机电一体化技术及应用方向

（1）机电一体化技术。日本企业界在1970年左右最早提出“机电一体化技术”这一概念，即结合应用机械技术和电子技术于一体。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用，机电一体化技术获得前所未有的发展，成为一门综合计算机与信息技术、自动控制技术、传感与检测技术、伺服传动技术和机械技术等交叉的系统技术，目前正向光机电一体化技术方向发展，应用范围愈来愈广。

①机电一体化技术的技术内容。机电一体化技术的技术内容包括以下几个方面：

a.机械技术。机械技术是机电一体化的基础。与传统的机械技术相比，机电一体化系统中的机械部分精度要求更高，结构更简单，性能更优越，可靠性更好；机械的零部件部分则要求模块化、标准化、规格化。因此，有许多新的课题要加以研究和运用。例如，对结构进行力学分析、热变形分析；进行结构优化设计，以使机械系统既减轻重量、缩小体积，又不降低机械的静、动刚度；采用新的结构元件，如高精度导轨、精密滚珠丝杆、高精度主轴轴承和高精度齿轮等，以提高关键部件的精度和可靠性；开发新型复合材料，以提高刀具、磨具的质量；通过零部件的模块化和标准化设计，提高其互换性和维护性。

b.计算机与信息技术。信息处理技术包括信息的交换、存取、运算、判断与决策。实现信息处理的工具是计算机，因此计算机技术与信息处理技术是密切相关的。计算机技术包括计算机的软件技术和硬件技术、网络与通信技术、数据技术等。机电一体化系统中主要采用工业控制机（如可编程控制器、单片机、总线式工业控制机等）进行信息处理。

c.自动控制技术。在自动控制理论指导下，对具体控制装置或控制系统进行设计，并对设计后的系统进行仿真和现场调试，最后使研制的系统可靠地投入运行。在机电一体化技术中，自动控制主要是解决如何提高产品的精度、提高加工效率、提高设备的有效利用率，从而实现机电一体化的目标最优化。自动控制技术包括位置控制、速度控制、自适应控制、自诊断、校正、补偿、检测等技术。

d.传感与检测技术。传感与检测技术是系统的感受器官，它与信息系统的输入端相连，将检测到的信息输送到信息处理部分，控制相关动作。

假设蔬菜大棚内需要保持设定的温度、光照和湿度。这就需要使用相应的传感器，分别检测三种要素的现状，通过信息处理系统的分析，决定是否加热、是关小还是开大遮光帘、是否喷水等动作，如图2-1所示。

图2-1　传感器的使用

传感与检测是实现自动控制、自动调节的关键环节。它的功能越强，系统的自动化程度越高。传感与检测技术的研究内容包括两个方面：一是研究如何将各种被测量（如物理量、化学量、生物量等）转换为与之成比例的电量；二是研究如何对转换后的电信号进行加工处理，如放大、补偿、标定、变换等。

传感器是检测部分的核心。例如数控机床在加工过程中，利用力传感器或声发射传感器等，将刀具磨损情况检测出来与给定值进行比较，当刀具磨损到引起负荷转矩增大并超过规定的最大允许值时，机械手自动地进行更换，这是安全运行与提高加工质量的有力保障。

e.伺服驱动技术。“伺服”一词源于希腊语“奴隶”，英语“Servo”。在伺服驱动方面，可以理解为电机转子的转动和停止完全根据信号的大小、方向，即在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名——伺服系统。

伺服驱动技术就是在控制指令的作用下，控制驱动元件，使机械部件按照指令的要求进行运动，如回转、直线运动或其他复杂运动，并具有良好的动态性能。伺服驱动技术包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，这些驱动装置通过接口与计算机相连，在计算机的控制下，带动机械部件做机械回转、直线或其他各种复杂运动。

在伺服驱动技术方面，有一个重要的概念，即伺服系统。伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置或部件，对机电一体化系统的动态性能、控制质量和功能具有决定性的作用。常见的伺服系统有电气伺服系统和液压伺服系统。电气伺服系统控制灵活、成本低、可靠性高，其缺点是低速时输出的力矩小，如步进电机、交流伺服电机等。液压伺服系统工作稳定、响应速度快、输出的力矩大。其缺点是设备复杂、体积大、维护困难、污染环境。

伺服驱动技术作为数控机床、工业机器人及其他产业机械控制的关键技术之一，在国内外普遍受到关注。在20世纪最后10年间，微处理器（特别是数字信号处理器——DSP）技术、电力电子技术、网络技术、控制技术的发展为伺服驱动技术的进一步发展奠定了良好的基础。如果说20世纪80年代是交流伺服驱动技术取代直流伺服驱动技术的话，那么，20世纪90年代则是伺服驱动系统实现全数字化、智能化、网络化的10年。这一点在一些工业发达国家尤为明显。图2-2为使用伺服电动机作为动力元件的示意图。图2-3为使用普通电动机作为动力元件的示意图。

图2-2　伺服电动机驱动示意图

图2-3　普通电动机驱动示意图

图2-2中，伺服电动机接收经过驱动器放大后的指令信号，使伺服电动机准确地从旋转指令信号规定的角度（弧度AB），经过减速箱的减速，使丝杠旋转相应的角度，从而使工作台准确地从A′移动到B′，即移动距离为L。

图2-3中，如果用三相异步电动机代替伺服电机，则在三相电源接通后，三相异步电动机开始启动运行，在三相电源断开后，三相异步电动机停止运行，但不是立即停止，而要经过一个自由停转或减速停转的过程。自由停转或减速停转方式是由具体的控制电路决定的。在三相电源接通和断开之间，电动机旋转的角度（弧度AB）是无法确定的，因而工作台移动的距离L也是不确定的。

通过以上分析，可以进一步理解伺服电动机控制的原理。

f.系统总体技术。系统总体技术是一种从整体目标出发，用系统的观点，从全局角度，将总体分解成相互有机联系的若干单元，找出能完成各个功能的技术方案，再把功能和技术方案组成方案组进行分析、评价和优选的综合应用技术。系统总体技术解决的是系统的性能优化问题和组成要素之间的有机联系问题。系统总体技术涉及很多方面，如接插件、接口转换、软件开放、微机应用技术、控制系统的成套性和成套设备自动化技术等。显然，即使各个组成要素的性能和可靠性很好，如果整个系统不能很好协调，系统也很难正常运行。

②机电一体化的发展方向。随着科学技术的发展和社会经济的进步，人们对机电一体化技术提出来许多新的和更高的要求。例如高精度激光打印机的平面反射镜和录像机磁头的平面度要求为0.4μm，粗超度为0.2μm。因而，机电一体化技术正朝着数字化、智能化、模块化、集成化、网络化、微型化、系统化等方向发展。

a.数字化。微控制器及其发展奠定了机电产品的数字化基础，如不断发展的数控机床和机器人；计算机网络的迅速崛起则为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

b.智能化。智能化是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学等新思想、新方法，模拟人类智能，使机器具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品具有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

c.模块化。模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又非常重要的事。如研制集减速、智能调速、电动机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元以及各种能完成典型操作的机械装置。这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。这需要制订各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。

d.集成化。集成化既包括各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化复合，又包括在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软件、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、性能最强。

e.网络化。20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势，利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

f.微型化。微机电一体化产品采用精细加工技术，体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学伯克利分校研制出第一个微电机以来，国际上在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进步，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器）和各种微构件（微膜、微梁、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。

g.系统化。系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构，系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。系统化的表现特征之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS。

由此可见，机电一体化的出现不是孤立的，它是许多科学技术的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展前景也将越来越光明。

（2）纺织机电技术。纺织机电设备与人们的着装密切相关。

织布生产技术有着悠久的历史，其发展过程经历了原始手工织布、手工急切织布、普通机器织造、自动织机织造和无梭织机织造五个阶段。

在原始手工织布阶段，人们采用简单的工具，将经、纬纱交织成织物，所采用的工具都由人工直接赋予动作。原始手工织布方法经历了漫长的历史演变后，出现了由原动机件、传动机件和工作机件三个部分组成的手织机，这种手织机为近代的传动机器进行大工业生产创造了条件。

进入18世纪后，织布技术有了较快的发展。1785年英国人E.卡特赖特制造出能完成开口、投梭和卷布三个基本动作的动力织机，这是第一台用动力传动的织机，从那时候起织布技术进入了工业化织造时代。

用动力传动的有梭织机可以分为两大类：一类是需要人工补纬的普通织机，另一类是由机构自动完成补纬的自动织机。人们为使普通织机的补纬自动化，经历了一个多世纪的努力，直到1892年，美国人J.诺斯勒普首先发明了自动换纡，当纬管上的纬纱用完时，通过换纡机构将满纡子换入梭内，同时排出空纬管。而自动换梭的补纬方法是在1926年由日本人韦田佐吉发明的，当自动换梭机纬管上的纬纱用完时，通过换梭机构将装有满纡子的梭子换入梭箱，同时排出纡子已空的梭子，至自动换梭织机问世，织造技术进入了自动织机织造的新时代。

普通织机及其后来的自动织机所采用的引纬原理，在本质上与手工机器织布相同，即都是用传统的梭子作载纬器。但凡采用传统梭子引纬的织机都被称为有梭织机。有梭织机的引纬具有三个特征：一是引纬器为体积大、质量大的投射器，二是该投射器内容有纬纱卷装，三是引纬器被反复投射。

有梭织机引纬的特征是梭口尺寸特别大，以避免梭子进出梭口时与经纱产生过分的挤压致使经纱受损。即使在较低的车速和入纬率下，投梭加速过程和制梭减速过程仍然十分激烈。因此，织机的零部件耗损多，机器震动大，噪声高达100～105dB，工人的劳动环境差，劳动强度大。有梭织机的这些缺点限制了车速和入纬率的进一步提高。

从20世纪初开始，人们不再采用笨重梭子引纬的传动原理，提出了由引纬器直接从固定筒子上将纬纱引入梭口的新型引纬原理，并陆续获得成功。但凡采用这种原理形成机织物的织机，统称为无梭织机或新型织机。目前，已经得到了广泛应用的无梭织机有片梭织机、剑杆织机、喷气织机和喷水织机四大类型。此外，还有一些新的织造技术问世，如多相织机，它可以取得更高的入纬率，但是所生产的织物品种有较大的局限性，故尚未在生产中得到大量应用。

无梭织机飞速发展的20世纪，可以说是个辉煌的一百年，在这期间，织造技术取得了飞速的发展。著名的KRAUSE教授把这方面的技术发展归纳为织机的生产率的极大提高。如今，无梭织机已经在世界范围内得到普遍应用，今后10年，世界纺织工业的原料结构将从以棉、毛、丝、麻等天然纤维为主，逐渐转化为以化纤为主。因此，将特别适宜织造化纤织物的喷水织机将有更加广阔的应用前景。

喷水织机是由捷克人发明的，并取得了专利权。喷水织机利用水为引纬介质，以喷射水流对纬纱产生摩擦牵引力，使固定筒子上的纬纱引入梭口。由于水射流的集束性较空气好得多，喷水织机上没有任何防止水流扩散装置，即使这样筘幅也能达到2米多，且其机器速度和入纬率一直处于领先水平。喷水织机通过喷水产生的射流来达到引纬的目的，与喷气织机相比，其射流具有更高的集束性、更大的驱动力和良好的引纬作用，噪声也较低。喷水引纬具有适应高速运转和能量消耗少的优点。喷水织机的引纬介质－水体积小、质量轻、所需的梭口高度小、筘座打纬动程短，这就为织机的高速度、宽筘幅、低噪声提供了可能性。目前，喷水织机的最高车速、最大织幅以及最高入纬率分别约为2000r／min，230cm和3200m／min。

喷水织机不仅引纬原理及其装置先进。它的其他机构和装置也都有了很大的发展，自动化程度很高，如自动找纬（自动对梭口）装置、自动处理断纬装置等。喷水织机上的电动技术、微机技术应用很普遍，如电子多臂、电子送经、电子卷取和电子选色等，在很多机型上实现了“机、电、仪”一体化，它们一方面适应了高速织造的要求，另一方面也提高了产品质量和劳动生产率。

21世纪，片梭织机、剑杆织机和喷射织机将形成三足鼎立的局面。片梭织机以带夹子的小型片状梭子夹持纬纱，投射引纬，具有引纬稳定、织物质量优，纬回丝少等优点，适用于多色纬织物、细密、厚密织物以及宽幅织物的生产，但是机器价格贵；剑杆织机用刚性或挠性的剑杆头、带来夹持、导引纬纱，最大特点是换色方便，适宜多色纬织造，但是纬纱受力较大，单位产量占地面积也略大，价格较贵；喷气织机用喷射出的压缩气流对纬纱进行牵引，将纬纱带过梭口，其劳动生产率高，但是能耗较大。喷水织机利用水作为引纬介质，以喷射水流对纬纱产生摩擦牵引力，使固定筒子上的纬纱引入梭口。具有高速高产、能耗及占地面积少等优势，并且价格低，但是其主要用于表面光滑的疏水性长丝类织物的生产。目前喷水织机的生产厂家主要在日本、捷克和意大利，最近在韩国和中国合作机型也开始进入国内市场。但是从技术的先进性和市场上的实绩来看，竞争力领先的依然是日本产的TEXSYS株式会社和津田驹工业株式会社，其机型分别为日产系列和津田驹系列，同时也分别与我国的沈阳纺织机械厂及咸阳纺织机械厂进行合作生产喷水织机。随着化纤织物需求量的不断增加，喷水织机将在我国以及世界上供不应求。

上述无梭织机共同的基本特点是将纬纱卷装从梭子中分离出来，或是仅携带少量的纬纱以小而轻的引纬器代替大而重的梭子，为高速引纬提供了有利的条件。在纬纱的供给上，又直接采用筒子卷装，通过储纬装置进入引纬机构，使织机摆脱了频繁的补纬动作。因此，采用无梭织机对于增加织物品种、调整织物结构、减少织物疵点、提高织物质量、降低噪声、改善劳动条件具有重要意义。无梭织机车速高，通常比有梭织机效率高4～8倍，所以大面积地应用无梭织机，可以大幅度提高劳动生产率。

由于无梭织机的结构日臻完善，选用材料范围广泛，加工精度越来越高，加上世界科技发展，电子技术、微电子控制技术逐步取代机械技术，无梭织机的制造是冶金、机械、电子、化工和流体动力等多学科相结合，集电子技术、计算机技术、精密机械技术和纺织技术于一体的高新技术产品。

纺织工业是我国的传统工业，纺织机械是一种不可替代的产品。近年来，通过参与国际竞争，促进并推动了纺织产品及纺织设备的更新换代，企业装备了大量的现代纺织设备，这些新型纺织设备具有高度机电一体化特征，运用电气控制技术、微电子技术、计算机信息技术、光学技术与现代机械等技术，提高了生产效率，降低了产品成本，保证了产品质量。

机电一体化技术在纺织生产领域中的广泛应用，带动了纺织业的飞速发展，而与之相适应的纺织设备维护、检修、管理人才大量缺乏，而且过去的机械维护和电气维护分离的技术格局已远远不能满足现代设备维护的要求，新型纺织机电技术专业适应纺织行业发展的需要。

新型纺织机电技术专业是一种新兴的、复合型专业。新型纺织机电设备正在朝着一个自动化程度更高、效率更高、用工更少的方向发展。

新型纺织机电技术是以数字信息处理为基础，集机械制造、微电子、计算机、现代控制、传感检测、信息处理、液压气动等技术于一体的复合技术。新型纺织机电技术专业是根据产品的高效、低成本生产要求而不是根据自然学科分工而设置的，即以生产和技术领域的分工为依据而设置的。所以新型纺织机电技术专业具有综合性、先进性、应用性等特征。

新型纺织机电技术专业因其社会需求量大、专业内涵丰富、课程内容综合性强，高职专业特色和优势明显。

纺织产品的生产过程经过以下几个过程：将原料（如棉花）变成丝或线，将丝或线变成织物（如布），将织物进行染整，最后得到成品，如图2-4所示。

图2-4　纺织产品形成过程

纺织机械的种类非常丰富，可分为纺纱机械、化纤机械、织造机械、染整机械、非织造设备等。

①纺纱机械：是将纤维原料（包括棉、毛、丝、麻等天然纤维和化学纤维）加工成纱线的机器。

②化纤机械：是将化学聚合物加工成化学纤维（包括长丝、短纤维、变形丝等）的机器，主要分为长纤维生产线和短纤维生产线。

③织造机械：是将纱线或化纤纺丝通过机织或针织工艺加工成织物（布）的机器。

④染整机械：是将织物通过物理或化学方法进行染色、印花及后整理加工的机器。

⑤非织造设备：是将纤维原料通过成网和加固或黏结等工艺（不经纺纱和织造）制成布状产品的机器。

纺织机械品种繁多、结构复杂、用途及性能各有不同。

根据中国纺织机械行业的分类方法，纺织机械的分类如表2-1所示。

表2-1　纺织机械设备的分类

续表

细纱机简介

细纱是纺纱过程中的最后一道工序，它是将粗纱经过进一步的拉长抽细到一定程度，加捻卷绕成一定卷装，并符合国家质量标准的细纱，以供制线，织造使用，其具体作用是：

①牵伸—将粗纱抽长拉细成所需细度的须条。

②加捻—将须条加捻成有一定捻度的细纱。

③卷绕成形—将细纱绕成一定卷装，供存储、运输和进一步加工之用。

细纱机的组成

细纱机的主要由以下几个部分组成：

①喂入部分。粗纱架、粗纱支持器（托锭支持器、吊锭支持器两种）导纱杆、横动导纱装置。

②牵伸部分。牵伸罗拉、罗拉轴承、胶辊、罗拉座、上下皮圈销和皮圈\弹簧摇架、隔距块、集合器。

③加捻卷绕部分。导纱、隔纱板、钢领、钢丝圈、清洁器、锭子、纱管、锭带轮等。

④成型部分。成型凸轮、成型摇臂、链条、分配轴、牵吊轮（杆带、钢领板和导纱板的升横臂）。

细纱机的工艺过程

在细纱机中，纱线经过粗纱筒管——导纱杆——牵伸装置——导纱钩——钢丝圈——细纱筒管后成型。

细纱机的工艺过程如图2-5所示。

图2-5　细纱机的工艺过程

细纱机的任务是通过牵伸、加捻作用将纺成的细纱卷绕在筒管上，便于后加工。细纱机的外形如图2-6所示。(www.xing528.com)

图2-6　细纱机外形

络筒机简介

络筒（又称络纱）是纺纱的最后一道工序，织前准备的第一道工序，络筒机的任务是将来自纺部的管纱加工成符合一定要求的筒子，并在卷绕过程中去除纱疵。简单说来，就是将线绕于线管上的机械，起着承上启下的“桥梁”作用。

络筒的主要任务

络筒的主要任务如下：

①改变卷装，增加纱线卷装的容纱量。通过络筒将容量较少的管纱（或绞纱）连接起来，做成容量较大的筒子，一只筒子的容量相当于二十多只管纱。筒子可用于整经，并捻，卷纬染色无梭织机上的纬纱以及针织等。这些工序如果直接使用管纱会造成停台时间过多，影响生产效率的提高，同时也影响产品质量的提高，所以增加卷装容量是提高后道工序生产率和质量的必要条件。

②清除纱线上的疵点，改善纱线品质。棉纺厂生产的纱线上存在着一些疵点和杂质，比如粗节，细节，双纱，弱捻纱，棉结等。络筒时利用清纱装置对纱线进行检查，清除纱线上对织物的质量有影响的疵点和杂质，提高纱线的均匀度和光洁度，以利于减少纱线在后道工序中的断头，提高织物的外观质量。纱线上的疵点和杂质在络筒工序被清除是最合理的，因为络筒每只筒子的工作是独立进行的，在某只筒子处理断头时，其他筒子可以不受影响继续工作。

络筒的工艺要求

络筒的工艺要求如下：

①卷绕张力适当，不损伤纱线原有的物理机械性能。

②筒子卷装容量大，成形良好便于退绕。

③纱线接头小而牢尽量形成无结头纱线。

④用于整经的筒子要定长，用于染色筒子要结构均匀（卷密均匀）。

⑤无攀丝。如果横动中回头不及时，丝线卷绕超出原定的边界就会产生攀丝。这样，筒子在退绕过程中攀丝处就会出现绊倒筒子等现象，影响使用。

⑥无硬边。由于纱线卷绕中在筒子两端卷绕的纱线较多，因此会导致硬边的产生，从而影响后面的工序，比如染色工序。

⑦无重叠。当筒子的卷绕直径增大到某一定值时，导纱往复一次中筒子的转数恰好为整数，这时筒子上相邻两层纱圈便重合在一起。重合若干次后，纱线便在筒子表面形成绳状突起，这种现象被称为重叠，产生重叠后的筒子表面凹凸不平，在络筒时纱线的摩擦加剧，造成筒子剧烈振动。同时重叠的纱条在筒子两端产生滑边，影响后道工序，不过在半自动络筒机中由于卷绕比是由硬件齿轮固定的，因此应该不会产生重叠现象。

络筒机是集机、电、仪、气一体化的高水平的最新一代纺织机械产品，络筒机配置有空气捻结器、电子清纱器、机械防叠装置、恒张力装置、定长装置等。图2-7为自动络筒机的外形图。

图2-7　自动络筒机外形图

自动络筒机的技术应用

①定长测量。络筒后每桶的纱线长度是有约定的。一般地，纱线长度的测量有三种方法：一是测量厚度，该方法误差较大。二是测量压辊的线速度，因为压辊的旋转与纱线保持线速度一致，可以采用编码器或霍尔传感器来测量压辊的线速度，不过也存在一定的误差，要进行修正，这也是目前用得较多的方法。三是采用建立数学模型的方法。

②恒线速度控制。在络筒过程中，随着纱筒直径的变大，如果纱筒的旋转速度不变，则纱线的线速度增大，绕出的纱线就会内松外紧，不能绕出理想的纱线。因而，需要采用变频技术，使纱筒的旋转速度随着纱筒直径的变大而减小，使纱线的线速度恒定不变。

③二是恒张力控制。络筒张力适当，能使落成的筒子成型良好、具有一定的卷绕密度而不损伤纱线的物理机械性能，而且可以使弱捻纱预先断裂，这样，经过从新捻接后的纱线由于去除了薄弱环节，可以提高后道工序的效率。若张力过大，会使纱线弹性损失，不利于织造。若张力过小，会使落成的筒子成型不良，且断头时纱线容易嵌入有边筒子的内部，接头时不容易寻找，因而降低工作效率，不利于人员织造。

使用张力器，用来调节纱线的张力，让张力保持在一个值附近。

络筒机的结构与工作原理

络筒机的结构组成如下：

①卷绕机构。络筒卷绕是使纱线以螺旋线的形状均匀地卷绕在筒管的表面形成筒子。

卷绕成形机构有三种方式：筒管直接转动，导纱器导纱；滚筒摩擦传动，导纱器导纱；槽筒摩擦传动，沟槽导纱。

这里是采用一个变频器控制一个独立的电动机，该电动机再通过两个齿轮来分别带动筒管转动和导纱器的横动，具体的机械连接安装传动装置中。该类型半自动络筒机是采用筒管直接转动，导纱器导纱的卷绕方式卷绕时筒子要紧靠压辊以保证纱线卷绕时成形良好。变频器的功能设计上，在频率源选择时有一种络筒机专用给定方式。在该给定方式下，当按下启动开关，变频器启动后，变频器的输出频率从初始频率根据设定长度慢慢调整到终止频率，这种控制方式用于一些要求筒子里松外紧的工艺要求时。另外一种控制方式就是恒线速度控制。恒线速度控制方式可以保证纱锭良好的松紧度。筒管转动是实现将纱线卷绕到筒子表面的一个步骤，另外还要通过导纱器带动纱线沿着筒管轴线方向做往复运动，把纱线均匀分布到筒管表面，根据往复运动的不同可以形成不同卷绕形式的筒子。这里导纱器的往复运动也是由机械装置实现的，在传动装置中，有一个齿轮用来控制导纱器的横动，从齿轮处延伸一根长轴出来当成导纱器的运行轨道。为实现收边功能，还在导纱器的底部安装有一个凸轮。而为了实现差绕功能，则还要用到横轴，横轴由一台专门的电机驱动，该电机上电后就直接运转，然后带动横轴做低速运转，横轴上的机械装置同时影响导纱器的运行轨迹，以实现差绕的功能。

②定长控制。该络筒机是通过记录压辊的转数换算成周长来完成定长功能，实现的过程如下：通过重力装置，使筒子与压辊紧密接触，筒子转动时带动压辊旋转，在压辊的一端上贴一张感应纸，然后采用一个霍尔传感器对着该感应纸，霍尔传感器的输出接到变频器上。当压辊转动时，霍尔传感器就可以输出一连串的脉冲信号，变频器通过捕捉脉冲信号来计算纱线的长度，以实现定长停车，纱线长度显示等功能。不过这种计算定长的方法会存在一定的误差。

③纱线超喂。由于筒子卷绕过程中纱线线速度肯定大于纱筒退绕线速度，张力值也因此增大，而过大的张力不但得不到优质纱筒，而且会增加纱线的断头，降低生产效率。因此，在络筒机中会增加超喂装置使送出纱线的速度大于卷取纱线的速度，将纱线卷绕时筒子硬拖纱线的状况改变成缓和地卷取纱线的状况，从而减少断头，获得满意的卷绕筒子。超喂装置的主要构成部分就是超喂电机，作用是用来退绕纱筒，调整张力。

④断纱检测。该络筒机中有断纱检测装置。络筒机中安装了一个光电传感器，传感器的输出接到变频器上，如果有纱线经过则指示灯亮，无纱线时指示灯灭，并传送断纱信号到变频器，然后变频器就可以做出相应的处理（比如继纱停车，记录当前纱长，故障指示等）。采用光电传感器可以避免与纱的摩擦。

⑤张力控制。络筒机中张力控制装置方法，是在纱线路径中设置一个张力门装置，用来调节纱线的张力，让张力保持在一个值附近。

新型纺织机电技术是以机电一体化控制技术为主线，以新型纺织设备为载体，培养面向纺织企业，从事设备维护、管理的机电一体化人才，满足社会对新型纺织机电技术复合型人才的日益需求。学生就业方向：纺织机械制造业；纺织生产企业；纺织机械营销单位及售后服务部门等。毕业生可在企业里担任纺织机械选型、配置、安装、调试、维护、管理、岗位操作、质量检测和技术改造；纺织机械设备的生产、管理、营销和对外贸易。

（3）电气自动化技术。

①专业背景。20世纪70年代，执行元件的驱动电压是直流的，其控制方式也是直流电的，自动化系统的工作方式是很简单、粗糙的，精度也很低。随着晶体管、大功率晶体管、场效应管等大功率的电子器件的出现和成熟以及建立在场的理论上、以现代数学、矩阵代数为理论依据的弱电强电控制系统，使电子技术与自动化达到新的历史高度。至此，本专业得到了广泛的发展，这一时期的电子技术与自动化、计算机的有机结合，赋予自动化专业以全新的内涵。

电气自动化是电气信息领域的一门新兴学科，和人们的日常生活以及工业生产密切相关，是现代工业发展的支柱，它面向整个工业领域，是连接信息化与工业化的纽带，是诸多高新技术系统中不可缺少的关键技术之一。电气自动化发展非常迅速，已经成为高新技术产业的重要组成部分，广泛应用于工业、农业、国防等领域，在国民经济中发挥着越来越重要的作用，小到一个家庭，大到整个社会，都离不开自动化产品。

对电气自动化技术专业而言，控制理论是基础，电力电子技术、计算机技术则为其主要技术手段。该专业具有强弱电结合、电工电子技术相结合、软件与硬件相结合的特点，具有交叉学科的性质，电力、电子、控制、计算机多学科综合，使毕业生具有较强的适应能力，是“宽口径”专业。

随着世界经济发展逐步全球化，外资企业和合资企业不断进入中国，这些企业起点高、技术新，有大量的设备需要用到电气自动化控制方面的知识；与此同时，很多大中型企业为了提高产品质量和数量以加大竞争力，进行技术改造，也引进先进设备，机电一体化的设备越来越多，PLC 控制技术、现场总线技术、变频技术、计算机集散控制技术（DCS）、微电子技术等新知识在各行各业中特别是在工业岗位中用得越来越多，原来这些岗位的人员只懂得传统的控制，故在未来的五至十年内急需大量高层次、具有较强实践能力的技能型专门人才去充实这些岗位，以满足和适应不断增长新技术的需要，这样就需要大量的电气自动化技术专业人才，另外商业、娱乐场所、住宅管理也需要这样的高级技术应用型人才。

当然，电气自动化专业需要具有扎实的数学、物理基础，较强的外语综合能力，为今后能够掌握并且灵活运用专业知识做准备。虽然该专业方向的人才需求量大，但可供选择的人也很多，如果没有非常强的综合素质，很难在众人之中脱颖而出，取得突出成绩。这对许多胸怀远大志向的学生来说是需要注意的。

电气控制系统是机电产品的灵魂，是实现自动化的必备手段。由于本专业研究范围广，应用前景好，毕业生的专业素养相对较高，因此就业形势非常好。

电气自动化技术专业主要培养掌握电气技术、电力自动化技术、各种电气设备及自动化设备的基本原理和分析方法，能够从事供用电、各类电气设备、电气控制及自动化系统的安装、设计、调试、维护、技术改造、产品开发和技术管理的高级技术应用型专门人才。

②典型产品。工业机器人、人们经常乘坐的电梯、制造行业广泛使用的数控机床等都是典型的机电一体化产品。

a.机器人。机器人是集计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多种学科而形成的高新技术产品。机器人并不是在简单意义上代替人工劳动，而是综合了人和机器的特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上讲，机器人也是机器进化过程的产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。

如图2-8所示是日本YASKAWA工业机器人及控制柜系统，由机械本体、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成。通过编程，该机器人能以一定速度作定位运动，分别完成升降、旋转、抓取与放置工件等各种动作。

工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三部分组成。主体即机座和执行机构，有的机器人还有行走机构。

图2-9所示为一种机械手主体结构简图，由机座、升降臂、大臂、小臂和手爪等组成，通过控制系统，使机器人做定位、上升、下降、旋转、抓取、放松等各种动作。系统设有自动、手动、停止和急停等功能，实现对工业机器人的各种控制。

图2-8　工业机器人

1—编程控制器　2—控制柜系统　3—电源开关
4—显示控制面板　5—机械手　6—安装底座

图2-9　工业机器人结构简图

1—机座　2—升降臂　3—大臂
4—小臂　5—手爪

该工业机器人使用的控制器为Logix PLC，它可以连接多个伺服驱动器，使用RSLogix 5000编程软件，通过Logix5555处理器，实现对多个伺服电动机的驱动。

驱动器接收控制器的指令，控制伺服电动机的运行。YASKAWA工业机器人使用了2908-DSD-005-SE和两种驱动器，输出功率分别为500W和1kW。

机器人的每个关节都采用一个伺服电动机进行控制。比如，升降臂采用Y-2006-2-H04AA伺服电动机，由驱动器2908-DSD-010-SE进行控制。该电动机惯量小、加速度大、转速为5000r/min，安装有广电编码器、24VDC抱闸器，具有较高的位置精度和灵活性，适合机器人的控制要求。

b.电梯。电梯是一种以电动机为动力的垂直方向的交通工具，在高层建筑和公共场所已经成为重要的建筑设备而不可或缺，它与人们的生活、工作有着越来越密切的关系。从20世纪80年代以来，电梯控制技术便朝着电气传动交流化、自动控制微机化方向发展，交流传动处于主导地位并取代直流传动，微机取代大部分继电器和硬件逻辑电子电路。

1889年，美国在原来液压梯的基础上，推出了世界第一部以电动机为动力的升降机。其机械结构采用卷筒式驱动方式，将曳引绳缠卷在卷筒上，钢丝绳一端固定在轿厢上，另一端固定在卷筒上。电动机正转，拖动卷筒转动，钢丝绳卷绕，使轿厢上升；电动机反转，拖动卷筒转动，钢丝绳释放，使轿厢下降。这种电梯，在提升高度、钢丝绳根数、载重量方面，都有一定的局限性，在安全运行方面存在着严重的缺陷。

1903年，美国推出了曳引式电梯。曳引式电梯是由电动机带动曳引轮转动，钢丝绳通过曳引轮绳槽，一端固定在轿厢上，另一端固定在对重块上。钢丝绳与曳引轮之间产生摩擦力，带动轿厢运动。轿厢上升时，对重块下降，轿厢下降时，对重块上升。因此，只要在牵引系统的强度范围内，通过改变曳引绳长度，就可以适应不同的提升高度，而不像卷筒式那样，受卷筒长度的限制。由于曳引式驱动可以使用多条钢丝绳，而且由于升降是使用摩擦力的作用，不会造成曳引绳的断裂，所以曳引式电梯的安全性大大提高。

1924年电梯采用了信号控制系统，进一步提高了电梯的自动控制功能。

此后，新技术，特别是电子技术被广泛地应用于电梯。

1949年在美国联合大厦，出现了4～6部电梯的群控系统，实现了按照设定程序集中调度和控制电梯。

1955年研制出了小型计算机控制的电梯。

1962年美国出现了速度达8.5m/s的超高速电梯。

1967年将晶闸管应用于电梯拖动系统中。随着电力电子技术的发展，在用晶闸管取代直流电动机组的同时，研制出了交流调压调速系统，使电梯的调试性能得到明显改善。

20世纪70～80年代是电梯控制装置采用微机及其软件开发大为发展的年代。例如用微机控制电梯的速度、电梯的运行管理等，其精确的控制使电梯的舒适性和群控性得到进一步提高。同时，由于电子技术的应用，使原先的控制柜的结构和原理发生了变革，其体积大大减小，可靠性大大增加。

在功能上，电梯一般能实现楼层检测、轿箱内选层、门厅呼叫、电梯选向、电梯变速、电梯的平层启动和制动、电梯开关门等。

电梯控制系统由电动机、变频调速器、控制器（PLC、单片机或计算机）、位置开关、呼叫按钮、楼层显示器、报警器等构成。总体框图如图2-10所示。

c.数控机床。数控机床的高精度、高效率及其柔性化，决定了数控技术是当今先进制造和设备的核心技术，是工厂自动化的基础。

数控机床是指采用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床。数控机床实现了加工过程的自动化操作。

在数控机床上加工零件时，首先要将被加工零件图上的几何信息和工艺信息数字化。先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数、刀具参数，再按数控机床规定采用的代码和程序格式，将与加工零件有关的信息如工件的尺寸、刀具运动中心轨迹、位移量、切削参数（主轴转速、切削进给量、背吃刀量）以及辅助操作（换刀、主轴的正转与反转、切削液的开与关）等编制成加工程序，并将程序输入数控装置，经数控系统分析处理后，发出指令控制机床进行自动加工。

图2-10　电梯控制系统

数控机床分为数控车床、数控铣床、数控钻床、加工中心等，如图2-11所示。

图2-11　数控机床

数控机床的机械本体必须满足刚性高、热变形小等特点。尽管数控机床是一种自动控制的设备，可以进行自动调整和补偿，但自动调整和补偿也是有条件限制的，需要以机械本体精度为前提。

除机械本体以外的部分称为控制系统。控制系统一般由数控装置、驱动器、伺服电动机、测量装置、控制电路等组成。

数控装置是机床的运算和控制中心。一般由输入接口、储存器、中央处理器（CPU）、PLC、输出接口等组成，如图2-12所示。数控装置接受加工信息，进行相应的运算和处理，发出控制指令，使刀具实现相对运动，完成零件加工。

图2-12　数控装置的组成