■ 王韶斌 陳興橋 高海強(qiáng) 竇志鵬 劉憲坤

〔山東天鵝棉業(yè)機(jī)械股份有限公司，山東濟(jì)南250032〕

Uster棉花質(zhì)量在線檢測(cè)智能化系統(tǒng)功能

■ 王韶斌 陳興橋 高海強(qiáng) 竇志鵬 劉憲坤

〔山東天鵝棉業(yè)機(jī)械股份有限公司，山東濟(jì)南250032〕

Uster棉花質(zhì)量在線檢測(cè)是能夠在線實(shí)時(shí)檢測(cè)棉花質(zhì)量指標(biāo)的一種檢測(cè)設(shè)備，與國(guó)內(nèi)纖檢所HVI纖維檢驗(yàn)采用同一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并出自同一公司。山東天鵝棉業(yè)機(jī)械股份有限公司早在2004年與該公司達(dá)成戰(zhàn)略合作協(xié)議，開發(fā)在線檢測(cè)籽棉和皮棉的檢測(cè)站。最早在山東慶云天鵝試驗(yàn)基地在線測(cè)試，逐步優(yōu)化和改進(jìn)適用于中國(guó)棉花特性和環(huán)境條件的在線檢測(cè)設(shè)備，并做了工藝設(shè)備參數(shù)的基礎(chǔ)試驗(yàn)，同時(shí)與山東大學(xué)、新疆石河子大學(xué)等合作，共同研究不同生產(chǎn)線工藝流程設(shè)備運(yùn)行參數(shù)對(duì)棉花質(zhì)量的影響，并依靠大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析匯總完善數(shù)學(xué)模型。通過(guò)逐年的不斷改善和優(yōu)化，目前該系統(tǒng)在南北疆9個(gè)加工廠“保長(zhǎng)度、降短纖、降籽屑”方面取得了較好的效果，其主要功能綜述如下。

一、Uster在線檢測(cè)系統(tǒng)

（一）工作過(guò)程

檢測(cè)站分為籽棉和皮棉兩種檢測(cè)站，外觀相同，而內(nèi)在感應(yīng)面板和程序不同，根據(jù)籽棉和皮棉的不同狀態(tài)，條形狀的感應(yīng)板用在皮棉上，圓形狀的用于籽棉。檢測(cè)站自身有一個(gè)顯示器，里面有一個(gè)CPU以及嵌入式工業(yè)相機(jī)和顏色頭等，側(cè)面有一個(gè)取樣板靠伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)作時(shí)間可以調(diào)節(jié)，取樣后工業(yè)相機(jī)進(jìn)行拍照然后與顏色頭標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，經(jīng)分析后得出結(jié)果數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以傳輸?shù)街鳈C(jī)，顯示內(nèi)容有：雜質(zhì)面積、雜質(zhì)計(jì)數(shù)、濕度、黃度、白度、顏色級(jí)、棉包識(shí)別碼等，設(shè)備需要24h將標(biāo)準(zhǔn)色板校準(zhǔn)一次，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。其中檢測(cè)指標(biāo)中雜質(zhì)面積和我們習(xí)慣用的含雜率不一樣，它以面積為單位測(cè)算，這需要利用對(duì)應(yīng)關(guān)系換算成重量百分比。

（二）工作原理

棉花回潮率與性狀檢測(cè)集成傳感器的結(jié)構(gòu)功能如圖1所示，檢測(cè)站安裝在管道壁2上，由采樣板3、采樣驅(qū)動(dòng)器4、濕度傳感器5和圖像傳感器6等組成。棉花在管道中依靠風(fēng)力輸送，采樣驅(qū)動(dòng)器控制采樣板旋轉(zhuǎn)180°并以一定壓力將棉花壓實(shí)在傳感器一側(cè)，此時(shí)濕度傳感器測(cè)量棉花的回潮率信息，圖像傳感器通過(guò)圖像處理技術(shù)獲取反射率（Rd%）、黃度（+b）和棉花雜質(zhì)面積等參數(shù)，采樣完畢后，采樣板反轉(zhuǎn)回到初始位置。采樣板以一定頻率打開、關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)棉花回潮率、性狀參數(shù)的自動(dòng)采樣。

圖1 集成傳感器的結(jié)構(gòu)功能

在集成傳感器中，回潮率檢測(cè)傳感器封裝及采樣結(jié)構(gòu)如圖2所示。將濕度傳感器和溫度電壓檢測(cè)器封閉在探頭中，探頭一側(cè)開有透氣窗，將兩個(gè)傳感器緊貼透氣窗安裝并封膠固化。傳感器的感應(yīng)側(cè)通過(guò)透氣窗對(duì)棉花周圍的空氣進(jìn)行測(cè)量，由于透氣窗處的體積很小，約為150mm3，因此棉花在透氣窗處與空氣建立濕度平衡的過(guò)程很短，這為在線測(cè)量提供了條件。

圖2 傳感器封裝及采樣結(jié)構(gòu)

通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)雜質(zhì)面積、顏色級(jí)和回潮率，能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)線上棉花的綜合質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)進(jìn)一步調(diào)控工藝、設(shè)備提供必備的數(shù)據(jù)支撐。

二、智能化系統(tǒng)平臺(tái)其它功能

（一）自動(dòng)調(diào)速功能

根據(jù)Uster在線檢測(cè)的棉花質(zhì)量及雜質(zhì)面積的大小調(diào)整相關(guān)設(shè)備轉(zhuǎn)速；工藝配置中，籽清機(jī)、軋花機(jī)、皮清機(jī)、風(fēng)機(jī)等都配置了變頻器，程序中可以設(shè)定加工質(zhì)量和含雜的范圍，設(shè)定好后調(diào)整到智能狀態(tài)，籽清機(jī)刺釘輥、軋花機(jī)鋸軸、皮清機(jī)刺輥的轉(zhuǎn)速會(huì)根據(jù)棉花質(zhì)量及雜質(zhì)面積發(fā)生變化。

通過(guò)棉花質(zhì)量和雜質(zhì)面積調(diào)整軋花機(jī)產(chǎn)量；同時(shí)軋花機(jī)下花量根據(jù)主電機(jī)電流的設(shè)定來(lái)變頻調(diào)節(jié)，通過(guò)控制軋花機(jī)主電機(jī)電流自動(dòng)調(diào)控變頻器頻率，可以根據(jù)籽棉回潮的大小調(diào)整軋花機(jī)下花量，保障均衡加工提高皮棉質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

（二）保纖維長(zhǎng)度功能

該功能是重點(diǎn)攻克的技術(shù)難題，針對(duì)不同籽清機(jī)不同轉(zhuǎn)速下清理效果達(dá)到最好而纖維損傷降到最低，不同的皮棉采用不同刺輥線速達(dá)到加工質(zhì)量及纖維損傷的最優(yōu)化等課題做了深入研究，設(shè)定了保纖維長(zhǎng)度的智能控制程序，目前所有系統(tǒng)全部使用了該功能并起到很好的效果。

（三）節(jié)能降耗

在整個(gè)軋花工藝中，物料的輸送主要是通過(guò)風(fēng)機(jī)來(lái)完成，風(fēng)機(jī)最容易達(dá)到節(jié)能降耗效果，因?yàn)闄C(jī)采棉軋花設(shè)備啟動(dòng)一般需要10min左右，再加上啟動(dòng)后工人的巡視，一般會(huì)有15min處于待機(jī)狀態(tài)，而風(fēng)機(jī)和其它設(shè)備還不同，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后即處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)。風(fēng)機(jī)功率所占機(jī)采棉總動(dòng)力的40%左右，而不輸送棉花時(shí)還在滿負(fù)荷運(yùn)行會(huì)造成具大的能源浪費(fèi)。節(jié)能系統(tǒng)可根據(jù)設(shè)備是否在工作狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整風(fēng)機(jī)工作頻率，從而達(dá)到節(jié)能目的。

（四）火災(zāi)報(bào)警

在加工過(guò)程中，由于籽棉回潮高易堵塞肋條、籽棉里有石塊或者鐵塊等物品容易摩擦著火，系統(tǒng)在籽棉管道、軋花和皮清之間的管道、總集棉管道的位置安裝了火星監(jiān)測(cè)點(diǎn)，依靠紅外光檢測(cè)原理進(jìn)行監(jiān)控，輻射角度可達(dá)150°，發(fā)現(xiàn)火情后及時(shí)報(bào)警并直接停止相關(guān)工作設(shè)備（如軋花機(jī)直接開箱、喂花機(jī)停止進(jìn)花等），將火情危害控制在最小范圍。

（五）轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)作用

及時(shí)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備異常運(yùn)轉(zhuǎn)。在整個(gè)軋花工藝中，籽清機(jī)、軋花機(jī)、皮清機(jī)等屬于主機(jī)部分，閉風(fēng)閥、絞龍、提升機(jī)、集棉機(jī)等屬于輔機(jī)部分，在這兩部分中傳動(dòng)點(diǎn)全部增加了轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在觸摸屏上輸入監(jiān)測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)速設(shè)定值，當(dāng)實(shí)際轉(zhuǎn)速低于設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，系統(tǒng)會(huì)認(rèn)為該設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常，在觸摸屏上會(huì)彈出提示字幕告知異常點(diǎn)和異常原因同時(shí)報(bào)警。尤其是閉風(fēng)閥起著承前啟后的作用，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況可能造成嚴(yán)重后果，輕則燒壞三角帶，重則損壞自身電機(jī)甚至與之相鄰設(shè)備的部件，所以轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。

圖3 轉(zhuǎn)速檢測(cè)系統(tǒng)示意圖

（六）監(jiān)控部分

機(jī)采棉生產(chǎn)線的設(shè)備配置較多，設(shè)備啟動(dòng)后運(yùn)行狀態(tài)如何，靠人去觀察，一是增加工作量，二是耽誤時(shí)間過(guò)多，無(wú)形中增加了運(yùn)行成本。采用工業(yè)視頻管理后利用“天眼”代替人眼，管理者和操作人員在操作臺(tái)即可觀察車間設(shè)備及人員狀態(tài)。另外通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備轉(zhuǎn)速、軸承溫升、電機(jī)電流、管道風(fēng)壓等，在數(shù)據(jù)平臺(tái)上可以實(shí)時(shí)觀察到，在非正常時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警并進(jìn)行故障聯(lián)鎖處理，可大大降低故障率及故障處理時(shí)間，提高設(shè)備運(yùn)行率，降低綜合運(yùn)營(yíng)成本。

（七）電器保護(hù)

11kW以上的電動(dòng)機(jī)全部采用變頻器或者軟啟動(dòng)，既對(duì)設(shè)備有了保護(hù)作用又極大地穩(wěn)定了電網(wǎng)的運(yùn)行。

三、取得成效

智能調(diào)控對(duì)皮棉質(zhì)量有了較大的提高，尤其在長(zhǎng)度指標(biāo)上取得很好的效果。以第六師芳草湖四場(chǎng)（安裝Uster智能化生產(chǎn)線）為例與其它分場(chǎng)加工數(shù)據(jù)對(duì)比。以下數(shù)據(jù)來(lái)源于公檢數(shù)據(jù)。

表1 公檢數(shù)據(jù)對(duì)比

四、未來(lái)發(fā)展的功能

利用Uster在線檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)備轉(zhuǎn)速的調(diào)整，下一步要根據(jù)籽棉特性的變化及時(shí)調(diào)整，快速響應(yīng)，及時(shí)應(yīng)對(duì)。

在棉花加工生產(chǎn)線中，所有設(shè)備要想全部達(dá)自控狀態(tài)也是可以實(shí)現(xiàn)的，不過(guò)受籽棉、環(huán)境、操作人員水平、設(shè)備穩(wěn)定性等因素的影響，具體操作起來(lái)非常難的。我們下一步會(huì)分喂花、籽清、軋花、打包等幾部分去分別實(shí)現(xiàn)自控功能，在互不影響的前提下逐步實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化。

通過(guò)使用該系統(tǒng)，爭(zhēng)取讓棉花質(zhì)量更具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，為棉花加工企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值?！?/p>