彭 偉 閆循斌 楊寶凱

1. 青島宏大紡織機(jī)械有限責(zé)任公司(中國) 2. 經(jīng)緯紡織機(jī)械股份有限公司(中國)

目前國內(nèi)生產(chǎn)的清梳聯(lián)設(shè)備雖然能正常運(yùn)轉(zhuǎn),但設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的智能化程度不高,單機(jī)之間采用的開關(guān)聯(lián)鎖信號方式導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中連續(xù)給棉控制精度不高,用戶需在使用過程中頻繁地修改參數(shù),系統(tǒng)的應(yīng)用體驗度不好,從而降低了用戶對設(shè)備的評價;另外,棉紡企業(yè)用工成本不斷提升,而清梳聯(lián)自整定控制的推廣應(yīng)用可以有效地提高清梳聯(lián)的智能化和數(shù)字化水平,提高系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程的質(zhì)量水平,不僅能減少用工、提高勞動效率,而且還能提高生產(chǎn)質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性,節(jié)約生產(chǎn)成本。

為了更好地提高清梳聯(lián)設(shè)備的智能化和質(zhì)量控制水平,需優(yōu)化升級抓棉機(jī)智能探包和自動平包功能;提升混棉機(jī)及清棉機(jī)的連續(xù)給棉控制精度;清棉機(jī)和梳棉機(jī)進(jìn)行組網(wǎng)并進(jìn)行數(shù)據(jù)互通。本研究目的即通過清梳聯(lián)自整定控制提高清梳聯(lián)設(shè)備的智能化、提高設(shè)備的質(zhì)量水平,從而生產(chǎn)高質(zhì)量的紗線。[1]

1 系統(tǒng)方案

1.1 主控系統(tǒng)方案

本研究為提供控制平臺的硬件、軟件模塊化及兼容性方案,統(tǒng)一采用定制化觸摸屏,針對主控和驅(qū)動平臺提出各具優(yōu)勢的兩種方案。

1.1.1 施耐德主控系統(tǒng)方案

施耐德主控系統(tǒng)方案采用施耐德TM241系列PLC,雙核CPU、標(biāo)準(zhǔn)指令處理時間為22 ns;支持Modbus、CAN-open、Ethernet等總線通訊,具有8 路200 kHz高速計數(shù)、4 路100 kHz高速脈沖輸出;支持USB和網(wǎng)口兩種編程調(diào)試方式,支持通過標(biāo)準(zhǔn)SD卡下載程序和更新固件,統(tǒng)一使用機(jī)器專家(Machine Expert)軟件編程平臺,可以有效減少編程和調(diào)試時間,支持M218/M241/M251/M258,兼容性強(qiáng);使用施耐德經(jīng)濟(jì)型ATV310系列驅(qū)動器,系統(tǒng)方案如圖1所示。

圖1 施耐德主控系統(tǒng)方案

1.1.2 匯川主控系統(tǒng)方案

匯川主控系統(tǒng)方案采用匯川H3U系列PLC,其優(yōu)點(diǎn)如下:標(biāo)準(zhǔn)指令處理時間為100 ns,本體自帶2路Modbus、1路CAN接口支持CAN-link和CAN-open協(xié)議、1路100 M的以太網(wǎng)接口,支持Modbus TCP/IP和自由口協(xié)議,具有8 路200 kHz高速計數(shù)、5路200 kHz高速脈沖輸出;編程口可以是USB接口或以太網(wǎng)接口,其中Mini USB可通過其他USB直接供電;使用匯川經(jīng)濟(jì)型MD310驅(qū)動器,搭配通訊CAN卡可以實現(xiàn)和主控器CAN總線通訊,減少接線、節(jié)省擴(kuò)展模塊、降低設(shè)計成本,通訊時序邏輯自動排序和處理、優(yōu)化數(shù)據(jù)通訊、提高通訊準(zhǔn)確率。詳細(xì)系統(tǒng)方案如圖2所示。

圖2 匯川主控系統(tǒng)方案

1.2 組網(wǎng)方案

本研究為實現(xiàn)系統(tǒng)組網(wǎng)、數(shù)據(jù)互通,提供局域網(wǎng)數(shù)據(jù)接口及E系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口,統(tǒng)一采用定制化觸摸屏(帶以太網(wǎng)口),備選方案通過匯川H3U系列PLC自帶以太網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng),以解決系統(tǒng)聯(lián)鎖信號單一(普通開關(guān)量)、數(shù)據(jù)交互差、智能化控制程度較低和數(shù)字化程度低等問題。

1.2.1 HMI組網(wǎng)方案

HMI組網(wǎng)方案利用HMI自帶以太網(wǎng)接口進(jìn)行組網(wǎng),通過HMI組網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程PLC數(shù)據(jù)透傳,再通過數(shù)據(jù)處理,發(fā)送到本地PLC。組網(wǎng)方案如圖3所示。

圖3 HMI組網(wǎng)方案

1.2.2 H3U系列PLC組網(wǎng)方案

PLC組網(wǎng)方案利用H3U本身自動的以太網(wǎng)進(jìn)行組網(wǎng),通過遠(yuǎn)程PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互處理,最終在HMI上顯示,組網(wǎng)方案如圖4所示。

圖4 H3U系列PLC組網(wǎng)方案

2 智能化整定功能

2.1 抓棉機(jī)自整定控制

抓棉機(jī)自整定控制根據(jù)棉包的松緊程度將棉包分為4部分,第一部分:棉包最松;第二部分:棉包較松;第三部分:棉包最緊;第四部分:棉包較緊。針對棉包不同松緊部分,處理方式也有所不同。

2.1.1 最松——自動探包、自動平包

新棉包的最上方部分是最松的,且高低不平。此種狀態(tài)下,需抓棉機(jī)具有自動探包和自動平包功能,以快速抓取纖維,使梳棉機(jī)產(chǎn)量達(dá)到要求。抓棉機(jī)根據(jù)探包光電傳感器和抓臂高度編碼器自動探測和記錄棉包的高度,并在探包過程中,以0.5 s為一個計數(shù)點(diǎn),計算棉包高度的平均值。根據(jù)探包過程中計算的棉包高度平均值和預(yù)先設(shè)定的抓取深度、棉包的最高和最低高度進(jìn)行平包。平包過程一般需要20～30次,平包完成之后,應(yīng)將棉包頂部最松的部分抓取完畢。

2.1.2 較松——根據(jù)設(shè)定的抓取次數(shù)自動加大抓取深度

對于棉包上部較松的部分,采取綜合考慮包區(qū)往返次數(shù)和抓取深度的方法,逐漸減小抓取的深度。抓棉初期,棉包較松,此時抓取的深度應(yīng)較大,隨著抓取次數(shù)增加,抓取的深度越來越小,直至抓取到棉包最緊的部分。

2.1.3 最緊——根據(jù)運(yùn)行效率自動調(diào)整抓取深度

在抓取最緊的棉包部位時,抓棉機(jī)根據(jù)運(yùn)行效率在線自動調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)。設(shè)定有效運(yùn)行效率為95%～98%,超出該范圍時,需在行走速度的±5%范圍內(nèi)調(diào)整行走速度,10 min后再判斷,若運(yùn)行效率超出設(shè)定范圍,則需繼續(xù)對行走速度進(jìn)行調(diào)整。每10 min讀取混棉機(jī)棉倉的壓力數(shù)值,控制抓棉機(jī)抓取深度。若多倉處于滿倉狀態(tài),抓棉機(jī)的抓取深度則應(yīng)減小5% ;若多倉處于空倉狀態(tài),抓棉機(jī)的抓取深度則應(yīng)增大5%。

2.1.4 較緊——抓棉深度翻倍

抓取最底部棉包較緊的部位時,抓棉機(jī)的抓取深度自動根據(jù)設(shè)定的翻倍數(shù)進(jìn)行加倍抓取。

2.2 混棉機(jī)自整定控制

混棉機(jī)是將不同品種、不同長度的棉纖維進(jìn)行混合,以獲得所需的纖維混合比例。自整定控制可以根據(jù)不同的棉纖維特性和混合比例,實時調(diào)整混棉機(jī)的運(yùn)行參數(shù),從而提高混棉的均勻度和一致性。這有助于提高混棉質(zhì)量,減少纖維的浪費(fèi)和不均勻現(xiàn)象,提升紡織品的質(zhì)量和市場競爭力?；烀迿C(jī)自整定控制是根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)效率、實時運(yùn)行效率、最大運(yùn)行效率、最小運(yùn)行效率、效率調(diào)整幅度、自動調(diào)整時間、效率計算時間來自動調(diào)整斜簾運(yùn)行頻率,達(dá)到斜簾運(yùn)行效率目標(biāo)值。混棉機(jī)運(yùn)行效率全部由混棉機(jī)自整定控制自動完成,全程無需人工干預(yù)。

混棉機(jī)自整定控制可以根據(jù)實時的生產(chǎn)需求和原料供應(yīng)情況,自動調(diào)整混棉機(jī)的運(yùn)行參數(shù),實現(xiàn)最佳的生產(chǎn)效率。通過清梳聯(lián)系統(tǒng)組網(wǎng)讀取梳棉機(jī)的開車臺數(shù)和產(chǎn)量、清棉機(jī)給棉羅拉實時頻率,優(yōu)化混棉機(jī)的運(yùn)行效率和工藝參數(shù)設(shè)置,可以提高混棉機(jī)的儲棉量和生產(chǎn)能力,減少生產(chǎn)時間和能源消耗。對于紡織企業(yè)而言,意味著更高的生產(chǎn)效率、更低的生產(chǎn)成本和更快的產(chǎn)品交付速度。

2.3 清棉機(jī)自整定控制

清棉機(jī)用于去除棉花中的雜質(zhì)和污染物,以確保紡織品質(zhì)量。通過自整定控制,清棉機(jī)可以根據(jù)棉花特性和污染物種類,實時調(diào)整清棉機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和清潔方式,以提高清潔效果。這有助于降低紡織品生產(chǎn)過程中的污染程度,提升紡織品的質(zhì)量和可持續(xù)性。清棉機(jī)自整定控制將清棉機(jī)與梳棉機(jī)組的顯示屏聯(lián)網(wǎng),清棉機(jī)在線讀取梳棉機(jī)組各機(jī)臺開車信號、實時產(chǎn)量及狀態(tài)信息,同時統(tǒng)計梳棉機(jī)組開車總臺數(shù)及梳棉機(jī)組實時產(chǎn)量,將實時產(chǎn)量用于清棉機(jī)給棉速度的計算,優(yōu)化連續(xù)給棉控制精度;增加參數(shù)自整定控制,監(jiān)控給棉運(yùn)轉(zhuǎn)率,30 min后給棉運(yùn)轉(zhuǎn)率如果達(dá)不到95%,則自動將連續(xù)給棉比例系數(shù)減小5%,并重新計時監(jiān)控;該技術(shù)無需聯(lián)鎖接線,也無需關(guān)聯(lián)繼電器、接線端子等,不占用控制器I/O資源,控制柜元件安裝板布局得以優(yōu)化,清梳聯(lián)智能化水平得到提升[2]。清棉機(jī)自整定控制可以根據(jù)實時的生產(chǎn)需求和棉花供應(yīng)情況,自動調(diào)整清棉機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和清潔速度,以實現(xiàn)最佳的生產(chǎn)效率。通過優(yōu)化清棉機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置,可以提高清棉機(jī)的清潔速度和吞吐量,減少生產(chǎn)時間和能源消耗。這對于紡織企業(yè)意味著更高的生產(chǎn)效率、更低的生產(chǎn)成本和更快的產(chǎn)品交付速度。

2.4 清梳聯(lián)系統(tǒng)的柔性控制

清梳聯(lián)系統(tǒng)的柔性控制涉及很多方面,主要的控制方法如下。

——變頻控制。利用變頻器控制清梳機(jī)的電動機(jī)轉(zhuǎn)速,以實現(xiàn)對清梳速度的調(diào)節(jié)。通過調(diào)整轉(zhuǎn)速,可以適應(yīng)不同的紡紗工藝要求和纖維材料特性。

——智能感知與調(diào)節(jié)。利用傳感器技術(shù)和自動控制系統(tǒng)對清梳聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)測和調(diào)節(jié)。例如通過落棉傳感器可檢測落棉中雜質(zhì)和原料的比例,并根據(jù)檢測結(jié)果自動調(diào)整落雜區(qū)長度。相同工藝速度下,落雜區(qū)長度決定了落棉率,將影響紡紗效果。

——自適應(yīng)控制。根據(jù)實時采集的數(shù)據(jù)和反饋信息,自動調(diào)整清梳聯(lián)系統(tǒng)的工作參數(shù),以適應(yīng)纖維材料的變化和工藝要求的變化。這種控制方法可以提高系統(tǒng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

——多目標(biāo)優(yōu)化。利用優(yōu)化算法和模型,對清梳聯(lián)系統(tǒng)的多個目標(biāo)進(jìn)行協(xié)調(diào)和優(yōu)化。例如同時考慮紡紗質(zhì)量、生產(chǎn)效率和能耗等因素,通過調(diào)整清梳聯(lián)參數(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)最佳的綜合性能。

這些柔性控制方法可以相互結(jié)合和使用,以滿足清梳聯(lián)系統(tǒng)對工藝要求和纖維材料變化的適應(yīng)性。具體的柔性控制策略應(yīng)根據(jù)清梳聯(lián)系統(tǒng)的特點(diǎn)、工藝要求和技術(shù)條件進(jìn)行選擇和設(shè)計。

2.5 清梳聯(lián)系統(tǒng)組網(wǎng)方案

為實現(xiàn)清梳聯(lián)控制系統(tǒng)的智能化整定功能和柔性控制,清梳聯(lián)系統(tǒng)需要進(jìn)行組網(wǎng),詳細(xì)方案如下。

——利用顯示屏的RJ45網(wǎng)口,將清棉機(jī)與梳棉機(jī)組的顯示屏聯(lián)網(wǎng),清棉機(jī)顯示屏可以組態(tài)梳棉聯(lián)網(wǎng)機(jī)臺;

——在清棉機(jī)顯示屏上,通過組態(tài)遠(yuǎn)程PLC,使清棉機(jī)顯示屏通過梳棉機(jī)顯示屏與梳棉機(jī)的PLC交換數(shù)據(jù);

——清棉機(jī)顯示屏在線讀取梳棉機(jī)道夫開車信號、開車產(chǎn)量,并發(fā)送清棉機(jī)狀態(tài)信息;

——清棉機(jī)顯示屏計算梳棉開車臺數(shù)及梳棉機(jī)組實時產(chǎn)量,并將結(jié)果傳送給清棉機(jī)PLC使用,梳棉機(jī)組的實時產(chǎn)量用于清棉機(jī)給棉速度的計算,以優(yōu)化連續(xù)給棉控制精度;

——增加參數(shù)自整定控制,監(jiān)控給棉運(yùn)轉(zhuǎn)率,30 min后給棉運(yùn)轉(zhuǎn)率如果達(dá)不到95%,則自動將連續(xù)給棉比例系數(shù)減小5%,并重新計時監(jiān)控;

——為方便聯(lián)網(wǎng),可在梳棉機(jī)組適當(dāng)機(jī)臺配置一臺或多臺交換機(jī)。

清梳聯(lián)系統(tǒng)組網(wǎng)方案如圖5所示。

圖5 清梳聯(lián)系統(tǒng)組網(wǎng)方案

3 結(jié)語

近年來由于成本增加、勞動力緊缺,紡織企業(yè)在發(fā)展過程中舉步維艱,自動化、智能化、高品質(zhì)的紡紗設(shè)備成為紡織廠突破困境的首選,新設(shè)備將技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)過程,可提高紡紗生產(chǎn)的質(zhì)量與效率,提升產(chǎn)品競爭力。通過清梳聯(lián)智能化整定系統(tǒng)方案的研究和設(shè)計,以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)實現(xiàn)設(shè)備間數(shù)據(jù)和信息的交互,同時在單機(jī)主控系統(tǒng)加強(qiáng)自整定控制,進(jìn)而實現(xiàn)清梳聯(lián)系統(tǒng)的智能化提升和柔性控制,能夠滿足行業(yè)在差異化、柔性化及用工等方面的需求。