纺机自动化是提高生产效率的重要手段
伴随着全球经济的复苏，我国的纺织机械行业也得到了迅猛发展，2011年行业产值增速接近30%，预计今年仍将保持高增长态势。但另一方面，我国纺机企业规模普遍偏小，产品技术含量偏低。从技术水平来看，我国的纺织机械与发达国家相比在各个方面还存在较大的差距，但是与印度、印尼、越南、巴基斯坦、孟加拉国以及土耳其等纺织贸易大国相比还具有一定的优势，尤其是我国在棉纺成套设备、涤纶成套设备和印染设备上均具有一定的竞争力。
因此，加快实施产品的梯度转移以及对上述地区的投资力度，大力实施出口策略，寻求技术升级新的方式，是提高纺织行业国际市场竞争力的重要途径。特别是之前的金融危机已经让纺织行业自身存在的产品技术含量不高的问题暴露无遗。而目前中国纺织市场上国产设备的数量占到80%以上，众多厂商开始把提高自身的机械制造配备能力作为发展的重中之重，而对纺织机械进行自动化升级改造则是各大厂商提高生产效率的重要手段。
近年来，纺织机械自动控制技术应用水平有了较快的进步，几乎用到了所有种类的自动化产品，主要包括以 PLC、PCC、IPC、FCS、DCS、专用控制器为主的控制技术、以直流调速系统、交流变频调速系统、开关磁阻电机、多单元同步系统等为特点的传动控制技术、以伺服、步进、运动控制器为主的运动控制技术、以Profibus、Can为主的现场总线技术和以文本显示器、图文终端、触摸屏为主的人机界面以及功能多样的传感器技术等。
特别是，PLC、单轴独立驱动、多单元同步控制、基于网络技术的数据通讯和在线检测等技术，在纺织机械上得到了广泛的应用，使纺织机械的应用机构更加简化，性能进一步改善，生产质量进一步提高，操作更加方便，并大大提升了设备的档次和水平。
比如，在机电一体化比较强的棉纺机械中，新型的粗纱机、分条整经机、浆纱机均采用了自动化技术，主要表现在，由计算机控制多台变频器、交流伺服驱动器，再分别控制多台电动机的同步传动系统；利用传感技术检测纱线张力，通过计算机实现张力控制；采用计算机软件来完成粗纱的卷绕成形功能和实现经轴、织轴的理想卷绕。
伺服产品应用现状
伺服技术在纺织机械中的应用相对广泛，是纺织工业现代化发展的一个强有力的工具，为纺织业的高速发展提供了可靠的技术保证。我国纺织业向国际化迈进的进程正在加快，纺织机械的机电一体化水平不断提高，但当前应用伺服的比例仍然很低，纺织行业技术进步主要是依靠变频化、PLC化，只有部分纺织机械采用了高档伺服技术用于提高精度和效率，因此纺织机械是未来交流伺服大批量应用的重要行业之一。另外，纺织机械行业的伺服市场的增长将主要来自配比的增长，行业产品产量增长对伺服需求的贡献将持续增加。
目前，成本是运动控制产品在本行业大量使用的最主要障碍。对用户而言，使用带伺服的纺织机械的一次性投入要高很多，大多数纺织企业宁愿多购买几台低端的纺织机械以增加产能，只有对产品质量要求较高的企业会选用带伺服的高端产品。另一方面，相对而言，本行业对伺服产品的技术要求较低，对精度和响应速度的要低于机床和电子制造业。因此，价格成为首要参考标准。在应用伺服系统代价较高的场合，厂商多选择用变频器代替，即使选用，也很少选用定制型产品，更多的是市场上的性价比高的通用产品。尽管目前本行业的运动控制产品的使用比例较低，但是运动控制产品在纺机上大量应用是发展趋势。
另外，虽然伺服技术在国产纺机上的广泛应用，推动了国产纺织机械的机电一体化发展，也缩小了与国外的差距，但纺织专业自动化装置国内发展缓慢，尤其是在纺织专用的传感器和执行机构方面需加快开发。此外，纺织机械中的机与电必须同步发展，国产纺机已大量应用了计算机技术，但必须有精密的机械结合，才能发挥更大的效果，否则将影响机电一体化技术的发展。例如纺织机械，国外大量生产电脑控制的主机产品，而国产电脑园机、电脑横机等水平上不去，其主要原因是精密机械加工技术跟不上，限制了伺服技术的发展。
近几年国产伺服控制器逐渐取代台湾和其他进口品牌变成市场主流，凭借低成本的电机、简单的低线数编码器，以及集成控制和驱动，在解决了批量稳定性之后，国内品牌获得了一定的成功，大陆市场将成为未来几年里，低档伺服最大的市场。而纺机行业应用伺服的程度还很低，，很多需要精密测控定位的工序都是伺服产品的潜在应用空间，再加上与国外品牌比较的成本优势，国产伺服品牌一定能够在未来的发展中在纺机行业抢占一席之地。
目前纺织机械行业应用的伺服目前依然以日系品牌为主，如松下、三菱、山洋、欧美系品牌主要有伦茨、丹纳赫、西门子等，台湾品牌有台达和东元，大陆品牌主要有和利时电机和珠海运控等。2010年纺织机械行业伺服系统的市场规模为3.2亿元。
伺服产品应用范围
最新资料显示，在具体的纺机大类中，化纤、棉纺、织造、印染等机械子类中应用的伺服系统比较多，毛纺机械中也有应用，但数量比较少。
伺服电机在纺织行业中主要用于速度和位置精度的控制以及张力控制，在纺机中的精梳机、粗纱机、细纱机、并条机、捻线机、织机中的无梭织机和印染设备上的应用量最大。细纱机的集体落纱和钢领板用到伺服电机，但是对于用户而言是可选功能。无梭织机的电子选纬、电子送经、电子卷曲也用到伺服和产品，主要应用于喷气织机、喷水织机和剑杆织机。部分无梭织机的主轴也采用伺服控制系统。纺机中的精梳机、粗纱机、并条机、捻线机都开始采用伺服产品来控制张力，只不过使用的比例还是非常低，不超过20％。
目前，已有高档梳棉机、带自调匀整的并条机、新型粗纱机、数控细纱机、分条整经机、浆纱机、园网印花机等设备应用了交流伺服。无梭织机上已经开始采用带交流伺服的电子送经和电子卷取，印染设备上也要用到伺服系统。另外，纺织产品的染整工序也会使用伺服产品，尤其在印染设备上如圆/平网印花机会使用到类似印刷行业的高端运动控制产品。
近年来在纺织机械领域，一些对快速性或位置有要求的机构中伺服驱动技术得到愈来愈多的重视和应用。很多驱动产品厂商配合纺织机械的特殊需求，专门研制了适应纺织机械的伺服产品，如在纺机中很普遍的卷绕机构的反向驱动控制，也有企业在纺机中很普遍的高速往复机构中进行了伺服驱动的研究，如在精梳机嵌板驱动上采用高速伺服系统。
伺服应用工艺实例
以横切伺服电机在纺织机械设备中的应用为例，为了保证纱筒具备良好的染色性能，需要从开始卷绕到满筒之间任何直径点上，筒子上的纱线在空间上成立体交叉，彼此都不平行，保证每层纱线没有重叠，就是说需要对纱筒的卷绕比进行精密控制。所谓卷绕比，就是横动导纱钩每往复一次，纱筒卷绕的圈数。交叉卷绕有传统的槽筒卷绕（任意卷绕）、恒定卷绕比精密卷绕、数控分层卷绕三种形式，本方案主要实现了恒定卷绕比精密交叉卷绕和数控分层卷绕两种功能。
图表1：伺服需求大的纺织机械设备及市场区域
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分类
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概念及产品
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伺服应用
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国内主要市场区域
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棉纺
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梳棉机、粗纱机、细纱机、并条机、缫丝机、捻线机、络筒机
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应用伺服功率为1kw左右，细纱机、梳棉机这几年使用的伺服越来越多
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江苏、浙江、山东、山西、陕西
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化纤
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主要包括纤维原料的准备、成纤、拉伸、加捻以及相关的辅助工序
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应用伺服几kw
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北京、河北、河南、湖南
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织造
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整经机、浆纱机、剑杆织机、喷气织机、喷水织机、片梭织机、有梭织机和无梭织机
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应用1-2kw，送经和卷取会用到伺服电机，整经机这几年使用的伺服越来越多。无梭织机、服装机现在很少使用伺服，未来在这块领域，伺服有得到广泛应用的趋势，其中服装机对伺服要求比较高，精度、响应等方面要求比较高
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东北、华北
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非织造布
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无纺布机
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伺服使用很少
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浙江、山东、江苏、福建、广东、河南
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染整
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染色机、联合机、印花机等
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应用比较少，主要用在印花机上控制张力和套色，对伺服的技术要求较高，伺服电机功率达到20-30kw，这几年使用的伺服越来越多
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江苏、浙江、广东、北京
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为了实现精密交叉卷绕，“单锭控制驱动器”通过实时采集卷绕电机反馈编码器脉冲信号计算其实时速度，根据精密卷绕工艺要求，用独特数控算法得出横动伺服电机的速度给定指令，以保证横动伺服电机转速与卷绕电机转速按照卷绕比的定义保持一定关系，让纱线以空间螺旋线的形状往复绕在纱筒上。通过精密控制卷绕比，往复卷绕的纱线彼此交叉，不重叠，也就是说巧妙采用电子齿轮和电子凸轮取代机械齿轮和凸轮传动实现纱筒的精密卷绕。
为了实现精密卷绕的高速性能，需要横动伺服电机在做往复运动时，能够快速换向，这就要求伺服电机具备较高的转矩惯量比，为此对横动伺服电机进行了独特优化设计，以保证电机转子惯量尽可能小。同时伺服驱动器的电机控制算法在高动态响应性方面也做了针对性的设计，采用PID控制结合模糊控制算法，保证伺服电机速度在不产生超调的情况下，尽可能短时间内完成换向。
由于横动电机换向时，不论多快，都会因为换向加减速造成有硬边现象出现，按照机械式络筒机硬边消除原理，在“单锭控制驱动器”中嵌入了差动凸轮运动规律算法，周期性地实时变换横动导纱器的换向点，完成硬边消除功能。同时可以根据不同纱线特性，选择不同的差动凸轮曲线，设置差动周期和幅度。
圆网印花机是纺织机械中运用伺服系统比较集中的地方，在多套色印花时，如何保证每套色所印的花色能准确无误地套在前一套色上，是印花控制系统的主要功能之一。第一套花色印制后，各套花色的印制要保证对印花精度达到工艺要求，实际生产中绝大多数都安装有伺服电机，以代替以前人工盘头耗时耗力的工艺方法。现代工业的发展要求纺织产品质量和数量都有大幅度提升的趋势，在圆网印花机上为了使各种套色的圆网准确在运动的花布上进行准确定位，每个套色圆网筒上均装配一个伺服电机进行相应的控制，所控制的参数包括速度和位置的精确计算，以确保不出现套色重叠和错位的现象。
图表2：圆网印花机伺服机构示意图
现场生产中，每个圆网有一个套色，多的达16种颜色的圆网，但大多在8种颜色以下。辊子持续带动花布前进，圆网准确在花布相应位置印上花纹，不能出现花色重叠或错位的现象，保证位置的跟踪非常精准。以前的工艺是，要求人工在机器停下来后，手工盘头以确保圆网印花的准确性，这样既浪费生产时间，又浪费人工，生产效率很低。
伺服技术基本解决了这个问题。现在，工厂在每一根圆网上都配备一台伺服电机，保证速度和位移都精确跟踪，在整机运行不太快的情况下，肉眼基本上就能分辨出花色印花的准确性，这样就保证了更高的生效率和印花质量。
在平网印花机上也有伺服技术的应用。平网与圆网的最大区别在于前者靠平板印花网的升降来对花布进行印染，工艺不是连续进行，而是辊子机械装置带动导带上的花布进行间歇性前进。停歇过程中，上部的平板印花网下降，将各种花色印在指定的区域，在平板印花网的升降过程中就用到伺服电机，这样可以保证印花网精确运动，不致出现偏差，从而保证所生产的都是正品布匹。
伺服的另一个应用案例是在纺织机械中的假捻变形机。假捻变形机机身比较长，内中安装有一根细长轴，运动时很难保证两端的同步运行，这样就可能出现丝线断裂而被迫停工，所以若只在一端进行电机驱动，轴的另一端就很容易抖动，不能确保整个轴的稳定运行，此时就需要在另一端装上从动伺服电机，由主电机提供运动信号，保证长轴两端的同步稳定运行，避免因为轴端的跳动导致丝线的断裂影响整体设备的稳定性。
图表3：假捻变形机伺服机构示意图
另外，细纱机的叶子板的升降过程也应用了伺服电机的控制，因为叶子板的升降不能出现停顿和跳跃，所以需要在上下两端分别安装电机进行伺服控制，在这个市场近年的细纱机新增容量都在好几千台，甚至达到一万台的规模，但目前伺服的应用却不多，有较大的市场空间。
未来应用趋势
尽管伺服技术在纺织机械中应用广泛，是纺织业发展的一个强有力的推进器，但由于我国的伺服市场起步较晚，当前我国纺织业应用国内伺服的比例仍然很低，国内纺机技术水平总体上与国际先进水平差距明显。
但随着全球刮起低碳、节能的革命风潮，国内纺织机械行业自动化转型升级加快，伺服作为工业自动化产品必将在该领域得到广泛应用，为国内伺服市场提供更多发展契机。目前，国产伺服厂商不断出现，新的伺服产品不断推出，伺服市场的发展日新月异。即使在经济情况糟糕的2009年，伺服在纺织行业的销售额还同比增长21.75%，控制轴数同比增长19.26%，所以，从长远看，伺服的推广、行业的结构调整将有利于整个伺服市场的持续繁荣。
从技术来说，未来，伺服运用将增加，并会逐渐成为纺织机械的主力传动方式之一。对于需要频繁变换转速的机械、需要严格张力控制的机械和需要控制复杂动作的机械都需要用到伺服，而目前使用变频已经可以满足大部分主流纺织机械的传动技术要求。在价格上，伺服的价格较之变频器仍然偏高，在二者可能竞争的运用场合，出于降低成本的考虑，纺织行业用户/纺机厂往往选用变频器驱动的技术方案。纺织机械行业以价格为主要竞争手段的市场环境在短期难以改变，价格相对较高的伺服仍然将局限于目前的运用场合，但配比将提高。
“十二五”期间，国家将把新型纺织纤维材料产业、先进纺织装备制造业、高性能产业用纺织品、扩大高新技术在传统纺织业的应用等列为重点行业发展方向，再加上我国伺服产品技术的日趋成熟和性价比的日渐提高，相信在这些国家相关政策的导向的支持下，“十二五”期间纺织机械行业的伺服应用市场将继续向好发展。
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