1．目的及意义

14世纪，最早的纺纱机出现，但受限于当时的技术，纺织业发展缓慢；到了18世纪以后，随着工业革命带来的巨大生产力，纺纱机得到跨越式地发展，使得纺织业成为第一大轻工业。近几十年来，我国作为工业大国纺织业也得到了大力发展，既缓解了我国大量人口的就业问题，也给政府带来了巨额的税收。我国作为人口大国，凭借价格低廉的劳动力促使我国成为全世界第一的纺织品生产、出口、贸易的国家，不断地冲击、挤占国外的市场，许多发到国家的纺织业也受到了不少的威胁。这也就导致发达国家为了提升国际竞争力，不断改进纺纱技术，缩减成本，提高生产力，尤其是到了信息化发展迅速的今天，计算机技术已经获得了空前的提高，国外技术的竞争力已经远超现阶段的中国。相比国外的工厂，我国的工厂普遍信息化程度较低，技术层面还停留在较低的水平，导致纺纱的效率低下，纺纱成本一直很难得到有效的降低。而断纱的问题则是阻碍效率提高的一个较大的问题。在纺纱的过程中，因为纱线质量的良莠不齐，当织针的拉力超过纱线所能承受的最大拉力时，纱线就会断裂，称之为断纱。传统的检测方法为人工检测——当出现断纱时，纺织机电机高速运转，织针的针头也在高频抖动，凭借肉眼很难观察出纱线断裂，通常都是工人们观察已经织出的布匹，若布上出现裂口，则判定该裂口对应的织针上的纱线已经断裂。然而这样判断出来时已经为时过晚，已经浪费了大量纱线，对于企业而言这样的损失实在是难以承受，而且人工的成本也相对较高。所以，提高断纱检测技术，改善断纱检测方法，不仅能减少因纱线断裂对机器的影响，也能减少纱线、时间的损失，对于企业利益的提高以及我国纺纱产业的国际竞争力的提高具有很重要、很长远的意义。

在国外，20世纪晚期就开始对断纱检测系统进行研究。20世纪80年代，瑞士、意大利、德国等国家的纺织公司便开始研制断纱检测系统。瑞士乌斯特公司研发的Ring Expert系统以检测钢丝圈是否运动来判断是否有断纱，瑞士立达公司的ISM系统运用钢丝圈运动光电扫描监测方案，通过光电传感器来获取每个钢丝圈的运动特性去判断是否有断纱情况。但这种方式因为要检测每一个锭子的实时数据，这样就导致成本会很高，而且是采用光电式检测会受到来自纺纱机上飞絮的干扰导致系统产生错误的判断。

在国内，对于断纱检测的研究就开始得相对较晚。现在常用的实时断纱检测方法有几种，一是利用纱线断裂前后相关物理量的变化，如织针上的压力变化、用红外激光测量的到纱线的距离变化以及锭子上的声音的波形的规律，通过传感器比较这些参数的变化来实时检测断纱。但这种方法测量出的数据会受到各种外界因素的影响导致准确度较低，而且机械结构也比较复杂，出现问题后检修不方便，维护成本较高；二是利用图像识别技术来实时检测每一条纱线的状态，如霍夫变换、卷积神经网络、机器视觉等，再经过算法的处理来判断是否出现断纱。这种方法现场只需要工业相机进行检测，处理则是通过远程的计算机，既减少了工业现场的机械复杂程度，方便检修，又能提高检测的准确度，减少企业的损失。

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2. 研究的基本内容与方案

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2.1 研究的基本内容

本次的研究题目要求设计一个断纱检测系统，通过了解系统的工艺和设计要求开发出断纱检测系统的硬件和软件部分。主要内容有：

1）了解系统的设计要求及工艺要求。

2）查阅文献对系统的设计原理进行分析，然后对系统开始整体分析。

3）对硬件控制部分的PLC、HMI进行选型与配置，搭建出硬件平台。