)拉伸率不同，這就要求在絡(luò)筒過(guò)程中盡量減小張力及壓力的波動(dòng)。所以除保證恒定紗筒壓力外，保證卷繞速度相對(duì)穩(wěn)定是控制張力波動(dòng)的一項(xiàng)重要措施。
　　
    張力控制簡(jiǎn)介
    精密卷繞加工時(shí)紗線(xiàn)張力的大小直接影響筒子卷繞的松緊度，從而影響筒子繞紗的容量和染色的難易，并影響紗線(xiàn)加工的斷頭率，因而各種精密卷繞絡(luò)筒機(jī)都有紗線(xiàn)的張力控制環(huán)節(jié)，特別是供筒子染色用的紗線(xiàn)的加工張力，不宜過(guò)大，以獲得松式卷筒，有利于染色。本方案除了采取措施保證相對(duì)恒定的紗線(xiàn)卷繞線(xiàn)速度外，還另外設(shè)計(jì)有一個(gè)張力遞減調(diào)節(jié)裝置，采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制的張力調(diào)節(jié)桿。在線(xiàn)速度升速過(guò)程中，通過(guò)調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角狀態(tài)，控制張力調(diào)節(jié)桿的角度，改變紗線(xiàn)通過(guò)的門(mén)柵夾持力度，以保證卷繞張力恒定；另外按照特殊紗筒“里緊外松”的工藝要求，可以根據(jù)紗筒卷繞半徑調(diào)節(jié)張力桿的角度，保證卷繞紗筒小直徑時(shí)卷繞張力大，大直徑時(shí)卷繞張力小。
　　
    超喂電機(jī)控制簡(jiǎn)介
    精密卷繞過(guò)程中紗線(xiàn)線(xiàn)速度肯定大于紗筒退繞線(xiàn)速度，張力值也因此增大，而過(guò)大的張力不但得不到紗筒，而且會(huì)增加紗線(xiàn)的斷頭，降低生產(chǎn)效率。因此，本方案采用了所謂“超喂”的辦法，即送出紗線(xiàn)的速度大于卷取紗線(xiàn)的速度，將紗線(xiàn)卷繞時(shí)筒子“硬拖”紗線(xiàn)的狀況改變成緩和地卷取紗線(xiàn)的狀況，從而減少斷頭，獲得滿(mǎn)意的松式卷繞筒子。紗線(xiàn)在超喂?jié)L筒上環(huán)繞的圈數(shù)取決于超喂量的大小，一般的超喂量控制值在1．02～1．06（一圈情況下）之間。
　　
    結(jié)論
    精密絡(luò)筒、絡(luò)絲機(jī)器是紡織工藝中提高紡織品質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備，高速精密數(shù)碼卷繞方案成功掌握了紗線(xiàn)高速精密卷繞工藝中的“KNOW HOW”，全部采用永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，機(jī)器能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的變頻電機(jī)傳動(dòng)設(shè)備。同時(shí)由于采用了柔性化數(shù)碼控制技術(shù)，非常適合于織物的多品種、小批量紗筒生產(chǎn)，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。和利時(shí)電機(jī)技術(shù)公司開(kāi)發(fā)的該創(chuàng)新解決方案涉及了電子控制，數(shù)字伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)、精密運(yùn)動(dòng)控制、和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)，是典型的高技術(shù)機(jī)電一體化控制方案，也是采用數(shù)字控制技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的典型案例。