JNTY体育：技术丨环锭细纱机纱条监测技术应用与发展（上）

《纺织工业“十三五”科技进步纲要》的先进纺织装备和纺织信息化技术章节中，对研发重点提出了数字化、信息化和智能化装备和应用的要求。

《纺织机械行业“十四五”发展指导性意见》（征求意见稿）在：五．重点工程/2．纺织智能加工装备重点工程中提出：重点发展纺织短流程和自动化装备、纺织专用机器人、纺织智能检测、纺织智能系统、纺织机械智能制造等.http://www.toutiao.com/（3）攻关基于人工智能和数字孪生等新一代信息技术的纺织智能系统与检测...

在附件二：纺纱机械/二．“十四五”发展趋势与目标/1．发展趋势中指出：随着5G技术的发展，信息、通讯、物联网等更加快捷方便，基于互联网的智能管理系统会被越来越多的纺织企业所接受。在纺纱机械行业，运用5G技术，以工业互联网和云计算服务平台为基础，对纺纱生产过程的实时数据采集、质量追溯、设备的远程可视化运维等预计在“十四五”期间将得到大面积推广。

在附件二：纺纱机械/二．“十四五”发展趋势与目标/2．发展目标/（4）2025年目标/①中明确：研究攻关棉纺环锭纺超大牵伸细纱机、清梳并联、细纱接头、关键专件器材、智能物流等技术，完善各单机设备的质量在线监控、质量追踪等，建成新型环锭纺短流程示范工厂，实现万锭用工10人以下。

在附件二：纺纱机械/三．“十四五”重点任务/1．开发新一代智能成套棉纺设备中明确：研发超大牵伸细纱机、清梳并联、细纱接头机器人等智能化、连续化关键技术与装备；研究各工序智能物流系统，实现纺纱设备全流程联通；研究订单、原料、设备、纱线质量等全工艺数据的实时匹配，实现自动配棉、质量跟踪、故障预测等功能，建成万锭用工10人以下的智能纺纱工厂并建立智能纺纱工厂标准体系。

行业规划明确了纺纱信息化、智能化的发展方向，信息化与智能化纺纱需要完善的纺纱过程实时数据采集、质量在线实时监控和质量追踪技术，一个关键性和基础性的信息就是细纱机纺纱状态和品质在线实时信息，本文将就此进行探讨。

一、环锭细纱机纱条监测技术现状

针对环锭细纱机的在线监测，行业以细纱机纺纱断头检测为典型应用。断头检测的技术方案最早在四十多年前就被提出，此后国际上有多家厂商推出相关产品并被少量应用。近年来随着纺纱技术向着自动化、信息化和智能化方向发展，行业对纺纱断头检测技术应用的共识度提升，示范应用的用工节省、操作工体力减轻和管理改善效应显现，纺纱断头检测技术推广应用加速进行。

在巴塞罗那2019ITMA上，几乎所有参展细纱机样机都配置了断纱检测装置，从目前行业应用效应和意愿的情况来看，进一步普及应用的趋势比较明朗，甚至存在着断头检测装置在中高档细纱机或纱线产品上成为标配应用的趋势。但是从当下行业的情况看，基于棉纺企业的经营难度和盈利压力，信息化装备配置中对投资成本的敏感度较高，因此进一步的纺纱信息化普及应用主要受限于对投资成本的考量，或者说是对投资回报期的考量。

环锭纺纱技术的产能主要受制于细纱机纺纱断头，同时纺纱断头对环锭纺纱生产的影响还包括用工、主机效率、原料损耗、纱线品质和能耗等一系列与管理和成本相关的项目，这就凸显了对纺纱纱条断头控制的重要性。细纱机纺纱断头检测技术的应用能及时监测纺纱断头的状况、实时了解断头分布、分析断头原因，针对性地反馈应用这些信息，可以有目标地改善锭速制约因素、优化锭速与卷装部位的分配、优化调度值车和加捻卷绕元件维护计划，从而提高纺纱生产效率、提升产能、降低消耗、节省用工、改善品质和完善管理。更进一步，断头检测技术是纺纱厂信息化管理采集基础信息所必需的技术，是纺纱生产中锭位精细管理乃至自动化机器人接头与值车等技术应用必不可少的配置，并能有效拓展纺纱智能化应用的深度和广度。

遗憾的是，对于细纱机纺纱的在线监测技术的应用，一直停留在断头和锭速的检测上，即纱条工作状态和锭子回转状态这两个方面，对应的是纱条产出和纱条捻度两个关联纺纱产量和质量的度量，但是捻度仅是纱条加捻卷绕方面的一个指标，有关纱条品质，特别是纱体（包括直径或线密度及其变化率等）方面的在线监测技术，始终没有实质性进展。

行业需要纺纱纱条在线监测信号采集便利、投资成本较低、能够在线实时警示和统计的断头与锭速监测技术和装置，进一步，希望能够在在线监测锭速和断头的同时，在线监测纱条的品质，为纺纱信息化及至纺纱智能化技术的发展，提供更多与纺纱主体工程基础信息相关的信息采集，及可供深度挖掘的单锭纺纱纱条监测大数据，普及纺纱行业信息化管理，推动纺纱智能化技术进入产业化应用。

在已经公开的众多纺纱纱条在线监测系统中，曾经引起笔者关注的是十多年前比利时巴可公司推出的OptiSpin单锭式导纱钩纱条运动光路监测系统（见图1），该监测方案除了具有纺纱断头和气圈速度（频率）基本监测信息外，其宣称还具有纱条直径监测功能（见图2）。

图1比利时巴可公司的OptiSpinJNTY体育

图2OptiSpin监测原理和基本信息

在图2中，OptiSpin监测原理和基本信息的译文为：pigtail-导纱钩，detector-监测头，electronic-电线通道，yarn-纱条，ring-钢领，traveler-钢丝圈，其宣称的三项功能为：

（1）断头探测；

（2）气圈速度探测；

（3）纱条直径控制（检测）。

监测头由调制光发射接收光电转换组件组成，设置在导纱钩下方经导纱钩引导后小气圈的路径上，该位置也是气圈段张力最大之处。监测头的信息连接到传感器控制单元SCU和机台计算机上。巴可公司的断头监测管理软件SpinMasterMonitoringSystem包含断头与运转效率分析、锭速及其优化、操作与维护引导和粗纱停喂等功能。有别于其他断头检测方案，据称还有纱条直径在线监测功能，提取图2左下方波形中的脉冲谷底深度信息，作为纱条直径d的模拟量信息，通过机台计算机处理，进行整机各锭位纱条直径及其不匀率、纱疵等在线监测和分析，成为名符其实的在线质量监测系统。

但是该技术一直未见市场应用信息，近年又见该技术转变成为BMSvision公司的产品，虽然将产品称为“环锭细纱机在线质量监控系统”，但更新的OptiSpin产品介绍文字中，不再提及具有纱条直径检测功能，而只是宣传：精确记录锭子速度和实时监测断头情况。显然距离真正意义的“质量监控”还是缺少了若干重要功能。

有关纱条直径信息的检测采集，确实不是一个简单的课题。细纱机所有锭位实时在线的线密度信息采集难度极大，成为一项难以突破瓶颈的行业潜在需求，或者说是一个至今没有确定性研发途径的项目。随着纺纱品质管理的深入，纺纱主体工程信息化智能化技术的发展，包括纺纱品质追溯系统在内等事后监控项目的应用，细纱机锭位纱条在线品质监控技术的行业需求逐渐显现，行业关注度提升，项目应用的需求已经提到议事日程上来，并将从潜在的隐性需求逐步转变为显性需求。

在纺纱纱条在线质量监测技术不能覆盖到细纱机生产中的情况下，2020年6月有公开信息显示，国内有纺纱智能化项目，重视机台锭位质量信息的监测应用，研发了移动巡回式纱条视觉识别监测装备（见图3、图4），采用视觉识别深度智能化分析和最新的高速率低时延5G通讯技术，进行细纱机锭位在线监测，为纺纱纱条的机台和锭位提供智能化辅助管理。其虽然不是实时式的监测，但至少能在一个规划的周期中完成预设机台和锭位的在线监测，为细纱机锭位监控提供重要的基础信息，填补了一项纺纱纱条线上监测管理的空缺。

图3移动巡回式纱条视觉识别监测装备

图4纺纱段纱条视觉识别监测头

从视频和图片可见，细纱机钢领板上还是设置了断头检测装置，表明移动巡回式纱条视觉识别监测装备，在线但非实时监测的对象只是纺纱段纱条，对断头和锭速的在线实时检测，还是由断头检测装置完成。当然对于短片段纵横向双重动态扫描检测、长周期巡回检测的品质数据，较难拼接出每个锭位的纱体品质数据，究竟能够溯源并监测哪些品质项目、能够辅助提升哪些品质管控，还有待实践检验。

二、纺纱断头检测技术分类

环锭细纱机纺纱断头的检测，是纺纱信息化基础信息的采集，是提高细纱机值车操作的辅助技术，也是改善纺纱生产锭位管理的重要手段。现有技术中的纺纱断头检测，依据断头信息的检测位置大致可以分为三类信息采集点：

2.1 在钢领上回转的钢丝圈

这是目前行业的主流应用，已经有采用光电和电磁等传感器的钢丝圈回转信息断头探测装置规模化应用，也有若干行业未见实际应用的技术方案。从纺纱工艺的角度来看，钢丝圈回转信息检测的实质是纱条的加捻状态。这类采集方法可以同时获得断头和钢丝圈转速（锭速）信息，通过扫描钢丝圈在钢领上的运动状态，来获取钢丝圈的转速或频率（折算为锭速），以钢丝圈转速为零或接近于零输出断头信号，通过钢丝圈转速和断头信息，可以进行锭子运转状态的锭位管理，也便于扩展联接粗纱自动停喂装置。

2.2 纺纱段的纱条

一般采用在巡回移动载体上安装摄像头，对纺纱段的纱条进行周期性动态图像的分析处理，或者对纺纱段纱条的触碰来获取各锭位纱条是否正常运行的信息。由于采用移动载体巡回探测，断头信息为较长周期断续的非实时信息，警示信息滞后、统计信息误差大，如果联接粗纱停喂装置，信息反馈滞后的不利因素明显。移动装置及图像处理稳定性差，且较长周期断续的非实时数据难以用于统计和考核的信息化管理。同时无法实现锭速信息采集，缺少锭速与捻度相关的统计信息。

2.3 导纱钩部位

采用光电、压力、振动或其它传感器采集气圈转速或断头信息。设置于导纱钩部位的特殊传感器，涉及成本和信号处理难度，或者也存在缺少锭速信息采集的弊端。

笔者将已经公开的技术信息汇总成了表1，以了解和比较多种断头检测方案的采集、检测和反馈等技术特征要素，并简单列出各自的相对比较劣势。

表1 现有公开技术纺纱断头信息采集点与技术特征比较表

表1中的信息主要来自于中国专利局的专利公告和行业应用信息，其中一些方案仅仅是技术构思，可能不具有产业化应用的性价比。行业需要投资成本较低、维护管理便利、能够在线实时警示和统计的断头检测系统，普及纺纱企业信息化管理，推动细纱机纱条监测技术进入产业化应用，并在可能的条件下带动纺纱智能化的发展。

（未完待续）

来源：倪远 纺之远（上海）纺织工作室 刘广喜 北京众仁智杰科技发展技术有限公司

编辑：中国纱线网新媒体团队

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