摘要：作为现代科技发展的产物，伺服系统以其不可替代的作用及优良的性能，几乎遍布社会的各个领域。其中，伺服系统在制造业领域的应用最为广泛。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。我国的纺织机械与发达国相比还存在较大差距，但我国的棉纺成套设备和印染设备上均有一定的竞争力。

1前言

近些年，随着人们审美意识增强和生活水平的提高，高档色织产品愈加受到人们喜爱。不仅仅真丝绸，化纤丝、人造丝、混纺纱和棉纱等也可采用色丝织造，这就促使纱筒染色工艺在色织行业获得广泛应用。一般纱筒染色前需要将外购的坯纱络成适合于筒子染色用的“松式筒子”供下道工序用，因此松式精密络筒机的需求日益增加。

由于市场竞争的加剧要求生产灵活性增加，要求设备能生产多品种的产品并能迅速更换工艺，纺织行业在很多机型上使用了伺服和步进产品，主要用于张力控制，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电子凸轮用到伺服电机，但是并非标准配置，对于用户而言是可选功能，在2003年只有不到4%的细纱机选用了伺服电机。

精梳机、粗纱机、并条机、捻线机都开始使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%。无梭织机的电子选纬、电子送经、电子卷取也用到伺服和步进产品，主要应用于喷气织机和剑杆织机。另外，纺织产品的染整工序也会使用到伺服产品，尤其是在印染设备上会使用到类似印刷行业的高端运动控制产品。与变频器不同的是，伺服和步进产品在化纤行业的应用极少，只在个别生产设备和一些试验设备上使用。

国内现有的松式络筒机整机结构一般采用单锭集中传动方式，通常包括卷绕、导纱、超喂等几种运动，采用机械齿轮和凸轮机构完成，针对各种纱线不同的络筒工艺，设备调整比较困难；导纱机构采用的是槽筒和旋转翼片，对一些高档纱线易产生损伤；同时由于采用的是机械传动结构，卷绕速度不高。目前国外这种松式络筒机已经完全采用基于电子齿轮和电子凸轮的全数码卷绕结构，即单锭独立传动；卷绕、横动导纱、纱线超喂、张力补偿均采用单独电机控制，各电机之间的运动关系可通过参数设置进行描述，灵活应对各种特性的纱线卷绕工艺的需要；横动导纱采用的是“导纱器”，即俗称的“兔子头”，对纱线的损伤很小，特别适用于高档色织纱线的卷绕；另外由于各电机在机械上没有直接的传动连接，辅以高速精密运动控制软件算法，可以很方便地实现高速精密交叉卷绕，络纱速度远大于机械式松式络筒机，大大提高了络纱效率。

2纺织机械的发展

纺织是典型的物理加工生产工艺，整个生产过程就是纤维之间结构的整理和再组织的过程，在化纤的产生和织物的处理方面也包括一些工艺流程。传动是纺织行业控制的重点。纺织行业的环境特点是高湿度和多粉尘，现场使用的自动化产品都必须考虑到以上两点，否则难以长期稳定运行。

我国劳动力成本高，服装产业向东南亚、南亚转移趋势明显。缝纫机主要下游服装行业是劳动密集型行业。我国工人工资不断攀升，对于劳动密集型的服装产业的人力成本形成越来越大的压力。相对于南亚的印度、巴基斯坦、孟加拉国和东南亚的泰国、越南、印尼等国，我国的工资水平明显更高，对服装产业的吸引力越来越弱。近年来，南亚、东南亚、非洲等经济体凭借较低的劳动力等生产要素成本和进口国差别关税等优势成为全球服装产业制造中心转移的承接地，服装产业向这些地区转移是大势所趋。

我国纺织原料及纺织制品进口金额

我国缝制机械企业出口业务占比高，外向型经营特征明显。2003年国内的纺织机械行业一共采购伺服产品8420台，价值7410万元，主要是3KW以内的产品。2014年我国出口泰国市场缝制机械产品同比增长35.23%，2015年中国对埃及缝制产品总出口额同比上升29.06%。纺织服装产业的转移推动了上游纺织机械企业海外营收的提升，我国缝制机械生产商的海外营收占比近年来一般维持在50%以上。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。

目前，主要的纺机厂都开发或者正在开发新的产品系列型号，这些新的型号属于原有的产品升级，具有更高的自动化水平和生产精度，易于更换产品品种，产品的品质得到提升，并且具有更高的单机生产能力。在这些产品中伺服电机取代传统的机械机构，因此具有非常好的性能。

我国纺织机械和缝制机械出口处于高位

东南亚国家积极承接服装产业转移，带动较强的设备需求。一方面，东南亚国家劳动力成本普遍较低，泰国2016年制造业人均工资分别为355美元/月，而我国2016年的制造业人均工资为746美元/月，对低成本的追逐使得全球厂商纷纷将生产中心从中国向更低成本地区转移。另一方面，东南亚各国纷纷推出相关政策，在自由贸易、投资、税收、产业规划等多方面利好服装产业发展，并有志于将本国打造为世界主要服装产业中心。成本优势加码产业政策，我们认为东南亚国家未来将会成为世界主要的服装纺织生产基地，有力带动缝制机械需求。

缝制机械与下游纺织服装行业呈现较强关联性。2002年开始，我国缝制机械行业受我国纺织服装行业发展带动，实现了一轮长达5年的周期增长，2007年缝纫机产量达到1780万台。2008年行业受到金融危机冲击，下游景气度下降，进入下行周期。随后受各国经济刺激政策提振，下游景气度出现了一定的上升，缝制机械制造行业随之反弹，2011年产量达到阶段高点1706万台。但随着国内纺织服装产业的流出，行业出现了缓慢的周期回落。2016年开始，受全球产业转移和我国缝制机械企业竞争力的提升，缝制机械行业开始复苏。2017年行业百家整机企业累计完成工业总产值196.67亿元亿元，同比增长27.71%，累计生产缝制机械产品613万台，同比增长23.86%。

3伺服在纺织机械中的优势

纺织机械行业使用的伺服控制产品主要用于张力控制，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都非常大。细纱机的集体落纱和电子凸轮用到伺服电机，对于用户而言是可选功能，2003年中国只有不到5％的产品选用乐相关功能。无梭织机的电子选纬、电子送经、电子卷曲也用到伺服控制产品，主要应用于喷气织机和剑杆织机。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、捻线机都开始使用伺服产品来控制张力，只不过使用的比例还非常低，不超过20%，电子提花使用较多的步进产品。另外，纺织产品的染整工序也会使用到伺服产品，尤其是在印染设备上会使用到高端伺服控制产品。伺服控制产品在化纤行业的应用仍然较少，只在一些试验设备上使用。

纺织机械上应用伺服控制技术是为了提高设备的性能和生产效率，满足高精度控制的要求。目前，成本是运动控制产品在本行业大量使用的最主要的障碍。对用户而言，使用带伺服的纺织机械的一次性投资要高出很多，大多数纺织企业宁愿多购买几台低端设备以增加产能，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。但是，相对而言纺织机械对伺服控制产品的技术要求较低，对精确度和响应速度的要求远远低于机床加工行业。

因此，价格成为国内纺织机械制造厂家的首要参考标准。很多伺服控制厂家开发出专用的伺服控制驱动和电机，有些比较具有规模的纺织机械厂家也自行研发专用于纺织机械的伺服驱动，这样既满足应用要求，又降低成本。

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的大量应用是发展的趋势。主要的纺机厂都开发出或者正在开发新的产品系列型号，这些新的型号属于原有产品的升级产品，具有更高的自动化水平和生产精度，易于更换产品品种，产品的品质得到提升，并且具有更高的单机生产能力。在这些产品中，伺服电机和步进电机取代了传统的机械机构，因此具有非常好的性能和功能。

促进伺服控制产品在纺织行业应用的主要因素有：①市场竞争的加剧要求生产灵活性增加，要求设备能生产多品种的产品并能迅速更换工艺；②市场全球化需要更多高质量的产品来生产更高质量的产品：③伺服产品价格的降低。

4伺服在纺织机械中的应用与发展

伺服系统又称随动系统，是用来精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统。目前国内纺织工业中纺织机械伺服应用约占国内伺服应用总量的8%左右，下面就伺服系统在纺织机械中的应用进行论述。

1、在并条机上的应用

随着纺纱生产要求的不断提高，在并条机上应用自调匀整技术己显得十分重要，这能自动有效地检测喂入纱条长短片段条干的不匀，可实时调节牵伸倍数，从而有效地控制输出纱条的质量，但这种控制系统尚有较大的提升空间。通过伺服电机及数字化闭环控制技术，实现了主牵伸无级调节和动态监控，最小牵伸倍数可在±0.01倍范围内调节，重量控制精度可达0.05g/(5m)，纱条质量稳定，运转可靠。其先进的的电子控制和自动化技术有效地降低了并条机的功耗和运转噪声，操作维护方便，每万锭运转班修机工可减少4～8人，每年可节约资金约20万元。

并条机采用了计算机控制、伺服驱动、变频调速以及传感器检测等先进电子技术，实现了开环控制短片段的全过程自调匀整和对纱条的实时控制，对于不同品种在不同速度等条件下试验时，均能达到稳定控制、匀整效果好，出条质量明显改善的效果，该机运开环控制的自调匀整系统控制原理图如下。

2、在梳理领域的应用

声、光、电、气、变频传动技术、先进的伺服系统等新技术以及新工艺、新的梳棉理论被大量采用，体现在清梳联生产线的设计制造中，促使清梳联生产线向高产、高速、节能、优质的方向发展，提高了生产的稳定性、可靠性，保证了整个生产流程能够同步、连续、平稳地运行，把棉条长短片段的不匀率、棉结含量、生条含杂率都稳定控制在一定的范围内，保证了后部生产工序的原料质量。目前，生产线设备，在外观形态和内在质量上，都已有了长足的发展，具备了精细抓棉能力，设计更加人性化，有着友好的人机界面，操作维护也更加简便。

3、粗纱机上的应用

采用了伺服控制系统进行数字化控制，能有效地解决起动、点动、停车过程中多电动机同步控制问题，消除粗纱机在开关车过程中纱线易产生的细节疵点，同时取消龙筋平衡重锤和差微齿轮，简化保养维修工作，并有利于节约能源、降低噪声及振动。

4、细纱机上的应用

伺服系统由控制器、驱动器、执行电动机和传感器构成，主要运用在细纱机的集体落纱系统，传统的细纱机的锭子、罗拉及钢领板的升降都靠主电机传动，主电机多使用双速电机，慢速仅用于启动，高速为正常工作，在纺纱过程中断头率高。可编程序控制器及交流伺服控制器和网络等技术在细纱机控制上的应用，简化了机构，提高了精度，利于稳定纺纱张力、减少断头和毛羽，大大提高了纺织细纱机的生产效率。

5结论

伺服系统是实现纺织机械自动化、数字化控制系统的重要组成部分，当前我国无论是在技术上还是在产业化应用上都与国外先进水平有着不小的差距，这对于我们来说谋求先进的伺服控制技术意义重大，因此创新产学研结合模式，大力推动企业、高校和科研院所建立紧密的合作关系，促进伺服控制系统更好地应用于纺织机械，提高纺织机械的性能显得十分必要和紧迫。