基本信息
- 项目名称：
- “高精度双头无梭芯纱线底线绕线机”的研制
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- “高精度双头无梭芯纱线底线绕线机” 具有工作稳定、可靠，检测、控制准确、快捷，使用简洁、方便的特点，并采用了机械智能化。它为企业的生产提供完善的、全面的技术手段，使之成为企业理想的生产设备。其主要功能有：1）过程工艺参数、状态检测功能；2）过程数据处理功能；3）过程参数实时控制功能；4）顺序控制功能；5）过程工艺参数设置及人-机交互功能；6）智能故障诊断和容错功能；7）掉电保护功能；8）增进功能的功能
- 详细介绍：
- A．作品发明的背景和目的： 目前国际、国内纺织机械行业都生产有大量纱线底线绕线机面市，但多数纱线底线绕线机产品质量一般。要么张力控制不准确、不稳定，要么纱线长度控制不准确、不稳定，致使线团成型不平整、不规范，或花纹密度疏密不规范，严重的甚至影响到线团成型后不符合直径、宽度等要求而不能够使用，有的产品则在纱线绕制过程中随时发生断线情况，严重影响设备的产出量，另一方面，目前行业中的纱线底线绕线机在很大的程度上仍然依赖于人工操作，自动化程度较低，生产效率不容乐观，鉴于上述情况，为了提高产品在生产过程中的准确性、可靠性、稳定性，降低故障率，减轻企业在设备售后维护、维修的压力，我项目团队科研攻关，在本产品中融入智能故障诊断与容错的功能，改进手工操作环节，大幅提升产品的自动化水平，力争使其具有工作稳定、可靠，检测、控制准确、快捷，使用简洁、方便的特点，此项技术势必为业界之先河，国内之首创。 B．作品发明的基本思路： 1．系统设计方案 1）机械部分 绕线机整机由旋转工作台、装芯机构、引线/绕线/排线机构和切线/卸芯机构四大部分组成，各个部分即是相互独立又是相互联系的，他们通过电脑控制。 2）电子部分 纱线绕线机电子部分由卷绕纱线张力检测系统、卷绕纱线速度检测系统和单片机检测控制系统、卷绕纱线张力控制接口、电机驱动接口、键盘/显示接口组成。 2. 设计说明 加密技术 为了防止外界窃取本项目国内首创的技术成果和核心技术机密，以保证本产品在销售过程中始终获得高附加值，本项目对硬件电路采用以SOPC技术、用CPLD对硬件实施加密处理为核心的多重硬件加密处理；同时所有软件也采用多重软件加密技术的方式实施加密处理。 抗干扰 为了防止干扰，有必要用光电耦合器对输入、输出进行隔离处理。 实时性 绕线机控制系统的实时性很强，而且主程序与中断程序、中断程序与中断程序之间的嵌套比较复杂，因此，整个程序都用汇编语言编写和调试。在单片机中断资源的利用方面应作详尽、合理的安排。当开发高档机时，建议改用32位嵌入式系统或由增强型单片机构成的分布式控制系统以完成更复杂但协调性更高的完美功能。 先进的控制算法 卷径的递归运算、空心卷激活时张力的线性递加、张力锥度计算公式的运用、转矩补偿的动态调整等。 在实时控制中，须提高卷径的实时计算精度，以保证收卷电机输出转矩具有较好的平滑性。为保证在操作失误时能够自动纠正卷径到较精确的数据，在计算卷径时将加入卷径的递归运算。 C．作品的创新点： 目前，只有日本和韩国有这种全自动化绕线机，但是它们不销往中国，所以本产品弥补了国内这一空缺，使中国的纱线底线绕线机走向了全自动化。而且本机器具有以下一些特点： 1）高度的可靠性和稳定性 2）功能的完备性和性能的优良性 3）先进性、标准化、通用性、开放兼容性和可扩展性 4）良好的可维护性 5）完善的机械性能 6）经济性和较高的效益性的完美结合 7）核心技术的高度保密性 D．技术关键和主要技术指标： 1．主要功能 绕线机产品的主要功能中主要包括：1）过程工艺参数、状态检测功能；2）过程数据处理功能；3）过程参数实时控制功能；4）顺序控制功能；5）过程工艺参数设置及人-机交互功能；6）智能故障诊断和容错功能；7）掉电保护功能；8）增进功能的功能。 2．主要性能和技术指标 主要技术指标 参考、示例值 • 绕线机型号、规格 • 线团成型规格 • 单位时间产能 • 显示类型 • 功耗 ≤ W • 适用温度、湿度、大气压： n ℃ ～ n′℃ ℃ ～ ＋ ℃ n % ～ n′% % ～ % n kPa ～ n′kPa ～ kPa • 外形尺寸： 长×宽×高 a×b×c mm • 重量： n kg 纱线张力检测系统的研制，特别是对动态张力的检测，历来是纺织业一直探讨的问题。随着器件集成化、信息数字化、控制智能化技术的发展，国内外的纱线张力检测仪器已有较大发展，功能及自动化程度均有提高。但总的来说，无论是国家或是进口的仪器，都不能很好的解决实际生产中的纱线张力的检测问题。我们的产品克服了现有产品的种种缺陷，而且在技术上有一系列自主开发的、属国内首创的先进技术同时还有一整套加密、保密的措施。另一方面，为了提高产品在生产过程中的准确性、可靠性、稳定性，减少在生产过程中的故障率，减轻售后维护、维修的压力，在本产品中融入智能故障诊断与容错的功能，目前国内产品还处于半自动化，我们的产品已实现全自动化，并且保证产品在投入市场后至少十年内仍不失为国内先进水平。 此绕线机产品所包含的实质性技术主要有： 1）过程工艺参数、状态检测功能技术； 主要含卷绕纱线实时张力检测、卷绕纱线总长度累计检测两大项。卷绕纱线实时张力检测采用CCD非接触光电型动态纱线张力传感器作前端，以智能化仪表设计理念开发该部分 ；卷绕纱线总长度累计检测采用动态纱线速度传感器作前端，以智能化仪表设计理念开发该部分，以积分方式累计已卷绕纱线总长度。 2）过程数据处理功能技术； 采用超限判断和预估报警及快速反应，能根据现有采集数据以及预先设定的高限、低限并结合预估数据变化趋势等功能，实时判断或预估数据变化趋势以决策是否发出高、低限报警。 3）过程参数实时控制功能技术； 采取改进的PI运算或改进的PID运算，对现场工艺参数给予实时、准确、精确的控制，以全面满足控制系统对过渡过程时间、超调量等指标的要求。 4）顺序控制功能技术； 由引线顺序控制程序自动控制绕线机引线顺序控制机构和机械手装置，自动地、协调地完成在绕线机上可靠地引线并夹装的操作；再由纱团卸出顺序控制程序自动控制绕线机纱团卸出顺序控制机构和机械手装置，自动地、协调地完成在绕线机上可靠地卸出纱团的操作；并且由机械联动完成绕线、排线功能及工作台换位功能。 5）过程工艺参数设置及人-机交互功能技术； 人-机交互方式以键盘/显示方式实现，操作人员以键盘的输入实现对现场的干预以及对过程工艺参数的设置。 6）智能故障诊断和容错功能技术； 具备大量的智能故障诊断和容错的功能，并有相应的出错显示和报警提示功能。更为重要的是绕线机在外界干扰或机内元器件偶然出现故障而出错时或因操作人员偶然误操作而出错时，能够以智能的方式容错而克服错误产生的影响，使系统能够正常工作下去。 7）掉电保护功能技术； 本绕线机在掉电情况下，具有保护过程中全部有效数据和全部有用状态的功能。同时在恢复上电后，有以程序实现无缝的自动恢复控制全过程的能力。 8）增进功能的功能技术。 如计算器功能、时钟功能及带有管理功能和较强的报表功能。 绕线机应当具有工作稳定、可靠，检测、控制准确、快捷，使用简洁、方便的特点，它应为企业的生产提供完善的、全面的技术手段，使之成为企业理想的生产设备。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- A．作品发明的目的：致力于解决现有纱线底线绕线机自动化程度低、精准度不高以及生产效率低等问题。 B．作品发明的基本思路： 1．系统设计方案 1）机械部分2）电子部分 2. 设计说明 1）加密技术 2）抗干扰 3)实时性 4)先进的控制算法 C．作品的创新点： 1.采用CCD非接触光电型动态纱线张力控制系统，实时检测张力。 2.采用动态纱线速度传感器控制系统，全面实现机械控制长度 3.实现机械自动上芯管，绕线，剪线，切换功能。 D．技术关键和主要技术指标： 1．技术关键 1)开创性的解决了卷绕纱线张力检测、控制问题。 2）融入智能容错，故障诊断功能。 3)大幅提升了绕线机的自动化程度，从而提高了生产率。 2．主要性能和技术指标 主要技术指标 参考、示例值 • 绕线机型号、规格 • 线团成型规格 • 单位时间产能 • 显示类型 • 功耗 ≤ W • 适用温度、湿度、大气压： n ℃ ～ n′℃ ℃ ～ ＋ ℃ n % ～ n′% % ～ % n kPa ～ n′kPa ～ kPa • 外形尺寸： 长×宽×高 a×b×c mm • 重量： n kg
科学性、先进性
- 我们的产品克服了现有产品的种种缺陷，且在技术上有一系列自主开发的、属国内首创的先进技术，同时还有一整套加密、保密的措施。另一方面，我们在本产品中融入智能故障诊断与容错的功能，目前国内产品还处于半自动化，我们的产品已实现全自动化，并且保证产品在投入市场后至少十年内仍不失为国内先进水平。 此绕线机产品所包含的实质性技术主要有： 1）过程工艺参数、状态检测功能技术； 2）过程数据处理功能技术； 3）过程参数实时控制功能技术； 4）顺序控制功能技术； 5）过程工艺参数设置及人-机交互功能技术； 6）智能故障诊断和容错功能技术； 7）掉电保护功能技术； 8）增进功能的功能技术。 绕线机应当具有工作稳定、可靠，检测、控制准确、快捷，使用简洁、方便的特点，它应为企业的生产提供完善的、全面的技术手段，使之成为企业理想的生产设备。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年6月13日在西南科技大学获得第十届“挑战杯”四川省大学生课外学术科技作品竞赛省一等奖
作品所处阶段
- 研发阶段
技术转让方式
- 技术出让
作品可展示的形式
- 图纸、录像、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 绕线机运行以键盘/显示方式实现。操作人员以键盘的输入实现对现场的干预以及对过程工艺参数的设置。操作人员设定卷绕纱线张力、累计长度、线型、电机转速参数、PID参数，完成后机器自动运行并产出相应产品。如果需要修改参数或暂停，可以按复位、停止操作等键。并且绕线机所有操作都可以通过操作面板上的键盘和显示器配合进行。 此绕线机采用全自动化，并且操作简单、易懂，并且此机器比目前国内现有产品增加了过程工艺参数、状态检测功能，智能故障诊断和容错功能及掉电保护功能。由于此产品在技术上有一系列自主开发的、属国内首创的先进技术。而且此绕线机成品价格定位在一个较低标准上，我们预计在将来的市场上，将会全部实现绕线机的自动化。并且在推广前景上此产品不仅可以在国内销售，还可以出口东南亚国家。此产品不仅可以为生产厂家打开国内市场，占据主导地位，而且能够为客户节省大部分劳动力，实现一人多机的控制。
同类课题研究水平概述
- 放眼世界，至今只有中国、德国、日本、瑞士、韩国五个国家具备生产纱线底线的全自动绕线机的能力。 国外虽然已经生产这类绕线机产品，不过他们限制对中国的出口，并没有运到中国销售，只对东南亚等其它国家进行出口。而国内生产的这类机器都是以绕金属丝为主，还没有生产出纱线底线的全自动绕线机。在半自动绕线机中，台湾泰能机器工业有限公司所生产的编号为：TN-29绕线机已经配备计算机自动计长装置、自动上油装置、电磁式张力装置等，并适合各种角度的纱管，而且占用空间较小、速度快、效率比传统机器提升3-4倍。采用高速轴承，免加油、保养容易。其中电磁式张力装置可设定起步张力与最终张力持续递减，使成型美观一致。 就目前而言，我国国内的最先进的绕线机可达到如下水平：绕线长度可调整。具自动理线功能，不留余线。高级语言指令，程式编辑，具细线多股绕线功能，能实现多种线圈的平绕,槽绕,间绕,并绕,忖纸绕，梯形绕，能任意定位主轴和排线位置，能设定主轴运动方向和排线方向，能自动跟踪和调整排绕的平整度，具有开机系统自检和出错报警功能，能自动过线和自动过槽,所有用户参数可永久保存在机器中。 虽然现在的绕线机有了如此大的发展，但依然有很大不足，我国国内的大多数绕线机都处在半自动化水平，一个工人最多只能操作2――4台机器，而且在剪线，取成品，上胶圈，上线，上胶都需要人工操作，极费时和劳动力。有些机器体积庞大，而且不易操作，没有做到占用空间小、傻瓜式操作这些最主要的特点。在对于张力的调试上，国内现有的纱线底线绕线机并不能够保证产品在生产过程中张力的衡定，当张力出现较大范围内的波动时，就会发生断线，而出来的产品也是废品。对于目前国内市场绕线机高噪音的，主要是由于机械组件摩擦力比较大，没有检测机械部件润滑油的量，所以在转动过程中当出现润滑油较少时出现了较高的噪音和振动，既不利于机械对于张力的控制，也不利于工人的工作。而我们的研制的高精度双头无梭芯纱线底线绕线机 采用全过程自动化技术，克服了目前国内使用的半自动化产品的种种缺陷，在产品完成后实现了自动剪线，自动脱落，对张力控制实行计算机自动调节，当润滑油、胶水较少时提供自动报警功能，提醒工人添加润滑油和胶水。实现了产品高度的先进性、可靠性和稳定性。
