并条机在棉纺设备工艺配置中对改善纱线质量、降低条干不匀率、减少纤维弯钩及粗细节等方面起到关键作用，随着计算机技术、变频技术、传感器技术与棉纺机械的完美结合，使高速自调匀整并条机的监测及控制装置更加完善，实现了须条在线数据实时监测和自动控制修正，超限自动报警停车，杜绝了不良须条对下游工序造成的质量伤害。
一、自调匀整并条机工控系统的技术要领
现代高速并条机普遍配置了自调匀整装置，实现了并条工序的在线自动检测和控制，改善了输出须条的重量偏差和重量不匀率，保证了成纱质量的稳定性。
（1）匀整主控制器一般为PLC或专用的以CPU为核心的控制器。
（2）主控制器一般不负责对自调匀整的控制，而是留有与自调匀整控制器的接口，自调匀整由专用的匀整控制器控制，与主控制器协调工作。
（3）主传动系统一般为变频器调速，启动平稳，没有设置自调匀整装置时，由主电动机传动所有喂入、牵伸和成条部件，当需要自调匀整装置时，则可以断开前罗拉向后传动二罗拉之后的传动，由单独的伺服电动机在自调匀整控制装置的控制下传动，当为双眼并条机时，每眼的二罗拉、三罗拉分别独立传动。
（4）断条自停灵敏可靠，停车迅速、平稳。
（5）预留网络接口，以便组成纺纱生产现场监控网络。
二、自调匀整并条机的技术特点
并条机自调匀整控制装置可分为机械控制式和机电控制式两种。自调匀整系统可以根据喂入须条粗细、重量的变化随时调整牵伸倍数，使输出的须条定量尽量均衡一致，重量偏差控制在规定的范围内，从而提高须条条干均匀度。
三、自调匀整并条机系统的构造机理
并条机自调匀整系统主要有须条检测机构、控制处理转换机构、执行机构和显示及键盘机构等4大机构组成。
3.1 检测机构
检测机构是整个自调匀整装置的初始环节，它的主要作用是监测喂入须条和输出须条的粗细变化程度，为控制系统提供准确的原始数据，因此，检测点、检测方式是保证检测准确度的关键，检测系统根据检测对象的不同又可分为位置检测、速度检测和转矩检测等。并条机的自调匀整系统通常只检测位置和速度，对输入的须条进行连续的测量，并将测量信号进行转换后传递给控制系统。目前并条自调匀整装置的检测机构主要有以下4种型式：
（1）凹凸罗拉和高精度位移传感器组成的检测机构，这种机械式检测方式最为普遍。
（2）高精度机械弹簧片及无接触感应式远距离传感器等检测机构。
（3）电容式传感器检测机构。
（4）喇叭口式检测机构。
3.2 控制处理转换机构
控制系统是整个自调匀整装置的核心部分，它的作用是将检测系统喂入和输出的机械波动量转换成相应的电讯号并通过调节机构则将电信号按比例放大，控制调速部分变速，执行系统调节机件的速度，使输出须条的各项指标达到工艺设计要求。
转换机构由一套记忆延迟机构来对信号进行处理，采用微机控制器与控制通讯技术相结合，同时具有转换和调节的功能，检测信号输送到控制器后，控制系统将所有模拟信号及编码器反馈脉冲数转换为数字信号进行数字操作和运算，并与设定的指令脉冲数进行对比，如产生差值，会随时测算出正确指令快速输出，系统根据编码器反馈的脉冲频率和计算得到的脉冲频率进行数据对比，差值会及时反馈到电流控制器，最后经由驱动部件转换之后控制伺服电机做变速运动。
3.3 执行机构
执行机构的主要作用是按照控制机构中放大器发出的动作指令，随时转换伺服电机的运转速度，使罗拉转速速度随须条(纤维的粗细重量)的增减而做反比例变化，以此达到匀整的目的，执行的方式一般有：机械式、液压机械式、电气式等几种型式。
3.4 显示及键盘机构
利用各种数据、图形的输入和输出功能，在线显示自调匀整系统的工作状态，实时反映须条的质量情况。如有必要可随时在键盘显示器上进行工艺调正。
四、自调匀整的控制方式
根据检测点和匀整点的设置不同，并条机自调匀整的控制方式可以分为：开环、闭环和混合环三种方式。属针对性匀整，其检测点在前，主要针对随机性不匀（见图1）；闭环方式的检测点在后，检测的是经过匀整后的须条，适合范围较广；混合环方式则兼顾随机不匀与附加不匀，但机构复杂，制造精度要求较高，生产过程中针对性相对较高，因此开环方式的使用较为广泛。
4.1 开环式匀整的特点
开环式匀整是按补偿原理工作的，即“先检测后匀整”，通过检测喂入须条的重量变化来进行匀整动作，这种方法需要保证系统的延迟时间与须条通过检测点和匀整点之间的时间一致，由于开环系统是针对性匀整，所以可以匀整较短的片断，属于短片段自调匀整，开环控制为了防止各环节参数变化或干扰而引发条子定量偏差，一般都会在前罗拉之后加装监测装置（如FP喇叭口），当条子定量偏差超标或CⅤ值过大时，就会自动报警停车。
4.2 闭环式匀整的特点
闭环式匀整是按反馈原理工作的，即“先匀整后监测”，即检测的是经过匀整后的须纱，先调速后检测，由于现代并条机出条速度较高，很难实现较短长度的检测，因此它不能匀整波长等于或小于匀整点到检测点距离的短片段不匀，这段距离被称为匀整死区，这就决定了闭环系统主要是匀整较长片段。
4.3 混合环式匀整的特点
混合环式匀整在牵伸调节系统中既有开环方式又有闭环方式，牵伸罗拉位于两个检测点之间，它兼有开环和闭环的优点，既能保持匀整效果，又能自动修正牵伸装置引起的波动偏差，从调节性能上看是比较完善的，但是由于其技术较为复杂、设备成本较高，因此使用量较少。
五、各种自调匀整并条机参数
目前国外的自调匀整装置主要有瑞士∪ster（乌斯特）公司的USC型、PR0型，瑞士Rieter（立达）公司的RSB系列，德国Truetzsch|er（特吕茨勒）公司的HSR1000、TD-03型等。这些自调匀整装置的共同点是匀整精度高，匀整范围宽，显示内容丰富等优点，在车速达到800-1000m/min的情况下，在线检测、在线调节功能良好。各种型号并条机具体技术参数见1。
六、自调匀整并条机的核心技术
6.1 自调匀整装置的检测技术
带有短片段开环控制的自调匀整装置，目前自调匀整装置的喂入检测部分大都是采用简单实用的凹凸罗拉和高精度位移传感器对全部喂入须条进行检测，但该装置惯量较大，在并条机高速运转时很难达到较高的灵敏度。德国特吕茨勒采用高精度弹簧片传感器（如HSR1000、TD-03），立达公司采用了位移传感器；USG型自调匀整装置、BYD型自调匀整装置在须条输出处采用了FP传感器监测。
新式自调匀整系统的电路设计完全实现了数字化，匀整频率不是以时间作为扫描基础，而是以喂入须条经过检测罗拉的长度为依据，匀整扫描长度每次1.5mm，有的还能缩短至1mm，扫描检测一次所需时间达到毫秒级，检测速度快、精度高、匀整频率高，一般可将±25%范围内的喂入须条匀整到±1%以内。
6.2 自调匀整装置的执行技术
自调匀整将检测装置传递的电量讯号经电脑自动处理后，在喂入须条即将进入主牵伸区时，由中控电脑指令伺服电机变频，修正主牵伸区的须条的牵伸倍数，达到对输入须条匀整的目的，以减少喂入须条重量差异的影响。随着交流伺服技术的不断发展和成熟，越来越多地被用在自调匀整装置，而传统的通过差动齿轮进行匀整速度合成的方法正在逐渐被淘汰，取而之的是采用双伺服、双变频或变频加伺服对主传动和变速部分分别进行控制，确保了自调匀整在线质量控制的稳定。
七、乌斯特自调匀整在线控制及质量管理系统
乌斯特 USG、PRO在线须条质量管理系统是在原LSG自调匀整系统的基础上开发的新型产品，该系统由自调匀整系统、须条质量在线监控系统和工控系统三部分组成，乌斯特向用户提供UQA、UAL和UQM三种产品模块，UQA包含上述三个系统，UAL只包含自调匀整系统，UQM则包含须条质量在线监控系统和专家系统。
7.1 自调匀整系统
乌斯特 USG、PRO中的自调匀整控制为开环短片段自调匀整装置，可改善并条工序中须条的重量不匀和条干不匀，具有反应快、匀整精度高、稳定性好等优点，喂入须条经凹凸罗拉检测后，控制系统定时采样，喂入须条粗细变化会使凸罗拉产生位移，凸凹罗拉位置变化超限后会使传感器产生检测信号，并转换成与须条厚度变化比例相对应的电压信号，电压信号传入UQA控制单元与标准须条厚度对应的电压值比较后，由自调匀整控制装置发出电压指令信号或通过CAN总线控制伺服系统，从而改变伺服电动机的运转速度，最终改变主牵伸区的牵伸倍数，以得到重量均匀的须条，其工作原理见图4。
注：图中1、自调匀整及质量监测装置 2、计算机 3、检测罗拉检测部件 4、后牵伸区 5、前牵伸区 6、FP传感器 7、喇叭口 8、出条压辊 9、10、11、传感器
为了使电压信号与须条厚薄严格对应，必须使位移传感器在线性范围之内工作，位移传感器在±5mm的工作范围内输出电压是线性变化，超出了这个范围则电压与位移不是成比例变化，因此必须使位移传感器在±5m范围内工作。
位移传感器依据位移传感器本身的响应频率及检测机构的特性，该系统采用定时采样检测的方法，每2ms采样一次，在车速为600m/min时，系统最小的校正片段可达到2cm。最短校正片段的长度受控制系统的响应时间、测量系统的摩擦力及车速等因素的影响，采用定时检测的系统与采用定长检测的系统还有一定差距，最短校正片段受并条机车速影响较大，但由于目前带短片段匀整的车速一般在400m/min以下，而600m/min时的片段已在2cm左右，所以对实际生产使用影响不大。
7.2 须条质量在线监测系统
在并条机出条压辊上部装有FP传感器，在线检测须条质量，在终端上可显示重量偏差和1m、5mCV%值等多项质量参数及图表。更重要的是控制系统不断监测须条的粗细、重量不匀、条干不匀等，若超出设定的质量限制则会报警停车，系统还具有自诊断功能，在终端显示屏中可显示各种故障原因。
由于开环控制本身先检测后匀整，只进行调节，不核实调节结果，存在抗扰性差的缺点，系统参数必须经常精确校正，在正常生产运转时要保证参数校准的准确性，另外各环节参数的变化和外界的干扰都会引起数据偏差，容易使条子的定量出现变化，生产中虽然工控系统比较稳定，但由于外界信号干扰会引起监测偏差，因此在须条输出处再进行在线检测是十分必要的，该传感器可在线监测输出须条的质量，并根据系统设定的质量极限及时报警或停车，由于须条在FP传感器上高速摩擦，输出须条监测系统采用气动清洁方式进行冷却和清洁，以保证检测须条精度的准确。
7.3 工控系统
可以与UQM、UQA通过以网络进行连接，可以在线监测多台设备的质量数据，控制质量限制及报警停车，软件可存储多种原始数据，形成各种统计报表，完整的工控系统包括以下三个软件：
（1）数据服务。主要功能是选择收集或停止收集某一时段的数据，并与工控系统连接，随时监测设备运行中的各种质量数据。
（2）设备数据管理。单台设备的名称、机型，工艺设置、生产班次设置、质量数据归类、查看报表、机器配置及润滑周期管理等；设置质量限值界限，如：重量偏差、CV值、超限停车报警、设置波谱图等检查方式。
（3）须条报告。根据收集到的数据，可按班次、天、周查看各种报表，也可按机器类型、单台机器查看运行报表，还可以对同类设备进行质量数据对比，随时可查看各种在线质量图形和工艺数据参数，包括波谱图、产量、异常停车次数、重量偏差等指标情况。
八、自调匀整并条机的技术优势
（1）改善了须条的重量差异，使须条重量不匀率得到了精确控制。
（2）产品质量稳定，故障率低，车速高，生产效率高。
（3）改善了须条的条干均匀度，减少了粗纱、细纱因粗细节造成的断头，成纱条干CV值得到明显好转，粗细节及纱线强力等指标得到明显提高。
（4）减少了试验工测重取样次数，省去了人工频繁更换牵伸牙轮的工作。
（5）牵伸系统配有气动自动加压和自动卸压装置，当出现故障停车或其他问题停车时，上皮辊会自动卸压，杜绝了停车持续加压对胶辊造成伤害。
九、结语
为了充分发挥自调匀整系统并条机的先进性能，提高匀整监控装置的运行精准度，必须全面了解自调匀整并条机的构造原理，加强日常维护和周期性保养工作，确保各工艺专件、监测元件及各种传感器的灵敏度，确保半制品及成纱指标的稳定性。
作者：张庆军 吴月荣 程挂芳 陈改风 郭 慧 东营市宏远纺织有限公司
编辑：中国纱线网新媒体团队
