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     摘要：作為現代科技發展的產物，伺服系統以其不可替代的作用及優良的性能，幾乎遍布社會的各個領域。其中，伺服系統在制造業領域的應用最為廣泛。紡機自動化是提高生產效率的重要手段伴隨著全球經濟的復蘇，我國的紡織機械行業也得到了迅猛發展，2011年行業產值增速接近30%,預計今年仍將保持高增長態勢。但另一方面,我國紡機企業規模普遍偏小，產品技術含量偏低。我國的紡織機械與發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靈活性增加，要求設備能生產多品種的產品并能迅速更換工藝，紡織行業在很多機型上使用了伺服和步進產品，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、電子卷取也用到伺服和步進產品，主要應用于噴氣織機和劍桿織機。另外，紡織產品的染整工序也會使用到伺服產品，尤其是在印染設備上會使用到類似印刷行業的高端運動控制產品。與變頻器不同的是，伺服和步進產品在化纖行業的應用極少，只在個別生產設備和一些試驗設備上使用。

    國內現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完全采用基于電子齒輪和電子凸輪的全數碼卷繞結構，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紡織機械的發展

     紡織是典型的物理加工生產工藝，整個生產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。傳動是紡織行業控制的重點。紡織行業的環境特點是高濕度和多粉塵，現場使用的自動化產品都必須考慮到以上兩點，否則難以長期穩定運行。

    我國勞動力成本高，服裝產業向東南亞、南亞轉移趨勢明顯。縫紉機主要下游服裝行業是勞動密集型行業。我國工人工資不斷攀升，對于勞動密集型的服裝產業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，對服裝產業的吸引力越來越弱。近年來，南亞、東南亞、非洲等經濟體憑借較低的勞動力等生產要素成本和進口國差別關稅等優勢成為全球服裝產業制造中心轉移的承接地，服裝產業向這些地區轉移是大勢所趨。

我國紡織原料及紡織制品進口金額

     我國縫制機械企業出口業務占比高，外向型經營特征明顯。2003年國內的紡織機械行業一共采購伺服產品8420臺，價值7410萬元，主要是3KW以內的產品。2014年我國出口泰國市場縫制機械產品同比增長35.23%，2015年中國對埃及縫制產品總出口額同比上升29.06%。紡織服裝產業的轉移推動了上游紡織機械企業海外營收的提升，我國縫制機械生產商的海外營收占比近年來一般維持在50%以上。盡管目前本行業的運動控制產品的使用比例較低，但是運動控制產品在紡機上大量應用是發展趨勢。目前，主要的紡機廠都開發或者正在開發新的產品系列型號，這些新的型號屬于原有的產品升級，具有更高的自動化水平和生產精度，易于更換產品品種，產品的品質得到提升，并且具有更高的單機生產能力。在這些產品中伺服電機取代傳統的機械機構，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業轉移，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年制造業人均工資分別為355美元/月，而我國2016年的制造業人均工資為746美元/月，對低成本的追逐使得全球廠商紛紛將生產中心從中國向更低成本地區轉移。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、產業規劃等多方面利好服裝產業發展，并有志于將本國打造為世界主要服裝產業中心。成本優勢加碼產業政策，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呈現較強關聯性。2002年開始，我國縫制機械行業受我國紡織服裝行業發展帶動，實現了一輪長達5年的周期增長，2007年縫紉機產量達到1780萬臺。2008年行業受到金融危機沖擊，下游景氣度下降，進入下行周期。隨后受各國經濟刺激政策提振，下游景氣度出現了一定的上升，縫制機械制造行業隨之反彈，2011年產量達到階段高點1706萬臺。但隨著國內紡織服裝產業的流出，行業出現了緩慢的周期回落。2016年開始，受全球產業轉移和我國縫制機械企業競爭力的提升，縫制機械行業開始復蘇。2017年行業百家整機企業累計完成工業總產值196.67億元億元，同比增長27.71%，累計生產縫制機械產品613萬臺，同比增長23.86%。

3伺服在紡織機械中的優勢

    紡織機械行業使用的伺服控制產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％的產品選用樂相關功能。無梭織機的電子選緯、電子送經、電子卷曲也用到伺服控制產品，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．紡機中的精梳機、粗紗機、并條機、捻線機都開始使用伺服產品來控制張力，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品。另外，紡織產品的染整工序也會使用到伺服產品，尤其是在印染設備上會使用到高端伺服控制產品。伺服控制產品在化纖行業的應用仍然較少，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效率，滿足高精度控制的要求。目前，成本是運動控制產品在本行業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，大多數紡織企業寧愿多購買幾臺低端設備以增加產能，只有對產品質量要求較高的企業會選用帶伺服的高端產品。但是，相對而言紡織機械對伺服控制產品的技術要求較低，對精確度和響應速度的要求遠遠低于機床加工行業。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出專用的伺服控制驅動和電機，有些比較具有規模的紡織機械廠家也自行研發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。

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

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

4伺服在紡織機械中的應用與發展

    伺服系統又稱隨動系統，是用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統。目前國內紡織工業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，可實時調節牽伸倍數，從而有效地控制輸出紗條的質量，但這種控制系統尚有較大的提升空間。通過伺服電機及數字化閉環控制技術，實現了主牽伸無級調節和動態監控，最小牽伸倍數可在±0.01倍范圍內調節，重量控制精度可達0.05g/(5m)，紗條質量穩定，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，實現了開環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，均能達到穩定控制、勻整效果好，出條質量明顯改善的效果，該機運開環控制的自調勻整系統控制原理圖如下。

2、在梳理領域的應用

    聲、光、電、氣、變頻傳動技術、先進的伺服系統等新技術以及新工藝、新的梳棉理論被大量采用，體現在清梳聯生產線的設計制造中，促使清梳聯生產線向高產、高速、節能、優質的方向發展，提高了生產的穩定性、可靠性，保證了整個生產流程能夠同步、連續、平穩地運行，把棉條長短片段的不勻率、棉結含量、生條含雜率都穩定控制在一定的范圍內，保證了后部生產工序的原料質量。目前，生產線設備，在外觀形態和內在質量上，都已有了長足的發展，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進行數字化控制，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生的細節疵點，同時取消龍筋平衡重錘和差微齒輪，簡化保養維修工作，并有利于節約能源、降低噪聲及振動。

4、細紗機上的應用

    伺服系統由控制器、驅動器、執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，傳統的細紗機的錠子、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效率。

5結論

    伺服系統是實現紡織機械自動化、數字化控制系統的重要組成部分，當前我國無論是在技術上還是在產業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，因此創新產學研結合模式，大力推動企業、高校和科研院所建立緊密的合作關系，促進伺服控制系統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。