基于智能化清梳聯(lián)控制系統(tǒng)的研究

青島宏大紡織機械有限責(zé)任公司 楊銳彪 /文

1 前言

集中控制和智能互聯(lián)是紡機設(shè)備未來的發(fā)展方向。

集中控制可以大大簡化擋車工的操作，降低勞動強度，提高工作效率。此外，集中控制可以將所有設(shè)備的運行狀況、實時數(shù)據(jù)和產(chǎn)量等生產(chǎn)信息進行收集，通過網(wǎng)絡(luò)將這些信息傳送到企業(yè)管理信息系統(tǒng)，企業(yè)管理信息系統(tǒng)通過對這些設(shè)備基礎(chǔ)信息掌握，可對生產(chǎn)的調(diào)配、設(shè)備的維護、原料的采購，甚至是產(chǎn)品的銷售等環(huán)節(jié)進行及時調(diào)控，從整體上更流暢地掌控企業(yè)的生產(chǎn)運營。智能互聯(lián)分為設(shè)備的智能化控制和信息遠程互聯(lián)兩部分。智能化控制的設(shè)備可以自動根據(jù)設(shè)備的運行情況調(diào)整設(shè)備工藝參數(shù)、生產(chǎn)產(chǎn)量，提高和控制產(chǎn)品質(zhì)量等，從而降低了紡織企業(yè)對勞動力水平的依賴，減少企業(yè)用工，為企業(yè)的無人化、黑燈化生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

通過信息遠程互聯(lián)，紡機企業(yè)可以通過網(wǎng)絡(luò)了解設(shè)備在紡織企業(yè)的運行情況，并且可以遠程診斷設(shè)備故障，提醒紡織企業(yè)對設(shè)備進行維護保養(yǎng)，為紡織設(shè)備的長期可靠的運行，提高設(shè)備的使用壽命等提供了極高的保障。

目前用戶解決現(xiàn)場設(shè)備電氣問題一般通過電話聯(lián)系工程師技術(shù)支持，紡織廠電氣人員文化水平不高，往往需要溝通很長時間才能找到問題主因，有時候甚至需要停產(chǎn)等待技術(shù)人員現(xiàn)場解決。智能化控制系統(tǒng)需要考慮快速查找設(shè)備問題方法，充分利用通訊技術(shù)將各控制單元組網(wǎng)，利用先進的視覺、檢測技術(shù)獲取現(xiàn)場的原始數(shù)據(jù)進行分析、計算，從而控制單機、系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2 智能化清梳聯(lián)系統(tǒng)的單機控制應(yīng)用

隨著高科技產(chǎn)品的應(yīng)用，信號檢測傳感器、信號變送器、測量顯示與記錄儀表、計算機接口與數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)總線與通信技術(shù)、干擾抑制技術(shù)得到了飛速發(fā)展[1]，尤其在精準性、高速性、實時性表現(xiàn)的非常突出，智能檢測與控制技術(shù)的綜合應(yīng)用使單機控制性能得到了很大提升。下面主要從智能檢測、智能計算與智能控制方面闡述清梳聯(lián)系統(tǒng)的單機控制。

2.1 智能檢測

利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，從設(shè)備環(huán)境（溫濕度傳感器）、設(shè)備狀態(tài)（溫度、振動傳感器）、設(shè)備運行（視覺、圖像技術(shù)）、設(shè)備調(diào)整（精準位移傳感器）、設(shè)備維護（能耗表）、RFID、圖像識別（二維碼）等方面進行檢測和數(shù)據(jù)采集，通過相應(yīng)的轉(zhuǎn)換模塊顯示到終端，通過PC對數(shù)據(jù)進行存儲和分析對比。在清梳聯(lián)系統(tǒng)中的主要應(yīng)用如下：

1) 顯示清梳聯(lián)設(shè)備實時數(shù)據(jù)（運行速度、管道壓力、稱重值、位移值），觀察設(shè)備的狀態(tài)曲線，掌握設(shè)備的運行情況；

2) 對清梳聯(lián)設(shè)備主關(guān)件進行排列和對比，檢測不合格的樣本、對樣本進行分級管理、質(zhì)量跟蹤，以及全生命周期的管理；

3) 對清梳聯(lián)設(shè)備的能耗情況進行記錄和統(tǒng)計（智能電表-總能耗、有功、無功、電壓、電流等數(shù)據(jù)），分析設(shè)備用電的占比情況；

4) 檢測梳棉機生條指標(biāo)和波動情況，顯示生條重量的趨勢圖和不勻率并根據(jù)設(shè)定范圍進行預(yù)警和超限停車功能。

2.2 智能計算

智能計算是人工智能化體系的一個分支，也是應(yīng)對AI趨勢的新計算形態(tài)。智能化工廠對設(shè)備提出“傻瓜化”要求，智能化控制系統(tǒng)應(yīng)該具有自我管理與升級的能力。在智能化清梳聯(lián)控制系統(tǒng)中，通過智能檢測提供精準的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，利用先進的算法對數(shù)據(jù)進行分析、處理，同時結(jié)合系統(tǒng)大數(shù)據(jù)、專家系統(tǒng)達到更智能、更合理的控制性能，具體的應(yīng)用有往復(fù)抓包機智能探包、平包系統(tǒng)[2]。

2.3 智能控制的應(yīng)用

智能控制的應(yīng)用包括智能預(yù)警、執(zhí)行機構(gòu)，在清梳聯(lián)系統(tǒng)的主要應(yīng)用如下：

1) 通過溫度傳感器對清梳聯(lián)設(shè)備主關(guān)鍵部位溫度的檢測，并同正常工作狀態(tài)的溫度曲線進行對比分析，超出設(shè)定范圍進行提前預(yù)警，提醒維護工程師進行檢修，提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)重大損失；

2) 通過振動傳感器對清梳聯(lián)設(shè)備主關(guān)鍵部位進行及時檢測，檢測設(shè)備的振動值，并同標(biāo)準的振動值進行比對分析，超過范圍進行提前預(yù)警，降低不合格率和間接損失；

3) 通過視覺傳感器可對清梳聯(lián)設(shè)備主要落棉部位進行落棉成分分析，在落棉比例超過生產(chǎn)控制要求時，再通過步進電機加推桿機構(gòu)對設(shè)備隔距進行在線調(diào)整，達到生產(chǎn)工藝控制要求，提高產(chǎn)品合格率；

4) 通過壓差傳感器可對清梳聯(lián)系統(tǒng)管道壓力進行檢測，監(jiān)控管道里的原料流量，通過調(diào)整給棉的速度、風(fēng)機的風(fēng)量，保證管道內(nèi)原料匹配需求和管道壓力的穩(wěn)定，提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；

5) 變頻器的應(yīng)用具有良好的啟動特性和調(diào)速性能以及節(jié)能目的，在大慣性負載的控制中可以進行飛車啟動，在特殊負載的控制中可以通過自適應(yīng)進行控制，以取得最佳的控制效果，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行；

6) 盤式電機以其低速高轉(zhuǎn)矩、散熱性好、節(jié)省安裝空間的優(yōu)勢得到了廣泛的應(yīng)用，采用專用控制器驅(qū)動盤式電機，和普通三相異步電動機（11kw）相比可以節(jié)能25%左右；

7) 伺服電機實現(xiàn)了位置、速度和力矩的閉環(huán)控制，彌補了變頻器在低速和高速運行中轉(zhuǎn)速性能不足的問題，在梳棉機高速高產(chǎn)運行中提高了抗過載能力，適應(yīng)高速高產(chǎn)過程中瞬間負載波動較大和快速反應(yīng)的要求，降低機械噪聲，保持設(shè)備高速穩(wěn)定運行；

8) 工業(yè)PC的應(yīng)用，繼承了PC豐富的軟件資源又降低了成本，提高了處理速度和通訊速度，信息存儲量大，易于將過程控制、批量控制以及運動控制等合為一體，具體的應(yīng)用有梳棉機棉結(jié)在線檢測系統(tǒng)（通過工業(yè)PC和視覺系統(tǒng)采集的圖像信號，經(jīng)過信號處理和智能計算得出一定單位內(nèi)的棉結(jié)數(shù)量，為用戶提供參考信息）和蓋板隔距在線檢測系統(tǒng)（通過工業(yè)PC和電渦流采集的位移信號，經(jīng)過信號分析處理在HMI或者手機上顯示錫林與蓋板的實時隔距值和趨勢圖）。

3 智能化清梳聯(lián)系統(tǒng)方案

隨著用工成本的不斷增長，招工難、留工難已成為企業(yè)必須面對的問題，另一方面及時滿足客戶對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時查驗、對機臺質(zhì)量動態(tài)的監(jiān)控、合理而詳細的設(shè)備保養(yǎng)計劃、整個系統(tǒng)的生產(chǎn)報表、能耗情況等都對清梳聯(lián)系統(tǒng)智能化方面提出了更高的要求。目前，智能化技術(shù)已經(jīng)在各單機上應(yīng)用或者在新的領(lǐng)域進行了技術(shù)積累，如何將各單機的智能化技術(shù)整合在一起并形成有效的控制和管理方案，基于這幾點需求結(jié)合清梳聯(lián)系統(tǒng)的具體控制，本文提出了智能化清梳聯(lián)系統(tǒng)控制方案（如下圖1所示），該方案設(shè)計將智能化清梳聯(lián)控制系統(tǒng)集中安裝，各單臺系統(tǒng)通過高速數(shù)字總線連接起來，同時在單臺設(shè)備上增加本地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控功能（SCADA），搭載MES管理系統(tǒng)和ROSS遠程運維系統(tǒng)（Romote Operation ServiceSystem），最終實現(xiàn)以下優(yōu)勢：

1） 相比傳統(tǒng)的通訊連接，總線技術(shù)采用數(shù)字信號，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準確性，具有優(yōu)異的遠程監(jiān)控功能和強大的遠程故障診斷能力，同時降低投資成本、空間和維護費用；

2） 系統(tǒng)通用性強、兼容性較好，便于模塊化管理；

3） 各單機之間數(shù)據(jù)互通，可以根據(jù)各單機的實際狀態(tài)（產(chǎn)量和開車數(shù)量等）進行參數(shù)優(yōu)化，保證系統(tǒng)運行的連續(xù)性和生產(chǎn)效率[3]；

4） SCADA能夠正常掌握系統(tǒng)運行狀態(tài)、加快決策、提高生產(chǎn)效率；

5） MES制造執(zhí)行系統(tǒng)能夠高效配置生產(chǎn)資源、減少浪費、實時管控生產(chǎn)流程、對生產(chǎn)數(shù)據(jù)智能分析并知道生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率；

6） 通過web服務(wù)器、wifi等功能，隨時掌控生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)、及時提醒設(shè)備保養(yǎng)維護；

圖1

7） ROSS遠程運維系統(tǒng)可滿足用戶對產(chǎn)品、效率、故障等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，降低運營成本。幫助用戶實現(xiàn)故障的快速維護（分析故障原因、提出解決方案）、設(shè)備程序的遠程監(jiān)控和升級，降低用戶維護費用。

4 結(jié)束語

通過智能檢測、智能計算技術(shù)的應(yīng)用、實現(xiàn)清梳聯(lián)智能化控制系統(tǒng)，本文闡述了該系統(tǒng)的優(yōu)點和先進性，以及在清梳聯(lián)系統(tǒng)中的實際應(yīng)用，驗證了智能化清梳聯(lián)控制系統(tǒng)在用戶關(guān)注的重點（智能化、信息化、能耗優(yōu)化、設(shè)備安全保護、遠程維護等）方面的先進性。