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关于数探纺纱智能化制造的历程分析

发布时间:2019-11-21 11:27

  智能制造是推进我国制造强国战略的重要举措,也是建设纺织强国,实现科技、时尚、绿色纺织的重要路径。数字化、信息化和网络化是《中国制造2025》的三大基石,也是纺织工业智能制造的重要基础。为了加快提升纺织行业自动化、信息化、智能化水平,有必要从纺织设备的数字化、纺织生产线的连续化和纺织车间管理信息化等 3 个层次开展纺织工业智能制造2025工程的建设,以增强我国纺织工业的国际竞争力和可持续发展能力。

  纱线作为纺织工业重要的中间产品,上游涉及到纤维的加工与改性,下游涉及到纺织终端产品及其功能化、高性能化。纱线加工既是纺织品加工的核心技术与关键共性技术,也是纺织品加工过程中的重要节点和关键产品。由于纺纱产业生产工序多、流程长、设备生产效率较低、用工较多,在智能制造2025的大背景下,在纺纱行业实现智能制造显得尤为必要。目前纺纱行业主要在 3 个层面开展智能化建设,一是以纺纱设备的自动化和数字化为特征的纺纱设备的智能化;二是以实现各工序自动化、智能化的连接为特征的纺纱生产线的智能化;三是以传感技术、网络技术实现各工序和全系统在线监测、质量监测、自动监控、自动控制,构建快速定制化生产方式和高效产供销信息化体系的纺纱车间的智能化。本文重点介绍面向智能制造的数控纺纱系统及其智能管理模式构建、纱线的数字化加工及其产品、数字化纺纱车间的远程控制与管理。

  运动控制卡所发出模拟信号的大小控制伺服电机的运转速度,信号的正负控制电机的运转方向,从而控制三通道数码细纱机各罗拉的运动。同时传感器对钢领板所处位置进行检测,并且把检测结果通过PCI总线反馈到上位机。

  1 数控纺纱及其网络化管理系统的构建

  江南大学与经纬智能纺织机械有限公司联合研制的牵伸机构为基础创新设计了多通道纺纱成形机构,以多轴联控为基础构建了纺纱控制系统及其伺服驱动系统, 研发由(PC+触摸屏+PLC)-伺服驱动-多自由度并行机构组成的多通道数控细纱机,实现了纺纱线密度、混纺比及捻度的在线调控。

  1.1 数控纺纱系统的组成

  数控纺纱就是由(PC+PLC)控制伺服驱动器数字化驱动的细纱机械进行纱线加工的一种生产方式。JWF1551环锭细纱机是一种多通道数控纺纱平台,数控纺纱系统包含控制系统、伺服驱动系统和纺纱机械系统。

  1.2 数控纺纱控制系统架构

  三通道数码细纱机控制系统硬件架构如图 2 所示。控制系统的硬件采用两级计算机控制结构,由人机交互层、数据处理层和执行层构成,包含输入装置、显示装置、中央处理装置和伺服驱动装置。人机交互层负责人机界面的交互、发送指令和细纱机运行状态的实时监测等工作;数据处理层由运动控制卡按照上位机发送的指令进行工作,将I/O等指令转化为底层的动作指令并以模拟量的输出方式发送给伺服驱动器,伺服驱动器根据接收到的运动控制卡所发出模拟信号控制电机的运转。

  1.4 数控纺纱车间的网络化管理模式构建

  通过数控纺纱车间局域网连接各机台PLC并将各机台运转信息采集至中央工控机,在对相关信息数据进行整理、分类、存储后将数据上传至云端服务器并将数据存储在云数据库中,通过自主研发的聚合管理平台使用云服务资源,用于指令的处理及数据的存储、转换、远程登录(图 4)。同时,如果附加语音和图像识别模块并开发基于语音识别技术和图像识别技术的数码细纱机多维度人机交互模式,通过构建的数码纺纱云端智能管理平台实现组织架构管理、人员管理、用户权限管理、纺纱机初始参数设置、纺纱设备系统参数设置、纺纱设备集群管理、纺纱设备实时运行参数采集与统计、纺纱设备运营状态分析、语音与图像识别及远程登录与管控,将更加便捷管理者快速发布相应指令对细纱机进行控制和管理。

  (ρs×μhj)/(ρy×μq)×(Uhj/Uq),(j=m,y,c)。通过数字化调控前罗拉及对应通道后罗拉速度,可数字化调控各通道混纺比。

  Ej=Kj×ρy/ρj(j=m,y,c)。基于混纺比可得到各通道的牵

  (j=m,y,c)。通过数字化调控各通道后罗拉及前罗拉速度实现线密度和混纺比的调控,纺制粗细及色彩均变化的纱线。

  2.7 成纱捻度的数字化调控

  多通道数控纺纱成形纱线的捻度:Tw=(μd×Ud )/(μq×Uq)。通过数字化调控锭子转速与前罗拉速度之比在线调控成形纱线的捻度。

  3 纱线的数字化加工及柔性纺纱模式构建

  JWF1551环锭细纱机可利用多通道交互式牵伸机理,对 3 根须条(三基色)进行耦合牵伸或异步牵伸,再将其汇合成 1 根须条进行加捻、卷绕纺成纱线。柔性纺纱(或纺纱工艺的柔性化)是指纺纱过程中可以通过程序调控纺纱机械运行参数,实现纱线结构参数的在线调控,加工结构参数变化的纱线。在多通道耦合牵伸的条件下,如果保持线密度不变,随机或梯度配置纱线中基色纤维混纺比,可实现多元基色混色纺纱;如果随机或分段变化纱线中基色纤维混纺比,可纺制段彩纱;如果渐变纱线中基色纤维混纺比,可纺渐变色纱;在异步牵伸的条件下,保持混纺比不变,随机或分段变化成纱线密度,可纺制竹节纱;随机或分段变化成纱线密度和基色纤维混纺比,可纺制多彩竹节纱。多通道数控纺纱能在线调控成形纱线的结构参数,完成多品种纱线的一体化加工,具备了纱线数控加工中心的基本功能,实现了柔性纺纱工艺。

  基于JWF1551环锭细纱机的多自由度并行机构和多轴联动控制系统,通过上位机程序控制伺服电机在线调控成纱线密度和混纺比及捻度,可以纺制线密度恒定、混纺比变化的纱线,也可以纺制混纺比恒定线密度变化的纱线,还可以纺制线密度与混纺比均变化的纱线,为创新纱线品种带来了极大的自由度,能实现多品种纱线的一体化加工,具有数控纺纱加工中心的基本特征。经模型构建和纺纱试验验证,推出 5 种结构参数变化模式:以恒定线密度和任一混纺比纺制的混色纱;以恒定线密度和分段变化的混纺比纺制的段彩纱;以恒定线密度和渐进变化的混纺比纺制的渐变色纱;以恒定混纺比和分段变化线密度纺制的竹节纱;以分段变化的线密度和分段变化的混纺比纺制的段彩竹节纱。

  3.1 数控混色纱的纺制

  基于JWF1551的数控纺纱功能,通过对 3 根粗纱的耦合牵伸纺制线密度恒定的任意混色纱,解决三基色纤维一步法混配纺制彩色纱线的难题。

  3.1.1 数控纺纱混色模式

  制备红、橙、黄、绿、蓝、紫、黑、白等 8 种基础色粗纱,其RGB值分别为R(255,0,0)、O(153, 204,0)、Y(255,255,0)、G(0,128,0)

  (2) 双通道双基色混色纺纱模式

  3.1.2 数控纺纱混色色谱构建

  基于JWF1551数控细纱机,选择R、O、Y、G、B、P、K、W等 8 基色粗纱以10%为梯度进行排列组合式混合纺纱,可得到色相调控色谱(表 5)、明度调控色谱(表 6)、饱和度调控色谱(表 7)以及灰度调控色谱

  3.1.3 数控混色纱及其织物

  以品红、黄、青三基色纯棉粗纱为纺纱原料,粗纱定重为 5 g/10 m,使用三通道环锭数码细纱机为纺纱平台,锭子转速为12 000 r/min,捻度为820捻/m,纺制基于JWF1551的数控纺纱功能,通过对 3 根粗纱组合模式及牵伸比的调控,纺制线密度恒定混纺比分段变化的段彩纱。段彩纱的数学模型为:(ρ、L1、Km1、Ky1、 Kc1),(ρ、L2、Km2 、Ky2、Kc2),……,(ρ、LN、KmN、KyN、KcN)。以品红、黄、青等纯棉粗纱为原料,粗纱定重为 5 g/10 m,使用三通道环锭数码细纱机,锭子转速为12 000 r/min,捻度为820捻/m,纺制32S的七彩段彩纱渐变纱的相邻色段一般选择配色圆环中角度小于60°的相邻色相,色彩对比和谐柔和,使色彩沿着纱线长度方向产生连续渐变效果,由此形成视觉效果上的渐变色纱线。色彩渐变可分为色相渐变、明度渐变、纯度渐变和面积渐变。色相渐变可由红、橙、黄、青、蓝、紫六色色谱依次排列形成色相渐变;明度渐变可由一纯色的明度为基准,调制适当的明度梯度向亮色发展为白色,向暗色发展为黑色形成明度渐变;纯度渐变即以一种纯色向无色彩的黑白灰渐变的过程。

  以品红、黄、青等纯棉粗纱为原料,粗纱定重为 5 g/10 m,品红-黄、黄-青、青-品红的混纺比渐变梯度为25%,使用三通道环锭数码细纱机,锭子转速为12 000r/min,捻度为820捻/m,纺制32S的七彩渐变色纱,使用三通道数码细纱机纺制段彩竹节纱,通过改变喂入方式和粗节长度、细节长度、粗节倍率、粗节混纺比、细节混纺比等纺纱工艺参数,可得到不同形态和颜色的段彩竹节纱及不同风格的段彩竹节纱织物(图16)。将段彩竹节纱织物应用于衬衫、针织服装、袜类和家纺用品等领域,赋予织物外观层次分明的多彩效果,受到广大消费者的喜爱。

  3.4 段彩竹节纱的纺制

  段彩竹节纱兼具粗细与色彩的变化,其外观特征可用粗节倍率、粗细节长度、粗细节混纺比等 5 个参数表达。JWF1551环锭细纱机通过数控纺纱改变粗细节长度、粗细节混纺比、粗节倍率等 5 个参数实现段彩竹节纱不同的外观效果及展现不同的织物风格。

  4 结语

  纺纱工业的智能制造包括纺纱加工过程中设备的数字化、纺纱流程的连续化、车间管理的信息化。本文在研制JWF1551环锭细纱机过程中,以纱线的数字化加工为突破口,探讨了基于纱线结构参数-纺纱工艺参数- 纺纱机运动参数的关联模型和算法,通过上位机智能化程序在线调控纱线成形线密度、混纺比、捻度,为实现纱线结构参数时序变化的柔性数字化纺纱奠定了基础。纺纱智能化的实现,任重而道远,还有很多理论问题和技术难题需要解决。随着5G技术的普及和物联网时代的到来,智能纺纱技术一定会得到快速的发展和应用。


毕业论文:http://www.3lunwen.com/gc/sk/677.html

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