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(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。其中，伺服系統(tǒng)在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用最為廣泛。紡機(jī)自動(dòng)化是提高生產(chǎn)效率的重要手段伴隨著全球經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇，我國(guó)的紡織機(jī)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(yù)計(jì)今年仍將保持高增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。但另一方面,我國(guó)紡機(jī)企業(yè)規(guī)模普遍偏小，產(chǎn)品技術(shù)含量偏低。我國(guó)的紡織機(jī)械與發(fā)達(dá)國(guó)相比還存在較大差距，但我國(guó)的棉紡成套設(shè)備和印染設(shè)備上均有一定的競(jìng)爭(zhēng)力。

1前言

近些年，隨著人們審美意識(shí)增強(qiáng)和生活水平的提高，高檔色織產(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。

由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇要求生產(chǎn)靈活性增加，要求設(shè)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(jī)型上使用了伺服和步進(jìn)產(chǎn)品，主要用于張力控制，在紡機(jī)中的精梳機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)、并條機(jī)、捻線機(jī)，織機(jī)中的無(wú)梭織機(jī)和印染設(shè)備上的應(yīng)用量最大。細(xì)紗機(jī)的集體落紗和電子凸輪用到伺服電機(jī)，但是并非標(biāo)準(zhǔn)配置，對(duì)于用戶而言是可選功能，在2003年只有不到4%的細(xì)紗機(jī)選用了伺服電機(jī)。精梳機(jī)、粗紗機(jī)、并條機(jī)、捻線機(jī)都開(kāi)始使用伺服產(chǎn)品來(lái)控制張力，只不過(guò)使用的比例還是非常低，不超過(guò)20%。無(wú)梭織機(jī)的電子選緯、電子送經(jīng)、電子卷取也用到伺服和步進(jìn)產(chǎn)品，主要應(yīng)用于噴氣織機(jī)和劍桿織機(jī)。另外，紡織產(chǎn)品的染整工序也會(huì)使用到伺服產(chǎn)品，尤其是在印染設(shè)備上會(huì)使用到類(lèi)似印刷行業(yè)的高端運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品。與變頻器不同的是，伺服和步進(jìn)產(chǎn)品在化纖行業(yè)的應(yīng)用極少，只在個(gè)別生產(chǎn)設(shè)備和一些試驗(yàn)設(shè)備上使用。

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)一些高檔紗線易產(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)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(dú)立傳動(dòng)；卷繞、橫動(dòng)導(dǎo)紗、紗線超喂、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(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。

2紡織機(jī)械的發(fā)展

紡織是典型的物理加工生產(chǎn)工藝，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程就是纖維之間結(jié)構(gòu)的整理和再組織的過(guò)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(dòng)是紡織行業(yè)控制的重點(diǎn)。紡織行業(yè)的環(huán)境特點(diǎn)是高濕度和多粉塵，現(xiàn)場(chǎng)使用的自動(dòng)化產(chǎn)品都必須考慮到以上兩點(diǎn)，否則難以長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

我國(guó)勞動(dòng)力成本高，服裝產(chǎn)業(yè)向東南亞、南亞轉(zhuǎn)移趨勢(shì)明顯。縫紉機(jī)主要下游服裝行業(yè)是勞動(dòng)密集型行業(yè)。我國(guó)工人工資不斷攀升，對(duì)于勞動(dòng)密集型的服裝產(chǎn)業(yè)的人力成本形成越來(lái)越大的壓力。相對(duì)于南亞的印度、巴基斯坦、孟加拉國(guó)和東南亞的泰國(guó)、越南、印尼等國(guó)，我國(guó)的工資水平明顯更高，對(duì)服裝產(chǎn)業(yè)的吸引力越來(lái)越弱。近年來(lái)，南亞、東南亞、非洲等經(jīng)濟(jì)體憑借較低的勞動(dòng)力等生產(chǎn)要素成本和進(jìn)口國(guó)差別關(guān)稅等優(yōu)勢(shì)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(shì)所趨。

我國(guó)紡織原料及紡織制品進(jìn)口金額

我國(guó)縫制機(jī)械企業(yè)出口業(yè)務(wù)占比高，外向型經(jīng)營(yíng)特征明顯。2003年國(guó)內(nèi)的紡織機(jī)械行業(yè)一共采購(gòu)伺服產(chǎn)品8420臺(tái)，價(jià)值7410萬(wàn)元，主要是3KW以內(nèi)的產(chǎn)品。2014年我國(guó)出口泰國(guó)市場(chǎng)縫制機(jī)械產(chǎn)品同比增長(zhǎng)35.23%，2015年中國(guó)對(duì)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(dòng)了上游紡織機(jī)械企業(yè)海外營(yíng)收的提升，我國(guó)縫制機(jī)械生產(chǎn)商的海外營(yíng)收占比近年來(lái)一般維持在50%以上。盡管目前本行業(yè)的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品的使用比例較低，但是運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品在紡機(jī)上大量應(yīng)用是發(fā)展趨勢(shì)。目前，主要的紡機(jī)廠都開(kāi)發(fā)或者正在開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品系列型號(hào)，這些新的型號(hào)屬于原有的產(chǎn)品升級(jí)，具有更高的自動(dòng)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(jī)生產(chǎn)能力。在這些產(chǎn)品中伺服電機(jī)取代傳統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，因此具有非常好的性能。

我國(guó)紡織機(jī)械和縫制機(jī)械出口處于高位

東南亞國(guó)家積極承接服裝產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，帶動(dòng)較強(qiáng)的設(shè)備需求。一方面，東南亞國(guó)家勞動(dòng)力成本普遍較低，泰國(guó)2016年制造業(yè)人均工資分別為355美元/月，而我國(guó)2016年的制造業(yè)人均工資為746美元/月，對(duì)低成本的追逐使得全球廠商紛紛將生產(chǎn)中心從中國(guó)向更低成本地區(qū)轉(zhuǎn)移。另一方面，東南亞各國(guó)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(guó)打造為世界主要服裝產(chǎn)業(yè)中心。成本優(yōu)勢(shì)加碼產(chǎn)業(yè)政策，我們認(rèn)為東南亞國(guó)家未來(lái)將會(huì)成為世界主要的服裝紡織生產(chǎn)基地，有力帶動(dòng)縫制機(jī)械需求。

縫制機(jī)械與下游紡織服裝行業(yè)呈現(xiàn)較強(qiáng)關(guān)聯(lián)性。2002年開(kāi)始，我國(guó)縫制機(jī)械行業(yè)受我國(guó)紡織服裝行業(yè)發(fā)展帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了一輪長(zhǎng)達(dá)5年的周期增長(zhǎng)，2007年縫紉機(jī)產(chǎn)量達(dá)到1780萬(wàn)臺(tái)。2008年行業(yè)受到金融危機(jī)沖擊，下游景氣度下降，進(jìn)入下行周期。隨后受各國(guó)經(jīng)濟(jì)刺激政策提振，下游景氣度出現(xiàn)了一定的上升，縫制機(jī)械制造行業(yè)隨之反彈，2011年產(chǎn)量達(dá)到階段高點(diǎn)1706萬(wàn)臺(tái)。但隨著國(guó)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(kāi)始，受全球產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移和我國(guó)縫制機(jī)械企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升，縫制機(jī)械行業(yè)開(kāi)始復(fù)蘇。2017年行業(yè)百家整機(jī)企業(yè)累計(jì)完成工業(yè)總產(chǎn)值196.67億元億元，同比增長(zhǎng)27.71%，累計(jì)生產(chǎn)縫制機(jī)械產(chǎn)品613萬(wàn)臺(tái)，同比增長(zhǎng)23.86%。

3伺服在紡織機(jī)械中的優(yōu)勢(shì)

紡織機(jī)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(jī)中的精梳機(jī)、粗紗機(jī)、細(xì)紗機(jī)、并條機(jī)、捻線機(jī)，織機(jī)中的無(wú)梭織機(jī)和印染設(shè)備上的應(yīng)用量都非常大。細(xì)紗機(jī)的集體落紗和電子凸輪用到伺服電機(jī)，對(duì)于用戶而言是可選功能，2003年中國(guó)只有不到5％的產(chǎn)品選用樂(lè)相關(guān)功能。無(wú)梭織機(jī)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(yīng)用于噴氣織機(jī)和劍桿織機(jī)。部分無(wú)梭織機(jī)的主軸也采用伺服控制系統(tǒng)．紡機(jī)中的精梳機(jī)、粗紗機(jī)、并條機(jī)、捻線機(jī)都開(kāi)始使用伺服產(chǎn)品來(lái)控制張力，只不過(guò)使用的比例還非常低，不超過(guò)20%，電子提花使用較多的步進(jìn)產(chǎn)品。另外，紡織產(chǎn)品的染整工序也會(huì)使用到伺服產(chǎn)品，尤其是在印染設(shè)備上會(huì)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(yīng)用仍然較少，只在一些試驗(yàn)設(shè)備上使用。

紡織機(jī)械上應(yīng)用伺服控制技術(shù)是為了提高設(shè)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(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品在本行業(yè)大量使用的最主要的障礙。對(duì)用戶而言，使用帶伺服的紡織機(jī)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(gòu)買(mǎi)幾臺(tái)低端設(shè)備以增加產(chǎn)能，只有對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求較高的企業(yè)會(huì)選用帶伺服的高端產(chǎn)品。但是，相對(duì)而言紡織機(jī)械對(duì)伺服控制產(chǎn)品的技術(shù)要求較低，對(duì)精確度和響應(yīng)速度的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)床加工行業(yè)。因此，價(jià)格成為國(guó)內(nèi)紡織機(jī)械制造廠家的首要參考標(biāo)準(zhǔn)。很多伺服控制廠家開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用的伺服控制驅(qū)動(dòng)和電機(jī)，有些比較具有規(guī)模的紡織機(jī)械廠家也自行研發(fā)專(zhuān)用于紡織機(jī)械的伺服驅(qū)動(dòng)，這樣既滿足應(yīng)用要求，又降低成本。

盡管目前本行業(yè)的運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品的使用比例較低，但是運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品在紡機(jī)上的大量應(yīng)用是發(fā)展的趨勢(shì)。主要的紡機(jī)廠都開(kāi)發(fā)出或者正在開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品系列型號(hào)，這些新的型號(hào)屬于原有產(chǎn)品的升級(jí)產(chǎn)品，具有更高的自動(dòng)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(jī)生產(chǎn)能力。在這些產(chǎn)品中，伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)取代了傳統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)，因此具有非常好的性能和功能。

促進(jìn)伺服控制產(chǎn)品在紡織行業(yè)應(yīng)用的主要因素有：①市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇要求生產(chǎn)靈活性增加，要求設(shè)備能生產(chǎn)多品種的產(chǎn)品并能迅速更換工藝；②市場(chǎng)全球化需要更多高質(zhì)量的產(chǎn)品來(lái)生產(chǎn)更高質(zhì)量的產(chǎn)品：③伺服產(chǎn)品價(jià)格的降低。

4伺服在紡織機(jī)械中的應(yīng)用與發(fā)展

伺服系統(tǒng)又稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)，是用來(lái)精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過(guò)程的反饋控制系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)紡織工業(yè)中紡織機(jī)械伺服應(yīng)用約占國(guó)內(nèi)伺服應(yīng)用總量的8%左右，下面就伺服系統(tǒng)在紡織機(jī)械中的應(yīng)用進(jìn)行論述。

1、在并條機(jī)上的應(yīng)用

隨著紡紗生產(chǎn)要求的不斷提高，在并條機(jī)上應(yīng)用自調(diào)勻整技術(shù)己顯得十分重要，這能自動(dòng)有效地檢測(cè)喂入紗條長(zhǎng)短片段條干的不勻，可實(shí)時(shí)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(guò)伺服電機(jī)及數(shù)字化閉環(huán)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了主牽伸無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)和動(dòng)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(dá)0.05g/(5m)，紗條質(zhì)量穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。其先進(jìn)的的電子控制和自動(dòng)化技術(shù)有效地降低了并條機(jī)的功耗和運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲，操作維護(hù)方便，每萬(wàn)錠運(yùn)轉(zhuǎn)班修機(jī)工可減少4～8人，每年可節(jié)約資金約20萬(wàn)元。

并條機(jī)采用了計(jì)算機(jī)控制、伺服驅(qū)動(dòng)、變頻調(diào)速以及傳感器檢測(cè)等先進(jìn)電子技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)環(huán)控制短片段的全過(guò)程自調(diào)勻整和對(duì)紗條的實(shí)時(shí)控制，對(duì)于不同品種在不同速度等條件下試驗(yàn)時(shí)，均能達(dá)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(jī)運(yùn)開(kāi)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(lǐng)域的應(yīng)用

聲、光、電、氣、變頻傳動(dòng)技術(shù)、先進(jìn)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(shè)計(jì)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(gè)生產(chǎn)流程能夠同步、連續(xù)、平穩(wěn)地運(yùn)行，把棉條長(zhǎng)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(shè)備，在外觀形態(tài)和內(nèi)在質(zhì)量上，都已有了長(zhǎng)足的發(fā)展，具備了精細(xì)抓棉能力，設(shè)計(jì)更加人性化，有著友好的人機(jī)界面，操作維護(hù)也更加簡(jiǎn)便。

3、粗紗機(jī)上的應(yīng)用

采用了伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化控制，能有效地解決起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、停車(chē)過(guò)程中多電動(dòng)機(jī)同步控制問(wèn)題，消除粗紗機(jī)在開(kāi)關(guān)車(chē)過(guò)程中紗線易產(chǎn)生的細(xì)節(jié)疵點(diǎn)，同時(shí)取消龍筋平衡重錘和差微齒輪，簡(jiǎn)化保養(yǎng)維修工作，并有利于節(jié)約能源、降低噪聲及振動(dòng)。

4、細(xì)紗機(jī)上的應(yīng)用

伺服系統(tǒng)由控制器、驅(qū)動(dòng)器、執(zhí)行電動(dòng)機(jī)和傳感器構(gòu)成，主要運(yùn)用在細(xì)紗機(jī)的集體落紗系統(tǒng)，傳統(tǒng)的細(xì)紗機(jī)的錠子、羅拉及鋼領(lǐng)板的升降都靠主電機(jī)傳動(dòng)，主電機(jī)多使用雙速電機(jī)，慢速僅用于啟動(dòng)，高速為正常工作，在紡紗過(guò)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(luò)等技術(shù)在細(xì)紗機(jī)控制上的應(yīng)用，簡(jiǎn)化了機(jī)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(xì)紗機(jī)的生產(chǎn)效率。

5結(jié)論

伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)紡織機(jī)械自動(dòng)化、數(shù)字化控制系統(tǒng)的重要組成部分，當(dāng)前我國(guó)無(wú)論是在技術(shù)上還是在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用上都與國(guó)外先進(jìn)水平有著不小的差距，這對(duì)于我們來(lái)說(shuō)謀求先進(jìn)的伺服控制技術(shù)意義重大，因此創(chuàng)新產(chǎn)學(xué)研結(jié)合模式，大力推動(dòng)企業(yè)、高校和科研院所建立緊密的合作關(guān)系，促進(jìn)伺服控制系統(tǒng)更好地應(yīng)用于紡織機(jī)械，提高紡織機(jī)械的性能顯得十分必要和緊迫。