Uster棉花質量在線檢測智能化系統功能

■ 王韶斌 陳興橋 高海強 竇志鵬 劉憲坤

〔山東天鵝棉業機械股份有限公司，山東濟南250032〕

Uster棉花質量在線檢測智能化系統功能

■ 王韶斌 陳興橋 高海強 竇志鵬 劉憲坤

〔山東天鵝棉業機械股份有限公司，山東濟南250032〕

Uster棉花質量在線檢測是能夠在線實時檢測棉花質量指標的一種檢測設備，與國內纖檢所HVI纖維檢驗采用同一技術標準并出自同一公司。山東天鵝棉業機械股份有限公司早在2004年與該公司達成戰略合作協議，開發在線檢測籽棉和皮棉的檢測站。最早在山東慶云天鵝試驗基地在線測試，逐步優化和改進適用于中國棉花特性和環境條件的在線檢測設備，并做了工藝設備參數的基礎試驗，同時與山東大學、新疆石河子大學等合作，共同研究不同生產線工藝流程設備運行參數對棉花質量的影響，并依靠大量的數據進行分析匯總完善數學模型。通過逐年的不斷改善和優化，目前該系統在南北疆9個加工廠“保長度、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在線檢測系統

（一）工作過程

檢測站分為籽棉和皮棉兩種檢測站，外觀相同，而內在感應面板和程序不同，根據籽棉和皮棉的不同狀態，條形狀的感應板用在皮棉上，圓形狀的用于籽棉。檢測站自身有一個顯示器，里面有一個CPU以及嵌入式工業相機和顏色頭等，側面有一個取樣板靠伺服電機驅動，動作時間可以調節，取樣后工業相機進行拍照然后與顏色頭標準值進行比對，經分析后得出結果數據。數據可以傳輸到主機，顯示內容有：雜質面積、雜質計數、濕度、黃度、白度、顏色級、棉包識別碼等，設備需要24h將標準色板校準一次，以保證數據的準確。其中檢測指標中雜質面積和我們習慣用的含雜率不一樣，它以面積為單位測算，這需要利用對應關系換算成重量百分比。

（二）工作原理

棉花回潮率與性狀檢測集成傳感器的結構功能如圖1所示，檢測站安裝在管道壁2上，由采樣板3、采樣驅動器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力輸送，采樣驅動器控制采樣板旋轉180°并以一定壓力將棉花壓實在傳感器一側，此時濕度傳感器測量棉花的回潮率信息，圖像傳感器通過圖像處理技術獲取反射率（Rd%）、黃度（+b）和棉花雜質面積等參數，采樣完畢后，采樣板反轉回到初始位置。采樣板以一定頻率打開、關閉，實現棉花回潮率、性狀參數的自動采樣。

圖1 集成傳感器的結構功能

在集成傳感器中，回潮率檢測傳感器封裝及采樣結構如圖2所示。將濕度傳感器和溫度電壓檢測器封閉在探頭中，探頭一側開有透氣窗，將兩個傳感器緊貼透氣窗安裝并封膠固化。傳感器的感應側通過透氣窗對棉花周圍的空氣進行測量，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程很短，這為在線測量提供了條件。

圖2 傳感器封裝及采樣結構

通過實時檢測雜質面積、顏色級和回潮率，能夠及時掌握生產線上棉花的綜合質量指標，對進一步調控工藝、設備提供必備的數據支撐。

二、智能化系統平臺其它功能

（一）自動調速功能

根據Uster在線檢測的棉花質量及雜質面積的大小調整相關設備轉速；工藝配置中，籽清機、軋花機、皮清機、風機等都配置了變頻器，程序中可以設定加工質量和含雜的范圍，設定好后調整到智能狀態，籽清機刺釘輥、軋花機鋸軸、皮清機刺輥的轉速會根據棉花質量及雜質面積發生變化。

通過棉花質量和雜質面積調整軋花機產量；同時軋花機下花量根據主電機電流的設定來變頻調節，通過控制軋花機主電機電流自動調控變頻器頻率，可以根據籽棉回潮的大小調整軋花機下花量，保障均衡加工提高皮棉質量和生產效率。

（二）保纖維長度功能

該功能是重點攻克的技術難題，針對不同籽清機不同轉速下清理效果達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到加工質量及纖維損傷的最優化等課題做了深入研究，設定了保纖維長度的智能控制程序，目前所有系統全部使用了該功能并起到很好的效果。

（三）節能降耗

在整個軋花工藝中，物料的輸送主要是通過風機來完成，風機最容易達到節能降耗效果，因為機采棉軋花設備啟動一般需要10min左右，再加上啟動后工人的巡視，一般會有15min處于待機狀態，而風機和其它設備還不同，風機啟動后即處于滿負荷工作狀態。風機功率所占機采棉總動力的40%左右，而不輸送棉花時還在滿負荷運行會造成具大的能源浪費。節能系統可根據設備是否在工作狀態自動調整風機工作頻率，從而達到節能目的。

（四）火災報警

在加工過程中，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測點，依靠紅外光檢測原理進行監控，輻射角度可達150°，發現火情后及時報警并直接停止相關工作設備（如軋花機直接開箱、喂花機停止進花等），將火情危害控制在最小范圍。

（五）轉速監測作用

及時發現監測設備異常運轉。在整個軋花工藝中，籽清機、軋花機、皮清機等屬于主機部分，閉風閥、絞龍、提升機、集棉機等屬于輔機部分，在這兩部分中傳動點全部增加了轉速監測點，在觸摸屏上輸入監測點轉速設定值，當實際轉速低于設定轉速時，系統會認為該設備運轉異常，在觸摸屏上會彈出提示字幕告知異常點和異常原因同時報警。尤其是閉風閥起著承前啟后的作用，如果不及時發現異常情況可能造成嚴重后果，輕則燒壞三角帶，重則損壞自身電機甚至與之相鄰設備的部件，所以轉速監測至關重要。

圖3 轉速檢測系統示意圖

（六）監控部分

機采棉生產線的設備配置較多，設備啟動后運行狀態如何，靠人去觀察，一是增加工作量，二是耽誤時間過多，無形中增加了運行成本。采用工業視頻管理后利用“天眼”代替人眼，管理者和操作人員在操作臺即可觀察車間設備及人員狀態。另外通過監測設備轉速、軸承溫升、電機電流、管道風壓等，在數據平臺上可以實時觀察到，在非正常時進行自動報警并進行故障聯鎖處理，可大大降低故障率及故障處理時間，提高設備運行率，降低綜合運營成本。

（七）電器保護

11kW以上的電動機全部采用變頻器或者軟啟動，既對設備有了保護作用又極大地穩定了電網的運行。

三、取得成效

智能調控對皮棉質量有了較大的提高，尤其在長度指標上取得很好的效果。以第六師芳草湖四場（安裝Uster智能化生產線）為例與其它分場加工數據對比。以下數據來源于公檢數據。

表1 公檢數據對比

四、未來發展的功能

利用Uster在線檢測的數據進行相關設備轉速的調整，下一步要根據籽棉特性的變化及時調整，快速響應，及時應對。

在棉花加工生產線中，所有設備要想全部達自控狀態也是可以實現的，不過受籽棉、環境、操作人員水平、設備穩定性等因素的影響，具體操作起來非常難的。我們下一步會分喂花、籽清、軋花、打包等幾部分去分別實現自控功能，在互不影響的前提下逐步實現整個生產線的自動化。

通過使用該系統，爭取讓棉花質量更具國際競爭力，為棉花加工企業創造更大的經濟和社會價值。☆